【正文】 1 學(xué)校代碼 10722 學(xué) 號(hào) 分類號(hào) 密 級(jí) 公 開(kāi) 本科畢業(yè) 論文 （ 設(shè)計(jì) ） 題目：基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的控制 (中、英文 ) Control of DC motor based on SCM 作 者 姓 名： 專 業(yè) 名 稱： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 科 門(mén) 類： 工 科 指 導(dǎo) 教 師： 提交論文日期： 二 0 一四年五月 成 績(jī) 評(píng) 定： 2 摘 要 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，直流電機(jī)的要求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究直流電機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可 靠性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，所以論文采用 51 系列單片機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤(pán)控制模塊、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊等功能模塊的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)包括主程序以及各個(gè)模塊的控制程序，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性及可靠性的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ：直流電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；方向控制 3 Abstract Along with the development of microelectronics and puter technology, the requirement of the dc motor’s quantity grows day by day, it is widely used in printers, electric toys and other consumer products as well as the numerical control machine tools, industrial robots, medical equipment and other mechanical and electrical products, and applied in all professions and trades of the national of dc motor control system, to improve the control precision and response speed, energy conservation is of great significance. Because singlechip has advantages of high integration, strong processing power, good reliability and the characteristics of simple structure, low cost as well as easy to use, so the paper uses the 51 series microcontroller design the control system, the whoie design include hardware design and software design two them, the hardware design mainly includes the SCM minimal system, the keyboard control module, dc motor driver module, reset circuit module, crystals circuit module, and other function modules design includes the main program and each module control do realize the function of controlling the rotation direction and system has the characteristics of intelligence, practicality and reliability. Keywords: dc motor。speed control。direction control 4 目 錄 摘 要 ....................................................................... 2 Abstract.................................................................... 3 1 緒論 ...................................................................... 5 研究背景 .................................................... 5 研究?jī)r(jià)值 .................................................... 5 研究?jī)?nèi)容 .................................................... 5 2 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 ............................................................ 5 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其構(gòu)造 ................................ 5 直流電動(dòng)機(jī)的 PWM 調(diào)壓調(diào)速原理 ................................ 6 3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................ 7 設(shè)計(jì)方案分析與比較 .......................................... 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................ 9 單片機(jī) 89C51 簡(jiǎn)介 ........................................... 10 L298N 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介 .................................... 11 4 硬件設(shè)計(jì) ................................................................. 12 單片機(jī)系統(tǒng)電路 ............................................. 12 復(fù)位電 路 ................................................... 13 時(shí)鐘電路 ................................................... 14 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ........................................... 15 鍵盤(pán)電路 ................................................... 16 5 軟件設(shè)計(jì) ................................................................. 17 單極性可逆電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)控制 ........... 17 系統(tǒng)總體流程設(shè)計(jì) ............................................ 18 6 仿真調(diào)試 ................................................................. 19 Keil C51 軟件簡(jiǎn)介 ........................................... 19 Proteus 仿真軟件簡(jiǎn)介 ........................................ 20 調(diào)試 ....................................................... 21 總結(jié) ....................................................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................................... 25 附錄 ....................................................................... 27 謝辭 ....................................................................... 29 5 1 緒論 研究背景 直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。 近十幾年來(lái)，單片機(jī)作為微計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支，應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速，已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生 了深遠(yuǎn)的影響。單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集及處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理及辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低可靠性和通用靈活性等特點(diǎn)，尤其是美國(guó) Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)，由于其具有集成度高、處理功能強(qiáng)、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。 研究?jī)r(jià)值 以前電動(dòng)機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)開(kāi)始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。當(dāng)前電機(jī)控制器的發(fā)展方向越來(lái)越趨于多 樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要求，為此可考慮開(kāi)發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器，因此研究電機(jī)的調(diào)速控制有著非常重要的意義。 研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是用單片機(jī)來(lái)控制直流電機(jī)，其中通過(guò) 4位按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。調(diào)速系統(tǒng)主要是通過(guò)調(diào)節(jié) PWM的占空比大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理及其構(gòu)造 6 電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈兩個(gè)端線通 有相反方向的電流，使整個(gè)線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。為使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，將流過(guò)線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂 “ 換向 ” 。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個(gè)極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方向，就可以使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)。 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。定子包括：機(jī)座，主磁極，換向 極，電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸和風(fēng)扇等。 （ 1）定子 定子就是發(fā)動(dòng)機(jī)中固定不動(dòng)的部分，它主要由 機(jī)座、主磁極、換向級(jí) 和電刷裝置組成 。 機(jī)座不僅起到導(dǎo)磁的作用，而且會(huì)起到機(jī)械支撐的作用。主磁極的作用是在電樞表面外的氣隙空間里產(chǎn)生一定形狀分布的氣隙磁密，也稱主極。一般大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極都是由直流電流來(lái)勵(lì)磁，因此主磁極上還應(yīng)該裝有勵(lì)磁線圈。換向級(jí)一般用整塊鋼板構(gòu)成，且外面套有換向級(jí)繞組。換向級(jí)繞組導(dǎo)線的截面積比較大，而匝數(shù)比較少，是因?yàn)閾Q向級(jí)繞組里有電樞電流流過(guò)。電刷裝置的作用是把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電流引出到靜止的電路里。電刷一般情況下與換向器配合使用。 （ 2）轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，主要由電樞和換向器組成。電樞是電動(dòng)機(jī) 中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分，主要包括電樞鐵芯和點(diǎn)數(shù) 繞 組。電樞鐵芯成圓柱形，由硅鋼片疊成，表面沖有槽，槽中放電樞繞組。通有電流的電樞繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力矩的作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，起了能量轉(zhuǎn)換的樞紐作用，故稱 “ 電樞 ” 。換向器又 叫做 整流子， 對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是一種 特殊裝置。它是由楔形銅片疊成，片間用云母墊片絕緣。換向片嵌放在套筒上，用壓圈固定后成為換向器再壓裝，在轉(zhuǎn)軸上電樞繞組的導(dǎo)線按一定的規(guī)則焊接在換向片突出的叉口中 。固定的電刷被換向器用彈簧 壓在 表面， 進(jìn)而讓 轉(zhuǎn)動(dòng) 著