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1、序号（学号）：021241235长春大学 毕业设计（论文）基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计名院业级师 教姓学专班指徐慧刘冬梅（讲师）电子信息工程学院 自动化 124122016年 6月 13日基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计摘要本文介绍了一种基于MCS-51单片机的直流电机调速系统，该系统以小 型直流电机为控制对象，由MCS-51单片机控制输出PMW信号，经功率放人后驱 动直流电机，用按键实现电动机的正向加减速、反向加减速、速度设定功能。 该系统成本低廉II容易实现。本系统利用MCS-51单片机控制PWM信号从而实现 对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成
2、了 PWM信号的 发生系统，并II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 文中还采用了芯TR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并H 把它与延吋电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。本系统中使用了 测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并II最终作为反馈值输入到单片机进行PT运算，从而实现了对直流电 机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了 PT运算程序，初始化程序等的 编写思路和具体的程序实现。关键词MCS-51单片机，PWM,芯片PWM
3、 dc motor speed control system design based on 51 singlechip microcomputerAbstract In this paper, a dc motor speed control system based on MCS - 51 single chip microcomputer，the system with small dc motors as control object，by the MCS - 51 single chip microcomputer control output PWM signals，after p
4、ower amplifier drive dc motor, the key is used to implement the positive deceleration of the motor，set the reverse，speed，acceleration and deceleration function. The system is low cost and easy to implement. This system by using MCS - 51 single chip microcomputer control PWM signal so as to realize t
5、he dc motor speed control method. Article adopted the special chip is made up of a PWM signal generation system, and in this paper，the principle of the PWM signal generation method and how to through the software programming of the PWM signal adjusted duty ratio, to control the input signal waveform
6、 are expounded in detail. In addition，this article is a core IR2110 is adopted as the dc motor speed regulation drive module, power amplification circuit and combining it with delay circuit completed in the main circuit of dc motor control. This system USES the tachogenerator for dc motor speed meas
7、urement，after filter circuit，the measured value to the A/D converter，and finally as A feedback input to the MCU PI arithmetic，so as to realize the control of the dc motor speed. In the aspect of software，the article introduces in detail PI algorithm， initialization program，writing ideas and specific
8、 program implementation.Key words The MCS - 51 single chip microcomputer, PWM, chipI目录iI第一章前言1I1.1课题研究的意义11.2直流电机的研究现状1i1.2. 1直流电机的发展现状1|1.2. 2直流电机发展现状2i1.3直流电动机调速概述31.3. 1直流电机调速原理3I:1.3.2直流调速系统实现方式4!第二章系统总体方案论证6:2. 1系统方案比较与选择6Iif2.2系统方案描述6|第三章硬件电路的模块设计8i3. 1逻辑延吋电路方案论证设计8j3.2驱动电路方案论证设计9i3.2.1驱动电路方案、
9、参数描述9|3.2.2IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计10i3.2.2IR2110功率驱动介绍11|3.3隔离电路方案论证设计15!3. 3. 1TLP250 光耦隔离15；3.3.2PC817数据采集隔离16|3. 4数据采集、过压反馈保护17|3.4.1数据采集、过压反馈方案设计173.4.2TL431 介绍18i3. 5稳压可调电源设计18第四章软件设计204.1PWM实现方式方案论证204. 2程序流程图204.3主要程序设计分析224.3. 1定吋器0中断服务函数224.3.2占空比调节函数23第五章调试结果描述24第六章结论25a w26参考文献27第一章前言1.1课题研宄
10、的意义如今电气传动的根本重要宗旨之一是机电调速体系采纳微处理器告终数字化把持。 自从上世纪80年代中后期起，世界各大电气公司如ABB、西屋、西门子等都在竞相建设 数字式调速传动装置，经由二十几年的发长，如今直流调速己发展到一个很高的技术水 平：功率元件采纳可控硅；控制板采纳表面安装技术；把持方法采用电源换相、相位控 制1。独特的是采纳了微处理器其及他先进电力电子技术，使数字式直流调速装配在精 度的准确性、控制机能的优良性和抗干扰的性能有很人的进步和成长，在国内外获得广 泛的利用。数字化直流调速装配行为当前最新把制程度传动方法表现了非常优势。全数 字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生
11、产提供了优越的条件。PWM调速体系需求的元器件少、电路布局比较简单、可能机动把持、能大范围调速、 多样化的控制路子、与数字信号兼容通讯,因此在产业范畴能获得到了普遍利用，促成了 工业化的成长，于是自习钻研PWM直流电机调速体系对我们之后的事情冇重要意义。现阶段，我国还尚未自立的全部字化直流调速把制装配生产商，而国际先辈的控制 器价格昂贵，II技术转让受限，为此钻研及更好的利用国外先进的控制器，吸取国际先 辈的数字化直流电机调速装配的益处，具备首要的实际意义和庞大的经济价值。1.2直流电机的研宄现状1.2.1直流电机的发展现状自20世纪70年代来，直流电机传动通过了庞大的技能、装配变化。整流器的
12、更新 换代，以晶闸管整流装配取蒂了惯用很久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流 电气传动实现了一次大的跃进。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为把制 的电路的发展方向。使直流调速体系的机能0标人幅进步，利用范畴不断扩人。直流调 速技能不断发展，走向老练、完美化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电 气传动范畴中仍然难以替换。初期直流传动的控制系统采纳模拟分离器件构成，因为模防器件有其固冇的不足， 如温漂、零漂电压，组成体系的器件较多，使得模拟直流传动体系的控制精度及可靠性 较低。凭着计算机控制技能的发展，微处理器已经普遍利用于直流传动体系，完成了全部字化把持。因为微处理器以数
13、字信号劳作，把持手法灵动方便，抗干扰本事强。所以， 令数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。是以，直流 传动把持采纳微处理器完成全数字化，使直流调速体系投入一个全新的阶段。我国在这方面相对四方国家尽管起步较晚，然而自从我国第一只晶闹管成功研究后， 其快速被应用于直流电机调速装配，并获得了较好的结果，使得我国在电机调速领域取得 了快速发展。近年来,PWM技术发展较快，且R渐老练，我国急速地进入到了 PWM调速范畴 的研发和建造，比如我国的一些研究所、高校以及一些相关企业都在积极研发基TPWM技 术的高性能调速装置。1.2. 2直流电机发展现状微处理器产于上个世纪七十年代
14、，跟随着集成电路大规模及超大规模集成电路建造 工艺的迅速发展，微处理器的性价比愈来愈高。另外，因为电力电子技术的成长，建造 工艺的晋升，使得大功率电子器件的性能迅速提升。为微处理器广泛用于把持机电供给 了可能性，使用微处理器控制电机实现种种新奇的、高性能的控制战术，使电机的各种 潜伏实力获得到充实的运用，使机电的机能更适合工业生产利用请求，还促成了机电生 产商研发出种种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于把持且适用的新式 电机，使电机的成长呈现了新的变化。对于单一的微处理器把持机电，只需使用微处理器控制继电器、电子开关元器件， 使电路开通或关断便可达成对电机的控制。如今带微处理器的可
15、编程控制器，己经在种 种的机床配置和种种的出产流水线中普遍得到利用，经过对可编程控制器举行编程就能 够实现对机电的规律化把持。关于庞大的微处理器控制机电，则要使用微处理器控制机电的电压、电流、转矩、转 速、转角等，使电机按给定的指令确切劳作。经过微处理器把持，可以使机电的机能有 很大的进步。当前在直流电机和交流电机之间他们各有千秋，如直流电机调速性能好， 但带有机器换向器，有机械磨损及换向火花等情况；交流电机，不论是异步电机还是同 步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行 时，它们的速度不能方便而经济地调节。高性能的微处理器如DSP （DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器）的出 现，为采纳新的控制理论和控制策略拥有Y较好的物质基础，使机电传动的自动化水准 大为进步。在优秀先进的数控机床等数控职位伺服体系，已经采纳了如DSP等的高速微 处理器，其实行速率可达数百万兆以上每秒，且具备合适的矩阵运算。1.3直流电动机调速概述1.3.1直流电机调速原理直流电动机按照励磁方法差别，直流电动机分为自励和他励两种种类。区别励磁方 法的直流电动机机械特性狐线有所不同。可是关于直流电动机的转速有如下公式：UR内Tn = TC冲 Cxc此中：U电压；&一励磁绕组自身的电
