【正文】 供了更大的靈活性和更廣闊的發(fā)展空間，并使系統(tǒng)能夠達到更高的性能。 直流電動機具有良好的起動、制動性能，且能實現(xiàn)平穩(wěn)大范圍的調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反轉的電力拖動系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。 隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對直流電機的數(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期。從小至數(shù)瓦，大到萬余千瓦，廣泛地用于冶金、礦山、煤炭、起重運輸、機床制造、紡織印染等各個部門中，特別是近幾年電子計算技術廣泛應用在直流電機設計制造中。 上述的控制方法僅是直流電機調(diào)速系統(tǒng)應用和研究的一個側面，國內(nèi)外還有許多學者對此進行了不同程度的研究。這是一種單神經(jīng)元自適應智能控制的方法。（2）直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒āＮ覈诤茉鐝牡谝恢痪чl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)展和廣泛的運用。研究并制造高性能、高可靠性的直流電機控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實意義，為此對直流電機的速度調(diào)節(jié)，我們可以采用多種辦法，而有一種通過使用價格低廉、通用性很強單片機為控制芯片的方法，以 PI 調(diào)節(jié)控制算法為基礎，完成直流電機轉速的調(diào)節(jié)，達到了控制性能好、成本低的目的。直流電機是出現(xiàn)最早的電動機，可以分為有換向器和無換向器兩類。關鍵詞： 單片機系統(tǒng)，直流電機調(diào)速，PWM信號 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 設計方案的選擇 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 直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的設計 8 89C52單片機的簡介 8 89C52 單片機的基本組成 8 CPU及8個部件的作用功能介紹如下 9 對系統(tǒng)功能的要求 10 系統(tǒng)的整體框圖 11 直流電動機的簡介 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 主體設計 16 詳細設計 16 16 顯示模塊 16 17 17 AD轉換電路 18 19 第五章 軟件設計 20 主程序的設計 20 電機驅動程序 22 PWM波程序的設計 22 按鍵子程序的設計 24 LCD1602的顯示程序 24 測速程序的設計 25 中斷程度的設計 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單片機軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結構 27 Keil C51的開發(fā)過程 27 28 電機速度的測量并顯示功能仿真 28 29 第七章 個人總結 31 致 謝 33 參考文獻 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，電力傳動裝置的使用十分廣泛，隨著社會的發(fā)展和各種技術的更新，以及生產(chǎn)質(zhì)量和工藝的不斷增長和改善，自動調(diào)速已經(jīng)廣泛應用到各行各業(yè)中并且對其要求也越來越高。首先，本文介紹了直流電機的發(fā)展以及研究目的。論文題目：基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)軟件設計專 業(yè)：電氣工程及其自動化本 科 生： (簽名)＿＿＿＿指導教師： (簽名)＿＿＿＿摘 要直流電動機是一種新型，機電一體化電機，具有調(diào)速性能好，啟動容易，能夠重載啟動等優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛用于工業(yè)控制的各個領域。其次，設計出整個系統(tǒng)的方案以及繪制出各模塊的硬件電路圖。對調(diào)速系統(tǒng)的控制，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。雖然直流電機在價格，性能，維護等方面不如交流電動機，但是直流電動機具有調(diào)速性能好，啟動容易，能夠重載啟動等優(yōu)點，所以目前直流電動機的應用很廣泛。另外，以單片機為核心的電機調(diào)速系統(tǒng)還有維修簡單、柔性強等優(yōu)點?，F(xiàn)在，全國各大高校、科研單位和電子生產(chǎn)廠家都在進行數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的開發(fā)，同時有了很多關于直流調(diào)速系統(tǒng)控制的算法。該方法是針對雙閉環(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?。這種方法也具有良好的靜，動態(tài)性能，還具有很好的自適應性。國內(nèi)研究直流電機調(diào)速已經(jīng)從最初的簡單控制電機的運動上升到開辟新的算法和高速可靠的去控制電機，使直流電機更快更有效地發(fā)展。從直流電動機的演變歷史，也可以縱觀直流電動機的發(fā)展歷史和動向、從四十年代后期到五十年代的前期， 直流電動機的電源主要是采用MG電動發(fā)電機組，六十年代初，電動發(fā)電機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。大型直流電機的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實現(xiàn)，為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量的研究，提出了內(nèi)模控制算法、IP控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法、自適應和模糊PID算法等等，其實在這些方面國外和國內(nèi)都做了很高程度的研究。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。一種節(jié)約了人力資源和降低系統(tǒng)成本的控制系統(tǒng)隨著采用單片機構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。鐵路機車直流牽引電機、地鐵機車直流牽引電機、機車直流輔助電機、礦用機車直流牽引電機、船用直流電機、軋鋼電機和其它直流電機，由于它們作為國民生活的基礎，直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機。 第二章 設計方案的選擇變壓調(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：旋轉交流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。（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，實現(xiàn)平滑調(diào)速，控制作用快同時性能也較好。 通過對比以上三種方案的優(yōu)缺點并且以及我們常用的經(jīng)驗熟悉度，本次設計在根據(jù)脈寬調(diào)速要求，采用直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。用單片機來控制H橋使電機工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，從而能夠精確調(diào)整電機的轉速，效率很高，可以保證電機實現(xiàn)轉速和方向的控制。在這里我們選用了定頻調(diào)寬的方式，這種方式使電機的運轉比較穩(wěn)定；并且在用單片機產(chǎn)生PWM時用軟件方法產(chǎn)生相對比較簡單且易實現(xiàn)。因此，這種方法相對比較簡單，且實用，軟件設計過程中也易產(chǎn)生及控制PWM波。單極性工作制是指單片機控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，經(jīng)過兩口輸出的切換和對PWM占空比調(diào)節(jié)，改變端口的高低電平來控制正反轉，PWM的占空比的調(diào)節(jié)來改變電機的轉速。 （3）采用 LCD 液晶顯示屏，液晶顯示屏的顯示功能強大，可顯示大量文字，圖形，顯示多樣，清晰可見，并且連接很方便 ，所以在此設計中采用了 LCD 液晶顯示屏。 （2）使用獨立鍵盤，即每一位I/O口可對應連接成一個鍵，這種方法比較簡單，又因為本次設計只需要五個按鍵，所以選擇這種不占用多余的I/O口。本課題研究的對象是直流電動機，對其轉速進行控制。 （2）完成以89C52的直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設計。其基本組成如下圖所示：CPU特殊功能寄存器震蕩電路數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器中斷系統(tǒng)并行I/O口串行口定時器 圖31 89C52的基本組成圖中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。 并行I/O口：芯片內(nèi)部有4個8位的I/O口（P0,P1,P2,P3),以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 震蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構成單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。 P1口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸 出4個TTL 門電流。能夠驅動4個TTL門電路。當振蕩器復位器件時，要保持 REST 腳兩個機器周期的高電平時間。 （2）用1602液晶顯示模塊簡單的實現(xiàn)電機速度的顯示，在 LCD 上顯示電機的工作狀態(tài)，觀察電流和轉速的變化。本系統(tǒng)通過L298驅動電機運轉，獨立式按鍵控制電機的運行狀態(tài)使其分別出現(xiàn)電機的正轉，反轉，加速，減速，急停。直流電動機按照勵磁方式可以為：自勵、他勵和永勵。 直流電動機的特點:直流電機的啟動轉矩大，效率高，無勵磁損耗，調(diào)速性能好。改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn), 如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。 調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)速：從公式可見，減少勵磁電流時，氣隙磁通量將減少，電動機的轉速升高。這種方法原理簡單，線性好，但是控制電路比較復雜，易產(chǎn)生較大熱量。從機械特性上看，就是通過改變電動機的參數(shù)或加工電壓等方法來改變電動機的機械特性，從而改變電動機機械特性和工作特性的交點，使電動機的速度穩(wěn)定的發(fā)生變化。相反地閉環(huán)控制系統(tǒng)由于它的反饋環(huán)節(jié)可以使電機的轉速能自動的校正與給定速度的偏差，不會受到負載及電網(wǎng)電壓波動等外界擾動的影響，從而使電機的轉速始終與給定轉速保持一致，能夠實現(xiàn)平滑穩(wěn)定的調(diào)速。對于直流電機的速度調(diào)節(jié)，可以采用改變電壓的方法，PWM調(diào)速就是使加在直流電機兩端的電壓為方波形式，加在電機兩端的電壓就在高電壓和低電壓之間不停的跳變，對應的電機電壓波形如圖34 所示 圖34 PWM的波形圖 如圖所示此時加在電機兩端的平均電壓可以通過調(diào)整PWM的占空比來改變Th和Tl的比值。在采樣控制理論中有個重要的結論：沖量相等而形狀不同的的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。 圖35 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖SPWM 波形— 脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM 波形。 分辨率: 占空比最小能達到的值。另一種是軟件方法；硬件方法可以通過一些功能強大的單片機或者是一些專用芯片來產(chǎn)生波形。 36 用PWM 波代替正弦半波在本次