【正文】 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .................................... 18 參考文獻(xiàn) .............................................. 19 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 在當(dāng)今的電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中具有十分鐘的意義，無論是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)鹊?，還有日常生活中的家用電器，無一都是大量使用各式各樣的電動(dòng)機(jī)。而隨著控制智能化，儀器微型化，功耗微小化等對(duì)設(shè)備日益苛刻的要求，利用單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制也越來越成為研究的焦點(diǎn)。早期的電機(jī)調(diào)速通常采用串聯(lián)電阻的方法來調(diào)節(jié)電樞電壓，這種方法不僅 功耗很大，而且調(diào)速不太平滑，逐漸被其他調(diào)速裝置代替。隨后又出現(xiàn)了晶閘管、 MOSFET、 IGBT等為主控元件的調(diào)速裝置，電子技術(shù)的飛速發(fā)展。促使直流電機(jī)調(diào)速逐漸由模擬化數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，使得直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新紀(jì)元。前期的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)控制回路的硬件裝置極其復(fù)雜。安裝調(diào)試極困難，相對(duì)故障率高，檢修比較困難，然而利用單片機(jī)控制的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，其控制方案是依靠軟件實(shí)現(xiàn)的，控制器由可編程功能模塊組成，配置和參數(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單方便，工作穩(wěn)定。 直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，而且從 控制的角度來看，它又是交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)，通常采用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng)）。對(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對(duì)調(diào)速指標(biāo)較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。接反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋、電流反饋、電壓反饋等。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)使用較多。在對(duì)調(diào)速性能有較高要求的領(lǐng)域常利用直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，但直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不能滿足要求，可利用速度負(fù)反饋提高穩(wěn)態(tài)精度。而采用比例調(diào)節(jié)器的負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)仍是有靜差的，為了消除系統(tǒng)的靜差，可用積分調(diào)節(jié)器代替比例調(diào) 節(jié)器。 反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是要想維持系統(tǒng)中的某個(gè)物理量基本不變，就引用該量的負(fù)反饋信號(hào)去與恒值給定相比較，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說，若想提高靜態(tài)指標(biāo)，就得提高靜特性硬度，也就是希望轉(zhuǎn)速在負(fù)載電流變化時(shí)或受到擾動(dòng)時(shí)基本不變，要想維持轉(zhuǎn)速這一物理量不變，最直接和有效的方法就是轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬的多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。 由于單片機(jī)具有體積小、集成度高、運(yùn)算速度快、運(yùn) 行可靠、應(yīng)用靈活、價(jià)格低廉以及面向控制等特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而且發(fā)展非常迅猛。隨著單片機(jī) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 應(yīng)用技術(shù)水平不斷提高，目前單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及幾乎所有的領(lǐng)域。 現(xiàn)在國內(nèi)外工業(yè)上對(duì)電機(jī)的調(diào)速基本已經(jīng)不再使用模擬調(diào)速，而采用數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，而數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)大部分都是用單片機(jī)來進(jìn)行控制，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有控制精確度高，非常穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以在國內(nèi)外的使用越來越廣泛。 與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、運(yùn)行維護(hù)困難，但是直流電 機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)仍大量應(yīng)用。近年來，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱 PWM）已成為直流電機(jī)新的調(diào)速方式。這種調(diào)速方法具有開關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能良好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這種控速方式很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，因此具有很好的發(fā)展前景。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2章 課程設(shè)計(jì)的方案 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)以 可控制直流電機(jī)調(diào)速并可顯示轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求按照加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求可知，一方面要將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)顯示，這就會(huì)涉及到顯示部分。另一方面，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況要能按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制，這又會(huì)涉及到按鍵部分。此外，還有電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分和測(cè)速部分，單片機(jī)本身也有它的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。這就構(gòu)成了一個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)， 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)的思路，繪制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 22所示： 圖 21 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 STC89C52 復(fù)位電路 按鍵 顯示器 LCD1602 電源 光電門測(cè)速電路 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電動(dòng)機(jī) 晶振電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 第 3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī) STC89C52 及其引腳 STC89C52 單片機(jī)如圖 31所示，它是由 CPU、 RAM 、 ROM、 I/O 口、串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、特殊功能寄存器組成。有 40 引腳，其中 2 條主電源引腳， 2 條外接晶體引腳， 4條控制或與其他電源復(fù)用的引腳， 32 條 I/O 引腳； GND為接地端 ,VCC 為電源端； XTAL1 和 XTAL2 為外接晶振引腳； RESET 為復(fù)位引腳，ALE 為地址鎖存允許信號(hào)引腳， PSEN 為外部程序存儲(chǔ)器的獨(dú)選通信號(hào)引腳， EA 為內(nèi)、外 ROM 選擇端引腳； P0、 P P P3為輸入 /輸 出引腳； 圖 31 單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 ， 單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖 31所示 ： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 32時(shí)鐘電路 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 如圖 32所示，為按鍵式復(fù)位電路，按下鍵后，通過 R1和 R2形成回路，使 RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RESET引腳上出現(xiàn) 24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（兩個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 圖 33復(fù)位電路 人機(jī) 接口電路設(shè)計(jì) 顯示接口電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)采用 LCD1602 來顯示，其引腳圖如圖 34 所示： 1602 液晶也叫 1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣型液晶模塊。引腳功能為： GND 為接地端， V