【正文】 論文題目：基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化本 科 生： (簽名)＿＿＿＿指導(dǎo)教師： (簽名)＿＿＿＿摘 要直流電動(dòng)機(jī)是一種新型，機(jī)電一體化電機(jī)，具有調(diào)速性能好，啟動(dòng)容易，能夠重載啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。顯然對(duì)它的控制也越來越重要。本文主要介紹了基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)，研究了利用89C52單片機(jī)控制直流電機(jī)并對(duì)其進(jìn)行速度的測(cè)量。首先，本文介紹了直流電機(jī)的發(fā)展以及研究目的。其次，設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的方案以及繪制出各模塊的硬件電路圖。然后，運(yùn)用軟件Keil51設(shè)計(jì)出相應(yīng)的測(cè)速、電流保護(hù)、按鍵子程序、PWM調(diào)速同時(shí)給出相應(yīng)的程序流程圖。最后，通過上述設(shè)計(jì)，并且通過試驗(yàn)，能夠完成對(duì)直流電機(jī)的起停、正反轉(zhuǎn)、剎車、調(diào)速等控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)系統(tǒng)，直流電機(jī)調(diào)速，PWM信號(hào) Subject: The DC Motor based on Microcontroller control speed Specialty: Electrical Engineering and Automation Name: (Signature)＿＿＿＿Instructor: (Signature)＿＿＿＿ABSTRACT DC Motor is a new kind of the mechanical and electrical integrated motor, with the advantages of speed alter, high reliability, start easier, and overload starting, high efficiency and good speed performance has been widely used in industrial control fields. It is also clear that the control is the most important.This article described the DC speed control system, and this always depended on Micro controller. A kind of speed regulation system of Pulse Width Modulation (PWM) for DC motor posed of microcontroller AT89C52 and L298 was designed. Firstly, this article describes the progress of the DC motor and research purposes. Secondly, designed kinds of modules and based on 89C52 control system, then designed the circuit diagram. Thirdly, design using software Keil51 corresponding speed, protection, display, and the speed control of PWM, then give out flow chart. Finally, through the designing and the testing, to plete the DC motor for starting, stopping, rotating, braking and speed control. Meet the design requirements. KEY WORDS: SCM system,DC Motor Speed Control , PWM signal 目 錄第一章 緒論 1 課題研究的背景 1 1 2 3 第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇 5 5 5 PWM調(diào)寬方式 5 PWM 調(diào)速工作方式 6 顯示模塊的選擇 6 鍵盤方案的選擇 6 7 第三章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 89C52單片機(jī)的簡介 8 89C52 單片機(jī)的基本組成 8 CPU及8個(gè)部件的作用功能介紹如下 9 對(duì)系統(tǒng)功能的要求 10 系統(tǒng)的整體框圖 11 直流電動(dòng)機(jī)的簡介 11 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 12 (脈寬調(diào)制)調(diào)速工作原理 13 第四章 主體設(shè)計(jì) 16 詳細(xì)設(shè)計(jì) 16 16 顯示模塊 16 17 17 AD轉(zhuǎn)換電路 18 19 第五章 軟件設(shè)計(jì) 20 主程序的設(shè)計(jì) 20 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 22 PWM波程序的設(shè)計(jì) 22 按鍵子程序的設(shè)計(jì) 24 LCD1602的顯示程序 24 測(cè)速程序的設(shè)計(jì) 25 中斷程度的設(shè)計(jì) 25 第六章 系統(tǒng)功能調(diào)試 26 調(diào)試軟件的介紹 26 Keil c51 軟件的簡介 26 Keil C51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 27 Keil C51的開發(fā)過程 27 28 電機(jī)速度的測(cè)量并顯示功能仿真 28 29 第七章 個(gè)人總結(jié) 31 致 謝 33 參考文獻(xiàn) 34 附 錄 一 35 附錄二 44 第一章 緒論 課題研究的背景 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，電力傳動(dòng)裝置的使用十分廣泛，隨著社會(huì)的發(fā)展和各種技術(shù)的更新，以及生產(chǎn)質(zhì)量和工藝的不斷增長和改善，自動(dòng)調(diào)速已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)中并且對(duì)其要求也越來越高。對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的控制，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。直流電機(jī)的調(diào)速具有很好的調(diào)速特性，有很大的過載能力，并且可以平滑，快速調(diào)速?？梢暂p易的實(shí)現(xiàn)多次正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)并且能夠適應(yīng)生產(chǎn)和生活中的各種控制要求，至今在機(jī)床、造紙機(jī)等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域一直都有廣泛的應(yīng)用， 到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。直流電機(jī)是出現(xiàn)最早的電動(dòng)機(jī)，可以分為有換向器和無換向器兩類。雖然直流電機(jī)在價(jià)格，性能，維護(hù)等方面不如交流電動(dòng)機(jī)，但是直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好，啟動(dòng)容易，能夠重載啟動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，所以目前直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用很廣泛。直流電動(dòng)機(jī)就是因其轉(zhuǎn)速比較靈活，方法簡單，且有很多優(yōu)點(diǎn)。因此在傳動(dòng)控制領(lǐng)域占有很高的地位。研究并制造高性能、高可靠性的直流電機(jī)控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，為此對(duì)直流電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，我們可以采用多種辦法，而有一種通過使用價(jià)格低廉、通用性很強(qiáng)單片機(jī)為控制芯片的方法，以 PI 調(diào)節(jié)控制算法為基礎(chǔ)，完成直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，達(dá)到了控制性能好、成本低的目的。另外，以單片機(jī)為核心的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)還有維修簡單、柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 在直流電機(jī)的測(cè)速系統(tǒng)中，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)廣泛使用PWM技術(shù)來對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，而且在電機(jī)的調(diào)速模塊中，是從最初的用電位器調(diào)整直流電壓從而達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的；然后是采用繼電器的開關(guān)切換對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度的控制；現(xiàn)在是用封裝集成好的H型器件，或是IGBT組成的H型電路，從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。通過比較發(fā)展過程中的電機(jī)控制方法可知，在以上三種控制模塊里主要以H型電路的驅(qū)動(dòng)最為簡單，可以簡單控制電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向的變化，因此也出現(xiàn)了L298N這些內(nèi)部H橋型的芯片的封裝，從而可以直接利用L298N這些類似芯片直接來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。我國在很早從第一只晶閘管研發(fā)成功以后，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)就得到了快速的發(fā)展和廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)在，全國各大高校、科研單位和電子生產(chǎn)廠家都在進(jìn)行數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)，同時(shí)有了很多關(guān)于直流調(diào)速系統(tǒng)控制的算法。（1）直流電動(dòng)機(jī)及直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)的方法。該方法是應(yīng)用最小二乘法，在系統(tǒng)或某環(huán)節(jié)的輸入輸出特性中，可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)內(nèi)部參數(shù)。（2）直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒āＴ摲椒ㄊ轻槍?duì)雙閉環(huán)控制所產(chǎn)生的一種，能夠取代PI調(diào)節(jié)器解決超調(diào)問題的一種內(nèi)?？刂扑惴?。這種方法比較簡單且使系統(tǒng)具有很好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。（3）單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制方法。這是一種單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制的方法。這種方法也具有良好的靜，動(dòng)態(tài)性能，還具有很好的自適應(yīng)性。（4）模糊控制方法。這種方法在小慣性系統(tǒng)中應(yīng)有比較廣，模糊控制理論可以用于直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的限流起動(dòng)和恒速運(yùn)行控制，并能獲得理想的控制曲線。 上述的控制方法僅是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用和研究的一個(gè)側(cè)面，國內(nèi)外還有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了不同程度的研究。國內(nèi)研究直流電機(jī)調(diào)速已經(jīng)從最初的簡單控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)上升到開辟新的算法和高速可靠的去控制電機(jī)，使直流電機(jī)更快更有效地發(fā)展。 直流電機(jī)的產(chǎn)生已有一百四十多年的歷史。在設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)上有了很大進(jìn)步，新材料、新技術(shù)的應(yīng)用以及整流電源的普及，促進(jìn)了一般工業(yè)所用直流電機(jī)的不斷擴(kuò)大，品種的日益繁多。從小至數(shù)瓦，大到萬余千瓦，廣泛地用于冶金、礦山、煤炭、起重運(yùn)輸、機(jī)床制造、紡織印染等各個(gè)部門中，特別是近幾年電子計(jì)算技術(shù)廣泛應(yīng)用在直流電機(jī)設(shè)計(jì)制造中。從直流電動(dòng)機(jī)的演變歷史，也可以縱觀直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史和動(dòng)向、從四十年代后期到五十年代的前期， 直流電動(dòng)機(jī)的電源主要是采用MG電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，六十年代初，電動(dòng)發(fā)電機(jī)組電源已被水銀整流器逐漸代替，到六十年代后期，由于可控硅整流裝置的出現(xiàn)，并得到迅速發(fā)展，可控硅整流電源已占統(tǒng)治地位。由于直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代，特別是在最近的十幾年期間，進(jìn)一步促使了直流電動(dòng)機(jī)的單機(jī)功率、轉(zhuǎn)速等的不斷提高，使直流電機(jī)目前朝著高轉(zhuǎn)速、大功率的方向發(fā)展。另外，由于絕緣技術(shù)和分析技術(shù)的進(jìn)步，直流電動(dòng)機(jī)已迅速向小型，高速，大功率，低慣量等方面發(fā)展。 隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對(duì)直流電機(jī)的數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的研究和開發(fā)也在不斷的發(fā)展和改善，尤其是80年代在這方面的研究最繁榮的鼎盛時(shí)期。大型直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實(shí)現(xiàn)，為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對(duì)晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量的研究，提出了內(nèi)?？刂扑惴āP控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法、自適應(yīng)和模糊PID算法等等，其實(shí)在這些方面國外和國內(nèi)都做了很高程度的研究。 目前，國外主要的電氣公司，如瑞典ABB公司，德國西門子公司、AEG公司，日本三菱公司、東芝公司、美國GE公司等，均已開發(fā)出數(shù)字式直流調(diào)速裝置，有各種各樣的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品供選用。使得直流電機(jī)的發(fā)展愈來愈迅速，用途更廣，給社會(huì)乃至全人類創(chuàng)造更多的財(cái)富。 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，且能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)大范圍的調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。起初直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分十分復(fù)雜，功能很單一，并且系統(tǒng)非常不靈活，調(diào)速困難，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和使用范圍的推廣。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因其受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性都得不到保證甚至還會(huì)出現(xiàn)事故。 隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性和更廣闊的發(fā)展空間，并使系統(tǒng)能夠達(dá)到更高的性能。一種節(jié)約了人力資源和降低系統(tǒng)成本的控制系統(tǒng)隨著采用單片機(jī)構(gòu)成了新的較簡單的控制系統(tǒng)，有效的提高了系統(tǒng)的工作效率。目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化，高可靠性已成為它發(fā)展的必然趨勢(shì)。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，直流電機(jī)又有著十分廣泛的應(yīng)用。直流電機(jī)以其優(yōu)良的性能在驅(qū)動(dòng)、控制、牽引等許多場合起到了十分重要的作用。鐵路機(jī)車直流牽引電機(jī)、地鐵機(jī)車直流牽引電機(jī)、機(jī)車直流輔助電機(jī)、礦用機(jī)車直流牽引電機(jī)、船用直流電機(jī)、軋鋼電機(jī)和其它直流電機(jī)，由于它們作為國民生活的基礎(chǔ)，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)。長期以來，直流電動(dòng)機(jī)又一直占據(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。 第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇變壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)中的最主要的方法，而調(diào)節(jié)直流電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。（1）旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組就是GM系統(tǒng)，用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組組成機(jī)組，來獲得可調(diào)的直流電壓。適用于調(diào)速要求不高，能夠可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其體積大、費(fèi)用高。效率低、維護(hù)不方便，因此適用面較窄。（2）靜止可控整流器，如晶閘管可控整流器，可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置來觸發(fā)脈沖的相位，從而改變平均電壓，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，控制作用快同時(shí)性能也較好。（3）直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用的是PWM技術(shù)，用不可控整流電源供電或直流電源供電，利用直流斬波器或脈