陈振潘电力拖动自动控制系统课程设计报告

姓名-学号成绩分组序号同组人员（签名）本人贡献排名指导教师（签名）本课程设计已经实现的功能：1.设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；2.显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；3.测量马达的反电动势系数；4.测量马达的力矩系数；5.创建马达的数学模型；6.实现比例控制；7.实现比例积分控制；摘要本课程设计主要设计了一个以单片机为控制核心的直流电机控制系统。采用PWM控制电机，提高了调速范围，精度，改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用的直流电机，以12C5A60S2单片机为控制核心，采用LCD12864液晶作为显示元件，进行软硬件的设计。，主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路和驱动电路。软件设计在Keil开发平台用C语言编写，程序采用模块化设计方案，包括液初始化程序、液晶显示程序、键盘控制程序、电机控制程序等。本系统PWM控制直流电机采用调压调速的方法通过利用单片机产生PWM控制信号控制直流电机，详细介绍脉宽调制(PWM)控制原理，直流电机的工作原理和数学模型以及用H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是可行的，控制精度比较高，能够满足系统的基本要求。关键词：单片机；PWM；直流电机目录1.直流电机闭环调速系统的设计任务..............................................................11.1.任务总述..............................................................................................11.2.设计任务..............................................................................................12.总体方案设计与实现......................................................................................12.1.总体方案设计......................................................................................13.硬件设计..........................................................................................................23.1.单片机系统的设计..............................................................................23.2.STC12最小系统...................................................................................23.3.直流电机基本工作原理......................................................................53.4.L298N电机驱动模块...........................................................................83.5.12864液晶显示模块..........................................................................113.6.测速模块............................................................................................134.软件设计........................................................................................................154.1.主程序................................................................................................154.2.初始化模块程序设计........................................................................154.3.测速模块程序设计............................................................................164.4.电机控制模块程序设计....................................................................184.5.PWM程序设计..................................................................................204.6.菜单程序设计....................................................................................204.7.按键程序设计....................................................................................235.直流电机数学模型的建立............................................................................246.数据处理与调速数据....................................................................................286.1.电机的反电动势系数........................................................................286.2.电机的力矩系数................................................................................296.3.比例调速数据....................................................................................296.4.PID调速数据.....................................................................................297.系统调试........................................................................................................307.1.硬件调试............................................................................................307.2.软件调试............................................................................................308.心得体会........................................................................................................309.参考文献........................................................................................................3210.致谢.........................................................................................................3311.附录：部分程序..........................................................................................3411.直流电机闭环调速系统的设计任务1.1.任务总述本课题主要目的是以单片机为核心设计出一个直流电机控制系统。本系统采用STC12C5A60S2单片机作为控制单元，通过与12864液晶显示模块、L298N电机驱动模块、键盘扫描模块、测速模块、PWM调节模块、电机控制模块等组成一个直流电机的控制系统，能实现对直流电机的正反转、加减速、比例控制调速和PID控制调速等功能。通过比例控制、与PID控制，本系统能比较精确地控制直流电机的转速。1.2.设计任务1.设置有正转按键、反转按键、加速按键、减速按键；2.显示马达的运行状态（正转、反转、停止），显示转速；3.测量马达的反电动势系数；4.测量马达的力矩系数；5.创建马达的数学模型；6.实现比例控制；7.实现比例积分控制；8.缓存马达动态过程运行数据，并上传到PC机绘出动态过程曲线。2.总体方案设计与实现2.1.总体方案设计直流电机调速控制采用脉宽调制(pulsewidthmodulation，简称PWM)。因为该调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，硬件比较简单，运算速度快，精度高。使用H型全桥式驱动电路为直流电机驱动电路。这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。用测速码盘编码器对直流电机的进行测速，并将速度显示在液晶显示器上，同时将转速反馈给单片机实现对电机转速的闭环控制。设置功能键盘，可通过按键实现对电机转速的设定以及调节控制。23.硬件设计3.1.单片机系统的设计单片机系统的设计流程图如下所示：图3-1单片机系统设计3.2.STC12最小系统(1)STC12C5A60S2芯片STC12C5A60S2不但和8051指令、管脚完全兼容，而且速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合，其片内的具有大容量程序存储器60KFLASHROM，用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。STC系列单片机支持串口程序烧写，对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。以下是STC12C5A60S2的功能：1)增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；2)工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）；3)工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0～420MHz；4)用户用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节；5)片上集成1280字节RAM；6)通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置成四种模式：准双向