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1、信息科学与工程学院 课程设计报告 信息科学与工程学院 课程设计报告 ( 20142015 学年第 一 学期学年第 一 学期 ) 题 目基于题 目基于 ARM 的直流电机 闭环调速系统的设计 的直流电机 闭环调速系统的设计 院（系、部）控制系 课 程 名 称电力拖动自动控制系统课程设计 专业自动化 1 班 年级2011 级 学号1115103012 姓名范潇宇 指 导 老 师李平晏来成 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 2 引言引言 本次课程设计本质就是控制电机的转速， 使电机输出我们想要的转速， 为此， 我们通过对基于 ARM stm32f103 的简单编程，同时与各种电路相互结
2、合，达到对 电机的自动控制，同时可以对电机进行加、减速的控制，输出转速。 本设计在硬件上采用了基于 PWM 技术的驱动电路， 解决了电机驱动的效率问 题，在软件上也采用较为合理的算法，提高了使用效率，在关于速度的反馈问题 上，用光电编码器作为测速反馈，通过对脉冲数的计算表达当前的转速，提供较 为直观的速度表示方式，与给定值行比较，可以更地控制电机稳定运行。 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 3 目录目录 第第 1 章 直流电机调速系统设计章 直流电机调速系统设计.4 1.1基于 ARM 的直流电机闭环调速系统的设计要求.4 1.2直流电机闭环调速系统的结构图.4 1.3解决相关问
3、题的基本思路.4 第第 2 章 系统硬件部分章 系统硬件部分.5 2.1 直流电机.5 2.2 驱动：L298.5 2.3 测速方式：编码器.7 2.4 显示模块.8 2.5 控制器.9 2.6 输入设备.10 第第 3 章 软件部分设计章 软件部分设计.11 3.1 驱动程序流程图设计.11 3.2 LCD 显示器部分.11 3.3 定时器部分.13 3.31 定时器timer2.13 3.32 定时器timer3.13 3.4 PID 参数调节方法.15 第第 4 章 调试结果及分析章 调试结果及分析.16 4.1 调试过程中遇到的问题.16 4.2 实验结果.16 4.3 问题与不足.1
4、6 参考文献参考文献.17 附录：嵌入式程序附录：嵌入式程序.18 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 4 第一章 直流电机调速系统设计第一章 直流电机调速系统设计 1.1基于 ARM 的直流电机闭环调速系统的设计要求 具体要求如下： 1. 能够通过按键设定期望转速； 2. 能够显示当前速度值（通过数码管或 LCD 均可）； 3. 测量范围：30rpm-3000rpm； 4. 误差：5rpm; 1.2 系统的结构框图如下： 图 1-2 电机驱动方式 1.3 解决的思路： 当转速降低（增大）时相应地提高（减小）电源电压； 问题的关键： 1. 如何获取大小可变的直流电源？ 2. 如何确
5、定电源增减的量的大小？ 问题的解决： 1. 可调电源的获取 图 1-31 获取可调电源 2. 占空比的调整方法： 图 1-32 占空比调整 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 5 第二章 系统硬件部分第二章 系统硬件部分 2.1 直流电机 如图 2-1 所示 图 2-1 直流电机 2.2 电机驱动模块 器件：L298N 电机驱动模块 L298N 是 ST 公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用 15 脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达 46V；输出电流大，瞬间 峰值电流可达 3A，持续工作电流为 2A；额定功率 25W。内含两个 H 桥的高电压 大电流全
6、桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感 性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影 响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端， 使内部逻辑电路部分在 低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用 L298N 芯片 驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台 直流电机。该芯片逻辑电路图如图 2-2 所示 图 2-21 L298N 逻辑电路图 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 6 L298N 实物图如图 2-22 所示 L298N 芯片引脚图如图 2-23 所示 图 2-22 L2
7、98N 实物图图 2-23 L298N 芯片引脚图 图 2-23 L298N 原理图 对直流电机的控制过程： 一个芯片可以控制两个直流电机， 分别为 M1 和 M2。 引脚 A， B 可用于输入 PWM 脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将两引脚接 5V，使电机 工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端 IN1 接高电平输入端 IN2 接低电平，电机 M1 正转。（如果信号端 IN1 接低电平， IN2 接高电平，电机 M1 反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端 IN3 接高电平，输入端 IN4 接低电平，电机 M2 正转。（反之则反转），
8、PWM 信号 端 A 控制 M1 调速，PWM 信号端 B 控制 M2 调速本次电机调速只涉及到电机的 单向转动，没有对反转进行设计。 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 7 图 2-24 对直流电机的控制参考表 2.3 测速方式 器件：编码器 编码器器型号:HN38-06-400A，如图 2-31,2-32 所示 工作原理： 电机每转一圈会产生 400 个脉冲，假设采样时间为 t，则电机实际转速可以表达 为： t20 3 t 60 400 脉冲数脉冲数 n 图 2-31 HN38-06-400A 编码器图 2-32 HN38-06-400A 编码器 测速电路原理图如图 2-33
9、所示 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 8 图 2-33 测速电路原理图 2.4 显示模块 器件：采用 1602LCD 液晶显示器 1602LCD 的基本参数及引脚功能： 1602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比 不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如图 2-41 所示 图 2-41 1602LCD 液晶显示器 1602LCD 主要技术参数： 显示容量:162 个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm 1115103012范潇宇11 自动化 1 班 9 引脚功能说明： 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比 度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整 对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存 器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，
