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1、邓贤彦：直流电机控制系统设计提供全套毕业设计，欢迎咨询 四川理工学院毕业设计直流电机控制系统设计 学 生：学 号：10021020204专 业：电子信息工程班 级：2010.2指导教师： 四川理工学院自动化与电子信息学院二O一四年六月摘要本文基于AT89C52单片机设计了一个直流电机调速系统，利用PWM技术对直流电机进行调速控制。电路结构简单，控制精度高，成本低。系统通过了计算机软件调试和仿真，经简单改进后即可运用于实际操作。关键词：AT89C52单片机；PWM技术；直流电机；调速控制ABSTRACTAT89C52 microcontroller designed to from the DC
2、 speed regulating system,this design uses the PWM technology.With a simple circuit configuration,a high precision control but low cost.Ddbugged and simulated shrough computer software,it can be used for the actual control system with simple improvements Key words: AT89C52 microcontroller; Speed regu
3、lating system;DC Motor；PWM technology I目录摘要IABSTRACTII第1章 引 言11.1直流电机控制系统设计的背景11.2 直流电机控制系统设计的发展历史11.3直流电机控制系统设计的发展趋势11.4直流电机控制系统设计的要求21.5本章小结2第2章 直流调速系统概述42.1直流电机的工作原理42.2直流电机的调速方法52.3 H桥电机驱动的概述82.4 本章小结9第3章 设计方案选择103.1设计思路103.2控制芯片的选择：103.3信号输入模块的选择113.4驱动电路选择123.5液晶显示的的选择133.6直流电机的选择133.7本章小结14第4
4、章 硬件电路设计154.1硬件电路总框图154.2单片机的模块设计154.2.1复位电路154.2.2时钟电路164.3信号输入模块设计174.4液晶显示模块184.5驱动电路模块设计204.6电源模块设计224.7整体电路图234.8本章小结24第5章 系统软件设计255.1系统软件设计分析255.2主程序流程图255.3系统初始化程序流程图265.4定时器程序流程图275.5独立按键外中断程序流程图275.6本章小结29第6章 系统调试及现象分析306.1 PROTUES简介306.2 PROTEUS设计与仿真平台316.3 PROTEUS设计与单片机传统开发过程比较316.4仿真结果32
5、6.5 本章小结35第7章 结束36致 谢37参考文献38附 录 I39附 录II41附录III48第1章 引 言1.1直流电机控制系统设计的背景随着人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法.直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法.励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少.电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流.传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽
6、然响应快,但是灵活性较差,维修复杂.单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟.通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在.单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点.1.2 直流电机控制系统设计的发展历史无线数据采集系统产生于20世纪50年代，美国首先研究出了用于军事领域的测试系统。20世纪70年代后期，随着计算机的不断发展，诞生了有采集器、仪表同计算机一起溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统性能优良，超过了系统自动检测仪表和专用的数据采集系统，因此获得了惊人的发展。70年代起，数据采集系统的发展过程中逐渐分成两类，一类用于实验室数据采集系
7、统，一类用于工业现场数据采集系统。20世纪90年代至今，国际上技术先进的国家，数据采集系统已经成功运用到了军事、航空电子设备以及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术不断提高，出现了高性能，高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术现已经成为了一种专门的技术，在很多领域得到了广泛的应用1。1.3直流电机控制系统设计的发展趋势通过调节直流发电机的励磁电流的大小和方向即可方便地调节其输出电压大小和方向，从而实现调压调速方法。调压调速方法常采用可控直流电源供电。早期这种电源来自于旋转变流机组，但因其设备多，体积大，效率低，运行有噪音等不足，在20世纪50年代已被静止变流装置取代。随着电力
8、电子器件的发展，静止变流装置主要有静止可控整流器和直流斩波或脉宽调制变换器两种调速系统。(1)静止可控整流器又称之为晶闸管电动机调速系统(vM系统)，通过调节晶闸管触发器的控制电压来移动触发脉冲的相位，从而调节整流器输出直流电压的大小和方向，实现平滑调速。这种调速系统响应快，功放大，经济可靠，静止无噪声，但必须设置多种可靠的保护装置和符合散热条件，且易产生电力公害，危及电网以及机械特性的不稳定性。(2)直流斩波或脉宽调制变换器是利用开关器件的通断实现调压的。它具有效率高，体积小，重量轻，成本低的特点。现在广泛应用于电力机车、电瓶车等电力牵引设备的变速拖动中。其中，最主要的调速方法是脉宽调制(P
9、WM)，即保持通断周期T不变，只改变开关导通时间ton。此调速系统响应速度快，动态抗干扰性强，系统低速性能好，调速范围宽，损耗小，效率高，所需元件少。线路简单，控制方便，但受容量的限制，PWM调速系统目前只用于中小功率负载。1.4直流电机控制系统设计的要求任务：单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数：功能主要包括：1：直流电机的正转。2：直流电机的反转。3：直流电机的加速。4：直流电机的减速。5：直流电机的转速在液晶显示器上显示。6：直流电机的启动7：直流电机的停止。1.5本章小结本章主要介绍了直流电动机控制系统的产生的历史背景、现状以及发展趋势。概要讲解单片机
10、控制电机系统响应速度快，动态抗干扰性强，系统低速性能好，调速范围宽，损耗小，效率高，所需元件少。线路简单，控制方便、适用于中小功率负载等优点。以及电机控制的两种发展趋势，并且提出本次直流电动机控制系统设计的要求。47第2章 直流调速系统概述调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因此在生产机械中广泛采用电气方法调速。由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便
11、宜、制造方便、 维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。所以，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，我们先着重讨论直流调速系统。2.1直流电机的工作原理直流电动机，多年来一直用作基本的换能器。绝大多数的直流电动机都是由电磁力形成一种方向不变的转矩而实现连续的旋转运动的。图2-1为直流电机的物理模型图，其中，固定部分（定子）由磁铁（称为主磁极）
12、和电刷组成；转动部分（转子）由环形铁心和绕在环形铁心上的绕组组成，定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和B两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向器和电刷与外电路接通。给两个电刷加上直流电源，如图2-1(a)所示，有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动；如果转子转到图2-1(b)所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba
