【正文】 () 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)： ()直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性：（） () 把電磁轉(zhuǎn)矩方程代入轉(zhuǎn)速特性方程式()中，得機(jī)械特性方程式： ()式中: — 電樞電壓()；— 電樞電流()；—電樞電路總電阻()； — 磁通量（）； — 電動(dòng)勢(shì)常量， () — 轉(zhuǎn)矩常量， ()有上式可知，直流電機(jī)的調(diào)速方法分為三種。直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造：分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子，定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等?？梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。 直流電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)：a) 調(diào)速性能好。PID控制器+_直流電機(jī) 增量式PID控制算法示意圖3 測(cè)速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的介紹 直流電機(jī)的定義和特性定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱(chēng)為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。電動(dòng)機(jī)光電編碼器單片機(jī)顯示電路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)方波對(duì)方波進(jìn)行計(jì)數(shù)并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速 測(cè)速設(shè)計(jì)思路 數(shù)字PID算法為設(shè)定的速度，為電機(jī)的實(shí)際測(cè)量速度,為設(shè)定的速度跟實(shí)際電機(jī)速度的誤差值，=。因?yàn)锳/D集成模塊的精度為10位，則電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的范圍為0～1024，傳遞到單片機(jī)中，通過(guò)歸一原理，將其轉(zhuǎn)化為0～5000之內(nèi)的轉(zhuǎn)速或者0～10000之內(nèi)的頻率，并通過(guò)七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。MS1S3S2S4GNDVCC H橋功率驅(qū)動(dòng)原理 產(chǎn)生PWM信號(hào)的設(shè)計(jì)思路電位器兩端信號(hào)由單片機(jī)提供，A/D為單片機(jī)的集成模塊，采集電位器兩端的電壓，用單片機(jī)的集成A/D將電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后單片機(jī)將光電編碼器測(cè)出來(lái)的速度信號(hào)和電位器兩端的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)PID原理來(lái)對(duì)PWM信號(hào)的占空比經(jīng)行控制。SS2為一組，SS4為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時(shí)，另一組必須關(guān)斷。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)光電編碼器，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一些列的方波電信號(hào)，反饋到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行誤差分析，通過(guò)PID控制對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行改善提高，最后七段數(shù)碼管將設(shè)定的速度和光電編碼器測(cè)出來(lái)的速度顯示出來(lái)，進(jìn)行比對(duì)。2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框架流程圖本文通過(guò)電位器兩端的電壓來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)的初始速度，M0單片機(jī)運(yùn)用集成A/D模塊，對(duì)電位器兩端對(duì)的電壓進(jìn)行采集，將采集到的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，該電壓信號(hào)與光電編碼器測(cè)速器測(cè)出來(lái)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速數(shù)字信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)控制PWM信號(hào)的占空比，根據(jù)PID原理構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。ARM低能耗庫(kù)是為實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)低能耗并使硅晶面積最小化而優(yōu)化設(shè)計(jì)的。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(hào)市場(chǎng)，這些應(yīng)用在傳統(tǒng)上一直要求使用獨(dú)立的模擬設(shè)備和數(shù)字設(shè)備。在180ULL工藝上使用ARM標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)時(shí)， 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(dòng)者的豐富專(zhuān)業(yè)技術(shù)，使得CortexM0處理器在不到12K門(mén)的面積內(nèi)能耗僅有85微瓦 /MHz ()。該處理能耗非常低、門(mén)數(shù)量少、代碼占用空間小，使得MCU開(kāi)發(fā)人員能夠以8位處理器的價(jià)位，獲得32位處理器的性能。電路原理圖的設(shè)計(jì)就是放置器件并把相應(yīng)的器件引腳用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)，并修改元件的屬性。電路原理圖是由電子器件符號(hào)和連接導(dǎo)線(xiàn)組成的圖形。對(duì)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。（電路原理圖設(shè)計(jì)、電路原理仿真）、（印刷電路板設(shè)計(jì)）兩個(gè)主要程序三大基本功能。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，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。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。外部工具KFlash燒寫(xiě)器，用于 Flash 燒寫(xiě)，具有文件燒寫(xiě)與校驗(yàn)、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(jìn)制文件快速比較、二進(jìn)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(shí)，增加了對(duì)多串口的實(shí)時(shí)監(jiān)控、橋接、多播和數(shù)據(jù)過(guò)濾功能。它具備多內(nèi)核仿真及芯片級(jí)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。免除手動(dòng)縮進(jìn)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(shí)間；代碼折疊及提示功能，顯示代碼組織框架，方便開(kāi)發(fā)者理解整個(gè)程序的思路。它是基于虛目錄管理機(jī)制，輕松管理?yè)碛袔装賯€(gè)文件的復(fù)雜項(xiàng)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(lèi)型和狀態(tài)顯示圖標(biāo)，提供大量模板工程，工程內(nèi)檢索、替換功能完備，且是針對(duì)目標(biāo)進(jìn)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(tái)上。 開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介 TKStudio IDE TKStudio IDE是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)微處理軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，是一款具有強(qiáng)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(biāo)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(kāi)發(fā)流程。直流電機(jī)在家用電器，電子儀器設(shè)備，電子玩具，錄像機(jī)及各種自動(dòng)控制中也都有廣泛應(yīng)用。 課題的研究意義直流電機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，調(diào)速性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來(lái)在工業(yè)控制中占有及其重要的地位。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)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]。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(lái)代替正弦波或其它所需要的波形[1]。關(guān)鍵詞 脈寬調(diào)制 直流電機(jī) PID控制算法 H橋驅(qū)動(dòng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（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(kāi)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(jì)………………………………………………………………5 系統(tǒng)框架流程圖…………………………………………………………………5 模塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………63 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9 直流電動(dòng)機(jī)介紹…………………………………………………………………9 驅(qū)動(dòng)電路介紹………………………………………………………………………11 H橋驅(qū)動(dòng)原理………………………………………………………………………13 H橋驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………16 光電編碼測(cè)速器…………………………………………………………………24 顯示電路…………………………………………………………………………284 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………32 PWM信號(hào)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………32 測(cè)速軟件流程設(shè)計(jì)………………………………………………………………34 PID算法介紹…………………………………………………………………35 SPI控制74HC595驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管………………………………………………395 總體測(cè)試與分析……………………………………………………………………41 LPC1114引腳分配………………………………………………………………41 系統(tǒng)測(cè)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(xiàn) …………………………………………………………………………46附件A……………………………………………………………………………………471 緒論本文主要研究了利用單片機(jī)，通過(guò)PWM方法控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要直流電動(dòng)機(jī)擁有良好的轉(zhuǎn)速可調(diào)性能；本論文實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在他勵(lì)直流電機(jī)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(jì)了直流調(diào)速系統(tǒng)的H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和光電碼盤(pán)反饋控制電路，研究了利用單片機(jī)如何產(chǎn)生PWM信號(hào)和控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法，同時(shí)研究了數(shù)字增量式PID 控制算法和程序，實(shí)現(xiàn)了低成本的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差控制方法。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(shí)，其效果基本相同。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制。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(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。隨著電子電力技術(shù)，微電子技術(shù)和自動(dòng)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。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)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(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。直流電機(jī)在軋鋼機(jī)，礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)，挖掘機(jī)，海洋鉆機(jī)，金屬切削機(jī)床，造紙機(jī)，高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。所以直流電機(jī)的控制是一門(mén)十分實(shí)用的技術(shù)[3]。TKStudio是最佳支持TKScope的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持ARM11/ARM9/ARMCortexM3/CortexM0、XScale、805AVR等內(nèi)核，