【正文】 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要直流電動機擁有良好的轉(zhuǎn)速可調(diào)性能；本論文實現(xiàn)了閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，在他勵直流電機的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，得到了單反饋閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。以TinyM0為核心設(shè)計了直流調(diào)速系統(tǒng)的H橋電機驅(qū)動電路和光電碼盤反饋控制電路，研究了利用單片機如何產(chǎn)生PWM信號和控制PWM信號從而實現(xiàn)對直流轉(zhuǎn)速進行控制的方法，同時研究了數(shù)字增量式PID 控制算法和程序，實現(xiàn)了低成本的直流電機轉(zhuǎn)速無靜差控制方法。關(guān)鍵詞 脈寬調(diào)制 直流電機 PID控制算法 H橋驅(qū)動畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要Title Based On The LPC1114 PWM Speed Controller System of The DC Motor_Drives_ ____AbstractDC motor has a good speed adjustable performance. In this paper , the design of the closed loop DC motor system is presented. Based on the mathematic model of separately excited DC motor， the control structure of the single feedback loop controlled DC velocity modulation system was obtained. With Tiny M0 as controlling core，Hbridge motor driven circuit and optoelectrical coder feedbackbased controlling circuit of DC velocity modulation system were designed ；in this paper ，how to produce the PWM single from the chip and studies the use of singlechip PWM signal in order to achieve control of DC motor speed control method and the incremental PID algorithm and the velocity controlling program were investigated at the same time. Using the new design， a kind of DC motor velocity controlling method with feature of low cost and no static error was realized.Keywords PWM DC motor PID Hbridge目 次1 緒論……………………………………………………………………………………1 課題的研究意義………………………………………………………………………1 開發(fā)工具介紹…………………………………………………………………………1 LPC1114微控制器介紹………………………………………………………………32 系統(tǒng)整體方案設(shè)計………………………………………………………………5 系統(tǒng)框架流程圖…………………………………………………………………5 模塊設(shè)計…………………………………………………………………………63 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計…………………………………………………………………9 直流電動機介紹…………………………………………………………………9 驅(qū)動電路介紹………………………………………………………………………11 H橋驅(qū)動原理………………………………………………………………………13 H橋驅(qū)動電路的設(shè)計………………………………………………………………16 光電編碼測速器…………………………………………………………………24 顯示電路…………………………………………………………………………284 系統(tǒng)軟件設(shè)計………………………………………………………………………32 PWM信號軟件設(shè)計……………………………………………………………32 測速軟件流程設(shè)計………………………………………………………………34 PID算法介紹…………………………………………………………………35 SPI控制74HC595驅(qū)動數(shù)碼管………………………………………………395 總體測試與分析……………………………………………………………………41 LPC1114引腳分配………………………………………………………………41 系統(tǒng)測試結(jié)果……………………………………………………………………41 系統(tǒng)結(jié)果及分析……………………………………………………………………43結(jié)論 …………………………………………………………………………………44致謝 ………………………………………………………………………………45參考文獻 …………………………………………………………………………46附件A……………………………………………………………………………………471 緒論本文主要研究了利用單片機，通過PWM方法控制直流電機調(diào)速的方法。沖量相等而形狀不同的脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以此結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其它所需要的波形[1]。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制。即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。PWM控制的基本原理很早就提出，但是受電子電力器件發(fā)展水平的制約，在上世紀80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進入上世紀80年代，隨著全控型電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才得以真正得到應(yīng)用[2]。隨著電子電力技術(shù)，微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前發(fā)展。PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 課題的研究意義直流電機具有良好的起、制動性能，調(diào)速性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速等優(yōu)點，其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來在工業(yè)控制中占有及其重要的地位。直流電機在軋鋼機，礦井卷揚機，挖掘機，海洋鉆機，金屬切削機床，造紙機，高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。直流電機在家用電器，電子儀器設(shè)備，電子玩具，錄像機及各種自動控制中也都有廣泛應(yīng)用。所以直流電機的控制是一門十分實用的技術(shù)[3]。 開發(fā)工具簡介 TKStudio IDE TKStudio IDE是廣州致遠電子有限公司開發(fā)的一個微處理軟件開發(fā)平臺，是一款具有強大內(nèi)置編輯器的多內(nèi)核編譯調(diào)試環(huán)境，支持Keil C5SDCC 5GCC ARM、ADS ARM、IAR ARM、MDK ARM、RVDS ARM、AVR GCC、IAR AVR等編譯工具鏈，支持805ARM7/ARM9/ARM1CortexM3/CortexM0、XScale、AVR等內(nèi)核調(diào)試，可以完成從工程建立和管理，編譯，鏈接，目標代碼的生成，到軟件仿真，硬件仿真(掛接TKS系列仿真器的硬件)等完整的開發(fā)流程。TKStudio是最佳支持TKScope的集成開發(fā)環(huán)境，支持ARM11/ARM9/ARMCortexM3/CortexM0、XScale、805AVR等內(nèi)核，全部操作界面高度統(tǒng)一，免除開發(fā)環(huán)境熟悉周期。它是基于虛目錄管理機制，輕松管理擁有幾百個文件的復(fù)雜項目，與主流的上游廠商合作密切，能便捷地導(dǎo)入RVDSKeil、ADS、IAR的工程，可以根據(jù)文件類型和狀態(tài)顯示圖標，提供大量模板工程，工程內(nèi)檢索、替換功能完備，且是針對目標進行工程管理，可以快速地將一份代碼發(fā)布到系列芯片的不同平臺上。它具有傻瓜式的成員提示及代碼模板功能，有效地減輕記憶負擔，提升編碼速度和準確度，還可以快速格式化功能，高效地調(diào)整亂碼，方便復(fù)制粘貼代碼，免除手工調(diào)整的繁瑣；實時智能縮進輸入的內(nèi)容，使代碼格式合理美觀，便于閱讀。免除手動縮進的繁瑣；智能的代碼導(dǎo)航系統(tǒng)，方便定位到要查看的函數(shù)，大大地縮減查找函數(shù)的時間；代碼折疊及提示功能，顯示代碼組織框架，方便開發(fā)者理解整個程序的思路。顯示界面根據(jù)單詞的類型顯示顏色和字體，使代碼顯得更加清晰美觀，便于閱讀，并放大顯示關(guān)鍵字，集中注意力到關(guān)鍵的地方，使思路更清晰明確，支持4G容量文件的瀏覽，無需等待就可以瀏覽文件里面的任何數(shù)據(jù)，不出現(xiàn)任何卡機和出錯的現(xiàn)象，自由縮放代碼功能，可以根據(jù)視力情況或喜好隨時快速地調(diào)節(jié)字體大小。它具備多內(nèi)核仿真及芯片級外部設(shè)備仿真技術(shù)，支持ARM11/ARM9/ARMCortexM3/CortexM0、XScale、805AVR等內(nèi)核調(diào)試，多接口調(diào)試技術(shù)，支持RDI、JDI、AGDI等接口的仿真器；性能分析器，可以快速定位死區(qū)代碼、死區(qū)變量，幫助優(yōu)化代碼。內(nèi)置十六進制編輯器，具有與文本編輯窗口同步選擇、支持中文的顯示等功能，同時有效地避免了亂碼；內(nèi)置ASCII編碼查詢工具，用于查詢或反查詢ASCII編碼，支持 OEMUS、GB231GBK、BigGB18030等編碼類型，方便查找一些不方便輸入的字符。外部工具KFlash燒寫器，用于 Flash 燒寫，具有文件燒寫與校驗、數(shù)據(jù)擦除、數(shù)據(jù)查空和數(shù)據(jù)讀取等功能，外部工具文件比較器，提供文本文件比較、目錄比較、二進制文件快速比較、二進制文件智能比較功能，能有效地避免人工查找的繁瑣和疏漏，外部工具串口調(diào)試助手，具備一般串口調(diào)試助手的功能的同時，增加了對多串口的實時監(jiān)控、橋接、多播和數(shù)據(jù)過濾功能。 ProteusProteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。（電路原理圖設(shè)計、電路原理仿真）、（印刷電路板設(shè)計）兩個主要程序三大基本功能。其中最主要的是電路原理仿真功能，除有普通分離器件、小規(guī)模集成器件的仿真功能外，還具有多種帶有CPU的可編程器件的仿真功能。對可編程器件可靈活的外掛各種編譯、編輯工具，使用非常方便。具有多種虛擬儀器幫助完成實時仿真，具有傳輸特性、頻率特性、電壓波動分析、噪聲分析等多種圖形分析工具，可以完成電路參數(shù)和可靠性分析。電路原理圖是由電子器件符號和連接導(dǎo)線組成的圖形。在圖中器件中具有編號、參數(shù)、名稱等屬性。電路原理圖的設(shè)計就是放置器件并把相應(yīng)的器件引腳用導(dǎo)線連接起來，并修改元件的屬性。 LPC1114微控制器介紹系統(tǒng)的設(shè)計平臺是是基于LPC1114系列CortexM0處理器上設(shè)計的，這是市場上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。該處理能耗非常低、門數(shù)量少、代碼占用空間小，使得MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價位，獲得32位處理器的性能。超低門數(shù)還使其能夠用于模擬信號設(shè)備和混合信號設(shè)備及MCU應(yīng)用中，可望明顯節(jié)約系統(tǒng)成本，同時保留功能強大的CortexM3處理器的工具和二進制兼容能力。在180ULL工藝上使用ARM標準單元庫時， ARM 憑借其作為低能耗技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)建超低能耗設(shè)備的主要推動者的豐富專業(yè)技術(shù)，使得CortexM0處理器在不到12K門的面積內(nèi)能耗僅有85微瓦 /MHz ()。該處理器把ARM的MCU路線圖擴展到超低能耗MCU和SoC應(yīng)用中，如醫(yī)療器械、電子測量、照明、智能控制、游戲裝置、緊湊型電源、電源和馬達控制、精密模擬系統(tǒng)和IEEE (ZigBee)及ZWave系統(tǒng)。CortexM0處理器還適合擁有諸如智能傳感器和調(diào)節(jié)器的可編程混合信號市場，這些應(yīng)用在傳統(tǒng)上一直要求使用獨立的模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。通過采用為180ULL工藝提供的ARM超高密度標準單元庫和ARM功耗管理工具包(PMK)、為CortexM0專門構(gòu)建的低能耗存儲例程以及Keil微控制器開發(fā)工具包，ARM增強了CortexM0處理器的低能耗運行的特點。ARM低能耗庫是為實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)低能耗并使硅晶面積最小化而優(yōu)化設(shè)計的。PMK擁有動態(tài)和泄漏功率管理功能，低能耗存儲例程則支持外部功率閘，大大減少功率泄漏。2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計 系統(tǒng)框架流程圖本文通過電位器兩端的電壓來設(shè)定電動機的初始速度，M0單片機運用集成A/D模塊，對電位器兩端對的電壓進行采集，將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，該電壓信號與光電編碼器測速器測出來的電動機的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號進行對比，來控制PWM信號的占空比，根據(jù)PID原理構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。PWM方波是通過控制驅(qū)動電路的MOS管的開關(guān)，從而控制驅(qū)動電路的電機兩端的電壓和輸出電流的大小，