电机与拖动系统课程设计(共26页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计说明书设计名称： 题 目： 学生姓名： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 日 期： 年 月 日 课程设计任务书 专业 年级 班 一、 设计题目微型直流电动机的数字控制器设计二、 主要内容和具体要求1、 设置有正转、反转、加速、减速按键；2、 显示马达的运行状态（正反转、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。三、 进度安排6月1617号：了解任务要求，确定具体方案6月1819号：电机控制程序设计6月2021号：键盘电路、lcd12864液晶屏子程序设

2、计6月2224号：上位机通信程序设计6月2526号：电机 PI 控制设计四、 完成后应上交的材料直流电机数字控制器论文五、 总评成绩姓名-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）指导教师 签名日期 年 月 日系 主 任 审核日期 年 月 日专心-专注-专业摘要本文主要设计一个基于 STC12C5A60S2 单片机的直流电机 PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围，提高了调速精度，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 5V 的直流电机，以 MCS-51 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。硬件电路由 prot

3、el 设计制作，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、驱动电路和测压电路。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、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统 PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件和硬件两个部分。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脉宽调制

4、控制 直流电机 L298N驱动1、 设计任务分析本课题设计主要的目的是为了能够准确及时的控制直流电动机的正转、反转、停止、加速和减速功能可以准确调节控制直流电机的转速。设计要求中央控制芯片具有定时计数的功能，一定的程序存储空间，还要有足够的IO外接端口。由于本设计以LCD12864作为人机交流的显示界面，所以要求中央控制芯片具有一定的电流驱动能力。LCD、电机控制信号、LED指示灯、独立按钮，电压采集这些都需要占用大量IO接口，所以要求中央控制芯片要有足够多的外部接口以满足需要。本设计要求能准确控制电机的转向以及转速，所以要求电机的控制芯片就有较强的调速控制功能以及转向控制功能。本设计要求所采

5、用的的直流电机转速具有一定的可调空间以及足够的灵敏度。2、 总体方案设计2.1 系统控制方案选择方案1：采用STC公司的STC89C52RC。此单片机价格低，资源多，高性价比，应用广泛，无论是从内部构造，还是编程方面，51系列单片机都相对简单容易掌握和使用。 方案2：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)。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。由于本设计需要检测电机电路的电流，而且要与上位机通信，方案2的stc12C5A60S2芯

6、片具有2个串口，内部集成8路高速10位A/D转换(250K/S)，能更好地实现我们需要的功能，所以我们选取方案2，即STC12C5A60S2芯片作为我们的控制芯片。以下是STC12C5A60S2芯片的功能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0420MHz；4.用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K

7、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：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma；7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；9.看门狗；10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K

8、电阻到地）；11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有

9、定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；14.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2),CCP1/P1.4(也可通过寄存器设置到P4.3)；16.PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）也可用来当2路D/A使用 也可用来再实现2个定时器

10、也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)； 17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由STC12 系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多 串口； 19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志 的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)， TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)； 20.工作温度范围：-40 - +85(工业级) / 0 - 75 (商 业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I

11、/O 口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接 74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用 A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信， 还多了串口。 STC12C5A60S2的引脚如图2-1所示图2-1最小系统包括系统时钟电路，复位电路、单片机芯片引脚借口，保证了单片机能够正常的工作。如图2-2所示图2-22.2 电机驱动模块用普通直流电机。直流电机运转平稳精度有一定的保证。直流电机控制的精确度虽然没有步进电机那样高但完全可以满足本题目的要求。通过单片机的PWM输出同样可以控制直流电机的旋转速度实现电动车的速度控制。并且直流电机相对于步进电机价格经济。采用

12、电机驱动芯片L298N。L298N为单块集成电路高电压、高电流、四通道驱动，可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平即可以对电机进行正反转、停止的操作，非常方便，亦能满足直流减速电机的大电流要求。调试时在依照芯片手册，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作。图2-3图2-4本项目驱动直流电机，实现电机的正反转与测速和遥控。输入输出逻辑表真值表2-5通道1通道2输入输出控制电机1输入输出控制电机2EnAIn1In2OUT1OUT2转向EnBIn3In4OUT3OUT4转向10000停止10000停止0101反传0101反传1010正转1010正转1100

13、停止1111停止0XX00停止0XX00停止其中“0”为低电平；“1” 为高电平；“X” 为任何状态。表 2-5 L298N输入输出逻辑真值表2.3 显示模块显示模块我使用了lcd12864液晶屏。带中文字库的12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种界面方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的界面方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。图2-6 LCD12864与单片机连线图2.3.1 上位机通信另外，我们也使用VB软件做了上位机与单片机通信。通过上位机界面更好地实现人机