基于l298芯片pwm控制直流電機的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(已修改)
2025-07-09 22:54 本頁面
【正文】 運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計題 目: 基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 院系名稱: 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級: 自動1302 學(xué)生姓名: 張鵬濤 學(xué) 號: 201323020219 指導(dǎo)教師: 曹毅 成績： 指導(dǎo)教師: 日 期 :摘要 近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應(yīng)用，直流具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無極快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，為滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊要求，對直流電機調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠遠不能滿足實際應(yīng)用的要求，通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法就應(yīng)運而生。本論文主要研究了利用MC51單片機控制PWM信號從而實現(xiàn)對電壓改變最后控制直流電機進行調(diào)速，并且通過單元模塊電路分析了整個系統(tǒng)的工作原理。以C語言進行軟件編寫，通過軟件編程對PWM信號占空比進行調(diào)節(jié)，單片機根據(jù)程序進行操作，進一步控制了H橋電路的輸入信號，而測速系統(tǒng)把電機轉(zhuǎn)速反饋給單片機通過按鍵控制其轉(zhuǎn)速，LCD把轉(zhuǎn)速顯示出來，從而實現(xiàn)電動機的調(diào)速、變向等功能，這種設(shè)計方法的電路簡單，具有操作簡單、非常實用前景和價值。關(guān)鍵詞：直流電機；MC51；PWM調(diào)速；L298；LCD1602目錄引言 1一、調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計 2 2 2二、調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計與原理 2 2 2 4 5 5 6 7 8 8 9 9 9 11 12 12 12三、調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字部分的設(shè)計與原理 13 PID控制器 13 PID控制的原理與方法 13 13 14 14 15 12864LCD顯示模塊 15 12864LCD顯示器的控制方法 15 17 17 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 18 18 18 PWM脈沖的產(chǎn)生 19 PWM脈沖產(chǎn)生模塊的程序流程圖 19設(shè)計心得 20參考文獻 21附錄1（完整電路圖） 22附錄2（程序源碼） 23引言 對直流電機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵磁控制與電樞電壓控制。勵磁控制調(diào)速法是通過控制磁通，從而控制電機轉(zhuǎn)速。這類方法，控制功率??；轉(zhuǎn)速較低時，收到磁飽和的限制；當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，收到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制；而且，由于勵磁線圈存在較大電感，導(dǎo)致了系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)較差。所以，此法應(yīng)用較少。電樞電壓控制方式也可分為兩種：一為調(diào)節(jié)電壓，二為調(diào)節(jié)電流。過去傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)是采用模擬電子電路來實現(xiàn)其功能，這種電路優(yōu)勢在于響應(yīng)快，但是靈活性較差，難易維修。然而單片機作為一種可編程控制器，已經(jīng)得到成熟的應(yīng)用。本課題設(shè)計是以51系列單片機為控制核心，產(chǎn)生占空比由數(shù)字PID算法控制的PWM脈沖信號實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。同時利用光電編碼器將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號反饋到單片機中，形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，以達到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)。人機界面采用12864LCD顯示器顯示電機當(dāng)前的參數(shù)、正反轉(zhuǎn)狀態(tài)、轉(zhuǎn)速以及運行時間，通過44鍵盤實現(xiàn)：數(shù)字PID參數(shù)設(shè)置、電機正反轉(zhuǎn)、加速、減速、啟動、停止。一、調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計 本文設(shè)計了一個直流電機的調(diào)速控制系統(tǒng)，以MC51單片機為控制核心產(chǎn)生PWM信號對直流電機的供電電源進行控制從而達到調(diào)速目的。采用閉環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，以軟件編程方式實現(xiàn)數(shù)字PID，系統(tǒng)可以實現(xiàn)可逆調(diào)速，應(yīng)具備必要的人機界面可對電機轉(zhuǎn)速進行設(shè)置，并可以手動調(diào)整控制器的PID參數(shù)，具備堵轉(zhuǎn)保護等必要的保護手段。其中總體設(shè)計中設(shè)計如下模塊：PWM產(chǎn)生及控制、功率放大及驅(qū)動電路、電機測速、閉環(huán)速度反饋電路、PID控制器、速度顯示、鍵盤控制、保護性電路。二、調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計與原理 單片機是指CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器以及基本輸入/輸出（I/O）接口電路等部件集成在一塊芯片上，這樣組成的芯片及微型計算機，稱之為單片微型計算機，簡稱為單片微機或單片機。因為單片機的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制的要求設(shè)計制作的，常用作于工業(yè)的檢測、控制裝置中，因此也稱作微控制器或嵌入式控制器。 我國目前廣泛使用的MCS51系列單片機，性價比較好，8038051都屬于51系列。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括：中央處理器、只讀存儲器、隨機存取存儲器、并行輸入/輸出口、定時/計時器、中斷系統(tǒng)。 MCS51單片機的結(jié)構(gòu)框圖MCS51系列單片機為哈佛結(jié)構(gòu)，就是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，相互獨立。它的性能特點有：1內(nèi)部程序存儲器：4KB；2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：128KB；3外部程序存儲器：可擴展到64KB；4外部數(shù)據(jù)存儲器：可擴展到64KB；5輸入/輸出口線：32根（4個端口，每個端口8根）；6定時/計數(shù)器：2個16位可編程的定時/計數(shù)器；7串行口：全雙工，2根；8寄存器區(qū)：在內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器的128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為4個區(qū)，每個區(qū)8個通用寄存器；9中斷源：5個中斷源，2個優(yōu)先級；10堆棧：最深128B；11布爾處理器：就是處理器，對某些單元的某位做單獨處理；12指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為12MHz時）：大部分指令執(zhí)行時間為1us，少部分指令執(zhí)行時間為2us，只有乘、除指令的執(zhí)行時間為4us。 MCS51單片機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 MCS51單片機都采用40腳雙列直插式封裝，40個引腳中有：2個專用于主電源，2個外接晶振，4跳控制或與其他電源復(fù)用的引腳，32個I/O引腳。 在單片機控制的電機系統(tǒng)中，單片機的輸入信號一般是：用作頻率或轉(zhuǎn)速設(shè)定的運行指令，用作閉環(huán)控制和過電壓、過電流保護的電機系統(tǒng)電流、電壓反饋量，用于轉(zhuǎn)速、位置閉環(huán)控制的電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角信號，用作缺相或瞬時停電保
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