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1、测控系统课程设计测控系统课程设计课题： 直流马达驱动控制电路的设计 班级班级 测控 1081 学号学号 1081203119 姓名姓名 王 成 专业专业 测控技术与仪器测控技术与仪器 学院学院 电子与电气工程学院电子与电气工程学院 指导教师指导教师 庄立运 鲁庆 淮阴工学院淮阴工学院测控技术与仪器教研室测控技术与仪器教研室2011 年年 12 月月班级：测控 1081 姓名：王成 学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计1一一 绪论：绪论：本章介绍了直流电机的特点及其发展概况，然后介绍了直流电机电路的总体设计，同时 阐述了直流电机控制电路软件和硬件的设计。并在此基础之上测试出系
2、统放着，最后对其进 行总结。而可以采用 N 沟道增强型场效应管构建 H 桥，实现大功率直流电机驱动控制。此为 基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计的核心技术。该驱动电路能够满足各种类型直流 电机需求，并具有快速、精确、高效、低功耗等特点，可直接与微处理器接口，可应用 PWM 技术实现直流电机调速控制。1.11.1 直流电动机控制的发展现状直流电动机控制的发展现状常用的控制直流电动机有以下几种:第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压 向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行设备制 造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速，所
3、以目前 极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机-电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放 大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十 比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发 电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性， 另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机、电动机调速系统的主要缺点是需要增 加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大，维修困难等。第三， 自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机、电动机系统，使调速性能指标又进 一步提高。特
4、别是它的系统快速响应性是发电机、电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器 仍存在一些缺点:维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第 四，1957 年世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优 越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力。由于它具有体积小、响应快、工 作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标 上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍 数在 10000 以上，比机组(放大倍数 10)高 1000 倍，比汞弧变流器(放大倍数 1000)高 10 倍;
5、在响应快速性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。141.21.2 直流电动机控制的研究现状直流电动机控制的研究现状数字直流调速装置，从技术上，它能成功地做到从给定信号、调节器参数设定、直到触 发脉冲的数字化，使用通用硬件平台附加软件程序控制一定范围功率和电流大小的直流电机， 同一台控制器甚至可以仅通过参数设定和使用不同的软件版本对不同类型的被控对象进行控 制，强大的通讯功能使它易和 PLC 等各种器件通讯组成整个工业控制过程系统，而且具有操 作简便、抗干扰能力强等特点，尤其是方便灵活的调试方法、完善的保护功能、长期工作的 高可靠性和整个控制器体积小型化，弥补了模拟直流调速控制系统的保护功
6、能不完善、调试 不方便、体积大等不足之处，且数字控制系统表现出另外一些优点，如查找故障迅速、调速 精度高、维护简单，使其具备了广一阔的应用前景。二二. . 总体方案设计总体方案设计班级：测控 1081 姓名：王成 学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计22.12.1 介绍描述介绍描述单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。 PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制 要求的一种电压调整方法。在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断 开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间
7、的长短。通过改变直流电机电枢上 电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM 又被称为“开 关驱动装置”。本系统以 89C51 单片机为核心，通过单片机控制，C 语言编程实现对直流电 机的平滑调速。 系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据 PWM 调速的基 本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为 依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电 机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础， 它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，
8、是对硬件端口所体现的信号，加以采集、 分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。2.22.2 系统总体设计框图系统总体设计框图本系统采用 89C51 控制输出数据，由 PWM 信号发生电路产生 PWM 信号，送到直流电机，直流电机通过测速电路，滤波电路，和 A/D 转换电路交数据重新送回单片机，进行 PI运算，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。图 2-1 系统总体设计图系统组成：分为四个模块 1.驱动电路模块2.键盘模块单片机AT89C51直流电 机驱动 电路直流电 机 LCD 液 晶显示键盘模 块班级：测控 1081 姓名：王成
9、学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计33.LCD 液晶显示电路模块4.单片机 AT89C51 模块是由外部中断扩展电路组成系统核心技术是驱动电路。三三. . 硬件电路设计硬件电路设计3.13.1 直流电机驱动的电路模块直流电机驱动的电路模块 由于单片机 P3 口输出的电压最高才有 5V，难以直接驱动直流电机。所以我们需要使用恒压 恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N 来驱动电机。L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS，VSS可接 4.57V 电压。4 脚 VS接电源电压，VS电压范围 VIH为2.546V。输出电流可达 2.5A，可 驱动电感性负载。1 脚和
10、15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电 流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之间可分别接电动机，本 实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。同时需要加四个二极管在电机的两端，防止电机 反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。具体驱动电路如下图 3.1：图 3.1 驱动电路3.2 2 键盘模块（控制电路）键盘模块（控制电路）在图 3.2 为外部中断扩展方法，设 X1、X2、X3、X4、X5 为外部警情信号，X1 代表是加 速信号，X
11、1=0 表示加速；X2 代表减速信号，X2=0 表示减速；X3 代表正转信号，X3=0 表示 正转；X4 代表反转信号，X4=0 表示反转；X5 代表停止信号，X5=0 表示停止处理。图 3.2 键盘（控制电路）班级：测控 1081 姓名：王成 学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计43.33.3 LCDLCD 液晶显示电路模块液晶显示电路模块E RW RSRS RWEXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0
12、.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD1 LM016L75%RV1 1kLCD显示电路图 3.3 1602
13、液晶显示模块组成引脚分布和接口信号说明(1)引脚分布1602 液晶显示共有 16 个引脚，其引脚分布如图 3.4 所示。图 3.4 1602 液晶显示模块引脚分布(2)(2)引脚功能引脚功能班级：测控 1081 姓名：王成 学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计51602 引脚功能如下表所示。表表 16021602 引脚功能引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSSVSS 为地电源9D2Data I/O2VDDVDD 接 5V 正电源10D3Data I/O3VEE液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS0 输入指令，1 输入数据12D5Data I/O5R/W0
14、 写入指令或数据，1 读信息13D6Data I/O6E1 读取信息，10 执行指令14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极3.43.4 单片机模块单片机模块XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.
15、3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U4AT89C51图 3.5AT80C51 引脚图89C51 单片机AT89C51 单片机介绍 班级：测控 1081 姓名：王成 学号：1081203119 课题：直流马达控制电路的设计6VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作 输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻 拉高，且作为输入。并因
