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1、2010 年 4 月 5 日基于单片机的直流电动机调速系统设计摘摘 要要本文主要研究了利用AT89C52系列单片机为核心，利用了LM629内部集成的数字式运动控制器的功能，采用PWM软件方法来实现的调速过程，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了键盘输出电机的参数信息，并在液晶屏上显示，完成了功能的可视化。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，从而实现了对直流电机速度的闭环控制。在软件方面，文章中详细介绍了LM629运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。使得软件
2、的运行更为合理可靠，有效地简化了软硬件设计，使系统的结构更加简洁、紧凑。关键词：AT89C52，LM629，直流电动机，PWM信号， The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCMJianwei LiuAbstractThis article mainly studies the AT89C52 single chip microcomputer as the core of the series, using the LM629 inside integrated digital controll
3、er function, using PWM software methods to achieve process of the speed, and the principle of PWM signal, the generation methods and how to through software programming to PWM signal than on the adjustment of empty, so as to control the input signal wave are detailed in this paper. In addition, this
4、 paper also adopted the keyboard output parameters of the motor information, and displayed on the LCD panel, and completed the visual function. In addition, the system used to dc tachogenerator motor speed measuring, thus realize the dc motor speed closed-loop control. In software, the article intro
5、duced in detail in LM629 operation procedures, such as initial program and the writing of the thought and specific program realization. Make the operation of the software is more reasonable and reliable, effectively simplified the hardware and software design, the system structure more concise, comp
6、act.Key words: AT89C52, LM629, Direct Current Motor, PWM signal目录目录摘 要.2 第一章 绪论.41.1 研究现状.41.2 设计的意义.51.3 本论文的主要内容.5 第二章 总体设计与方案.62.1 系统总方案论证与选择.62.2 设计的原理.62.3 系统框图.6 第三章 硬件电路.6 第四章 各功能模块的设计.64.1 单片机的选型：.64.1.1 管脚说明：64.1.2 编程方法64.1.3 数据查询64.2 PWM 控制技术.64.2.1 PWM 的基本原理64.2.2 PWM 在直流调速中的应用64.2.3 桥式可逆
7、 PWM 变换器.64.2.4 PWM 信号发生电路设计64.3 运动控制处理器 LM629.64.4 LMD18200.64.4.1 主要性能64.4.2 内部结构和引脚说明64.4.3 LMD18200 工作原理： .64.4.4 直流电机的典型应用64.5 光电编码盘.64.6 M/T 法测速原理及误差分析.64.7 检测回路64.8 键盘扫描电路64.9 显示器 LCD6963 64.10 直流电机的调速方式.6 第五章 软件的设计.65.1“忙”状态检测 65.2 初始化.65.3PID 参数编程.65.4 轨迹参数编辑.6 第六章 总结.6 致谢.6 参考文献.6第一章第一章 绪论
8、绪论1.1 研究现状在电气传动领域中，随着各项技术水平的不断提高，使得传统工艺有了深层次的提高，对人类的生产与生活，产生了深刻且深远的影响，已经与我们息息相关。由于直流电动机具有良好的起动、制动性能,适宜在大范围内平滑调速,因此在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应用。而且,从控制的角度来看,直流调速还是交流调速，都用到拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,由运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难, 触发精度易受电网电压波动的影响，触发脉冲不对称度较大，调节器中的运算放大器，因网压
9、和温度变化引起的漂移会产生运算误差，模拟器件老化也会引起运算误差，甚至使已经整定好的系统性能变差，这些都阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异,使许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,不但为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,而且使系统能达到了更高的性能,从而大大节约了人力资源,降低了系统成本,有效地提高了工作效率。因为单片机具有小巧灵活、成本低、易于产品化、可靠性好、适应温度范围宽、易扩展、控制功能强等优点，用单片机取代模拟电路作为电动机的控制器，使电路更简单，模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件,使电路复杂,使用单片机微处理器后,绝大多数控制逻辑可
10、通过软件实现可以实现较复杂的控制,单片机有更强的逻辑功能,运算速度和精度高、有大容量的存储单元,因此有能力实现复杂的控制灵活性和适应性强,单片机的控制方式是由软件完成的,如果需要修改控制规律,一般不必改变系统的硬件电路,只需修改程序即可,在系统调试和升级时,可以不断尝试选择最优参数,非常方便无零点漂移,控制精度高、数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题,无论被控量的大小,都可以保证足够的控制精度可提供人机界面,多机联网工作等优点。所以在电气传动实时控制系统中受到重视和普遍应用。利用单片机逻辑功能强和软件灵活的优点，不仅可使很多控制硬件软件化，便于参数的设定和调整，而且可以同时对系统工
11、作中的各种信息数据进行诊断、检测和及时处理，加强了实时维护和提高了控制系统的可靠性。它的发展趋势将是向大容量、高性能化、外围电路内装化等方面发展。1.2 设计的意义直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用
12、软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。1.
13、3 本论文的主要内容首先，学习直流电动机的结构和 PWM 调速的工作原理，学习单片机AT89C52 基本控制和设计方法，学习专用运动控制处理器 LM629 的工作原理和控制方法。本设计包括硬件设计，软件设计和调试三个部分，本文首先对基于单片机的直流调速系统设计做出整体规划,分析当前可使用的各类直流电动机转速控制方案；利用单片机 AT98C52 产生控制信号；利用运动控制处理器芯片对电机进行控制和监控；利用光电编码盘作为传感器，形成反馈环节，根据要实现的功能设计软件流程，使系统能够按照要求实现功能。第二章第二章 总体设计与方案总体设计与方案2.1 系统总方案论证与选择方案一：直接加直流电源来控制
14、电机的转动速度,根据电动机在其额定电压时，电动机有一定的额定转速。根据其输入电压的减小，其转动速度也相应的减小。从而在传统的改变电动机的转速问题中，就是利用所给直流电动机的电压的不同，而达到人们所需要的大约速度。方案二：以单片机 AT89C51 为中心通过 D/A 转换器,将单片机数字量转换为模拟量，从而起到控制电动机的转速问题。其中在单片机控制部分通过按键直接从程序中调出所需要速度的值，同时输到数码显示部分和 D/A 转换部分以实现直流电动机的调速。方案三：采用 AT89C52 单片机和运动控制处理器 LM629 进行控制。通过AT98C52 单片机传送运动参数和 PID 数据，并通过运动控
15、制处理器 LM629 产生 PWM 波控制电机的转速，在通过光电编码盘测速，达到闭环控制的效果。方案分析：方案一只能以减小所给电压值而能使电动机的转速有相应的减小，此方案操作性差且不安全。方案二不能及时的从电动机那里得到相应的转动速度，而是直接从程序哪儿调用相应的数值给数码显示。所以，此处的电路在速度的显示上失去了其真实性。方案三采用了在可操作性与实时性方面都结合了本专业特点，从控制理论与控制技术出发，充分发挥与应用本学科特点，在控制精度上面有很大的提高。所以，设计采用方案三。2.2 设计的原理本文主要研究了利用 AT89C52 系列单片机，通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法。PWM 控
16、制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用 AT98C52 单片机传送运动参数和 PID 数据，并通过运动控制处理器LM629 对电机的运行进行监控，LM629 则根据单片机发送来的数据生成速度图，进行位置跟踪，LM629 的 2 个输出 PWMS 和 PWMM 经光电隔离与驱动芯片LMD18200 相连，来驱动直流电动机运行。在直流电动机输出轴上安装增量式光电编码盘作为传感器，它的输出直接连到 LM629 的 A、B、Z 输入端，形成反馈环节，实现电机的调速控制。本设计的控制器利用单片机完成，运动控制及监控用 LM629 实现。单片机同键盘进行人机交互，获得预输出的速度，转向。通过液晶显示器显示，在通过利用光电编码盘作为传感器，形成反馈环节，实现电机转速的最优控制。2.3 系统框图本系统采用 AT89C52 控制输出控制
