基于单片机的直流电机PMW调速系统设计概要

本科毕业论文（设计）题目基于单片机的直流电机PMW调速系统设计学院理工学院专业电子信息工程年级2010级学号2010114050姓名陈倩倩指导教师周银福成绩2014年4月22日目录摘要...............................................................................1关键词.............................................................................1Abstract...........................................................................1Keywords:..........................................................................11引言.............................................................................21.1背景意义...................................................................21.2本设计任务.................................................................22总体设计方案.....................................................................22.1方案一：PWM调速............................................................22.2方案二：晶闸管调速..........................................................33单元模块设计.....................................................................43.1H桥驱动电路设计方案........................................................43.2调速原理..................................................................63.3系统硬件电路设计............................................................73.3.1STC89C52..............................................................73.3.2H桥驱动电路..........................................................93.3.3基于霍尔传感器的测速模块.............................................101霍尔传感器的工作原理.....................................................103.3.4．显示模块方案........................................................113.3.5按键功能.............................................................133.4调速设计模块...............................................................133.4.1PWM波软件软件设计..................................................133.4.2系统设计总框架图.....................................................144系统功能调试....................................................................154.1调试软件介绍...............................................................154.2系统原理图................................................................164.3主程序流程图...........................................................16总结........................................................................18参考文献..........................................................................19致谢........................................................................20附录程序清单....................................................................21西南大学育才学院2014届电子信息工程专业本科毕业设计第1页共27页基于单片机的直流电机PMW调速系统设计摘要：本文介绍一种基于STC89C52单片机控制的PMW直流电机脉宽调速系统。系统以廉价的STC89C52单片机为控制核心，以直流电机为控制对象，电机的转速可通过按键进行调整。利用单片机作为控制核心设计直流电机的调速系统，解决以往复杂的模拟电路设计问题，增加对直流电机速度的可控性，提高调速系统的精度，且成本低廉，具有很好的使用价值。关键词：直流电机PMW脉宽调速STC89C52Abstract:thispaperintroducesapulsewidthPMWbasedonSTC89C52singlechipmicrocomputercontroldcmotorspeedcontrolsystem.SystemwithcheapSTC89C52asthecontrolcore,dcmotorsascontrolobject.thespeedofthemotorcocoathroughbuttonstoincreaseordecrease.Usingsinglechipmicrocomputerascontrolcoredesignofadcmotorspeedcontrolsystem,solvethecomplexproblemofanalogcircuitdesign,increaseofthedcmotorspeedcontrol,improvetheaccuracyofspeedcontrolsystem,andlowcost,hastheverygoodusevalue.Keywords:dcmotor,PMWpulsewidthspeedregulation,STC89C52西南大学育才学院2014届电子信息工程专业本科毕业设计第2页共27页1引言1.1背景意义在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机、工业设备等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构简单，生产成本低，维护工作量小。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、造纸印刷、包装机械、印制电路板设备、医疗设备、通讯设备、雷达设备、等行业广泛应用。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速直流传动取代交流传动将成为历史的必然。尽管如此，我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名电子信息工程专业的大学生都会产生积极地作用。1.2本设计任务任务:单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统，设计的主要内容以及技术参数：1)直流电机的启动、停止；2)直流电机的正转、反转；3)直流电机的加速、减速；4)直流电机的转速在数码管上显示。2总体设计方案2.1方案一：PWM调速采用由达林顿管组成的H型PWM电路（图2.1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模西南大学育才学院2014届电子信息工程专业本科毕业设计第3页共27页单片机电机速度采集电路电机驱动电路键盘显示器式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。图2.1PWM调速电路其结构图如图2.2所示：图2.2电机调速系统框图2.2方案二：晶闸管调速采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）。如图3，VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制西南大学育才学院2014届电子信息工程专业本科毕业设计第4页共27页电压cU来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压dU，从而实现平滑调速。晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在410以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M系统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的dudt与didt都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。另外，由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。图2.3晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）兼于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案一。3单元模块设计3.1H桥驱动电路设计方案图3.1所示的H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控西南大学育才学院2014届电子信息工程专业本科毕业设计第5页共27页制电机的转向。图3.1H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图3.2所示，当左端加低电平，右端加高电平时，Q1管和Q4管导通时，电