基于单片机的直流调速系统的设计

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1、武汉纺织大学武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书课题名称：课题名称：基于单片机的直流调速控制系统设计完成期限：完成期限：20102010 年年 1212 月月 2525 日至日至 20112011 年年 5 5 月月 2525 日日院系名称院系名称机械工程与自动化机械工程与自动化 指指 导导 教教师师 向向 阳阳 专业班级专业班级 自动化自动化 072072 班班 指导教师职称指导教师职称 副教授副教授 学生姓名学生姓名 郭正隆郭正隆 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容一、课题训练内容(2) 培养学生进行单片机

2、工程开发的能力，制定工作计划和协调组织的能力；(3) 培养学生运用所学知识，选取合适器件，解决实际工程问题的能力；(4) 培养学生设计复杂硬件电路的能力，使用 portel 做图的能力；(5) 培养学生设计模块化软件的能力；(6) 培养学生撰写文档及表格的能力；(7) 培养学生阅读英语文献和翻译的能力。1. 巩固和加深对模拟电路、数字电路、单片机等基础理论、基本技能的认识与掌握，了解和熟悉一些基本传感器的工作原理及其使用方法，并对专业前沿知识有初步认识和关注。2. 培养学生自主学习、独立思考的能力。3. 培养学生综合运用基础知识和基本技能进行分析问题和解决实际问题的能力，将理论与实践结合，并且

3、熟悉专业软件工具的使用方法，如 KEIL 软件调试方法、Cadence capture 绘原理图和 Cadence Allegro 绘 PCB 的使用方法4. 培养学生的设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅等设计开发能力；熟悉 Microsoft Office、Cadence、KEIL C51，REALVIEWMDK 等专业软件应用以及外文资料的阅读和翻译，使学生初步掌握科学研究的基本方法。5. 培养学生利用单片机进行应用系统开发的能力，掌握单片机应用系统设计的一般方法和步骤，达到能够进行单片机系统设计的目的。熟悉和掌握MCS51 单片机并以此扩展的 STM32

4、F103F 单片机的调试方法以及系统设计，了解无线数据传输的基本方法和工作原理，及其系统设计流程和设计方法。6. 使学生树立符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，培养严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作的工作作风。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）(1) 查阅课题相关参考文献、技术资料，做好备份，以便以后查找。学习设计原理图和使用 portel；(2) 第四周前上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学

5、校模板要求一致，字数不少于 2000 字；经指导教师检查合格后才能进行后续工作；(3) 完成原理设计，合理选择模块和元器件，绘制原理图。完成硬件电路板的绘制和软件的编写；(4) 完成毕业设计论文，字数不少于 15000 字。论文应包括中文摘要、英文摘要、目录、正文、参考文献、附录（可无） 、致谢 7 个部分；具体每一部分的格式严格按照学校教务处模板的规定。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料1 1、主要设计功能：、主要设计功能：(1) 使单片机可以控制直流电机的正转(2) 使单片机可以控制直流电机的反转(3) 使单片机可以控制直流电机的正转时的加

6、速和减速(4) 使单片机可以控制直流电机的反转时的加速和减速2 2、主要参考资料、主要参考资料1 康华光.模拟电子技术基础（第 4 版）M. 北京：高等教育出版社，2004.5.2 康华光.数字电子技术基础（第 4 版）M. 北京：高等教育出版社，2004.5.3 刘和平.单片机 C 语言编译器及其应用基于 PIC18F 系列 M. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.4.4 陈伯时.电力传动自动控制系统M. 北京：机械工业出版社，2004.6.5 张振利.数字式直流调速装置的设计N.江西电力职业技术学院学报，2004.6 雷小平.单片机实现的双闭环数字直流调速系统N.无线点通讯技术，20

7、00.7 罗宁.浅谈单片机在直流拖动系统中的应用N.水利电力机械，2000.8 张兴华.交直流传动技术实训教材M. 北京：科学出版社,2003.9 范正翘.电力传动与自动化控制系统M.北京航空航天大学出版社,2003.四、毕业设计（论文）进度表四、毕业设计（论文）进度表武汉科技学院毕业设计（论文）进度表武汉科技学院毕业设计（论文）进度表序 号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名 检查日期112.252.25收集参考资料22.25-3.6阅读参考资料， 撰写开题报告33.7-3.23设计总体工程， 制定工作计划43.24-4.04选择单片机等 器件，准备进 行硬件设计54.05-4.12设

8、计硬件电路， 并使用 portel 作图64.13-4.18对系统进行模 块化软件设计74.19-5.03整理设计资料85.12-5.26对整体设计做 模拟测试95.12-5.26撰写论文注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉科技学院毕业设计（论文）规范执行。武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告课题名称基于单片机的直流调速控制系统设计院系名称机械工程与自动化学院专 业自动化班 级自 072学生姓名郭正隆1 1课题研究的意义

9、课题研究的意义直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流 电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控 制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因 此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。随着单片机的发展，数字化直流 PWM 调速系统在工业上得到了广泛的应用，控 制方法也日益成熟。它对单片机的要求是：具有足够快的速度；有 PWM 口，用于自 动产生 PWM 波；有捕捉功能，用于测频；有 A/D 转换器、用来对电动机的输出转速、 输出电压和电流的模拟量进行模/数转换；有各种同步串行接口、足够的内部 R

10、OM 和 RAM，以减小控制系统的无力尺寸；有看门狗、电源管理功能等。因此该实验中选用 Cygnal 公司的单片机 C8051F020。通过设计基于 C8051F020 单片机的直流 PWM 调速系统并调试得出结论，在掌 握 C8051F020 的同时进一步加深对直流电动机调速方法、PI 控制器的理解，对运动 控制的相关知识进行巩固。2 2所属领域的现状，及发展状况：所属领域的现状，及发展状况：PWM 控制技术一直是变频技术的核心技术之一。1964 年 A.Schonung 和 H.stemmler 首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用 开辟了新的局面。 从最初采用

11、模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制 SPWM 信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时 在线的 PWM 信号输出，可以说直到目前为止，PWM 在各种应用场合仍在主导地位， 并一直是人们研究的热点。 由于 PWM 可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。由此在交流传动及至其它 能量变换系统中得到广泛应用。PWM 控制技术大致可以为为三类，正弦 PWM（包括 电压，电流或磁通的正弦为目标的各种 PWM 方案，多重 PWM 也应归于此类），优化 PWM 及随机 PWM。正弦 PWM 已为人们所熟知，而旨在改善输出电压、电流波形， 降低电源系统谐波的多重

12、 PWM 技术在大功率变频器中有其独特的优势（如 ABB ACS1000 系列和美国 ROBICON 公司的完美无谐波系列等）；而优化 PWM 所追求的则是实现电流谐波畸变率（THD）最小，电压利用率最高，效率最优，及转矩脉动最 小以及其它特定优化目标。 在 70 年代开始至 80 年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管， 载波频率一般最高不超过 5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波引起的振动引起人们的关 注。为求得改善，随机 PWM 方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁 噪音近似为限带白噪音（在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的），尽管噪 音的总分贝数未变，但以

13、固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此， 即使在 IGBT 已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机 PWM 仍然有其特殊的价值（DTC 控制即为一例）；别一方面则告诉人们消除机械和 电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，因为随机 PWM 技术提供了一个分析、 解决问题的全新思路。 3.3. 课题的研究内容课题的研究内容本文设计是一套基于 PIC 单片机的直流电机控制器，作为其配套的试验装置。论 文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设计的控制方案对控制系 统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以 PIC16F45

14、8 单片机为核心的硬件构成，对键盘电路、测量电路、显示电路等作了详细 阐述;软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图。论述了软件的设计思 想和方法;实现了对直流电动机转动参数的设置、启动、停止、加速、减速和显示等功 能。利用 PIC 系列芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、 降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。4.4. 课题的研究方法及步骤课题的研究方法及步骤：（1）深入研究国内前几代的相应产品的工作原理与国外发展现状，为我们的设计作参考和借鉴（2）进行总体设计，并根据要求选取合适的元器件（3）学习设计硬件电路和使用 portel 绘制原理图（4

15、）大量阅读和学习与设计相关的软件知识，便于以后软件编程（5）熟悉相关的软件，分别进行硬件部分的设计和软件部分的设计5.5.参考文献：参考文献：1 王兆安，黄俊.电力电子技术（第 4 版）M.北京：机械工业出版社，2000.2 刘和平.单片机 C 语言编译器及其应用基于 PIC18F 系列 M. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.4.3 刘和平等.PIC18Fxxx 单片机程序设计及应用 M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.2.4 刘和平等.PIC18Fxxx 单片机原理及接口程序设计 M. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.8.5 陈伯时. 电力传动自动控制系统M. 北京

16、：机械工业出版社，2004.6.6 张振利.数字式直流调速装置的设计N.江西电力职业技术学院学报，2004.7 雷小平.单片机实现的双闭环数字直流调速系统N.无线点通讯技术，2000.8 罗宁.浅谈单片机在直流拖动系统中的应用N.水利电力机械，2000.9 张兴华.交直流传动技术实训教材M. 北京：科学出版社,2003.10 范正翘.电力传动与自动化控制系统M.北京航空航天大学出版社,2003.指导教师签名： 年 月 日摘 要本文设计是一套基于 PIC 单片机的直流电机控制器，作为其配套的试 验装置。论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设 计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了 整体设计，然后介绍了