单片机控制直流电动机——课程设计.docx

单片机控制直流电动机——课程设计 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第1页。单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第1页。目录 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第1页。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第1页。 设计目的 设计任务和要求 设计原理分析 硬件资源及原理 硬件图 程序框图 程序 调试运行 仿真截图 设计心得体会 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第2页。单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第2页。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第2页。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第2页。 一、设计目的 1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中，提高我们的动脑和动手的能力。 2、通过对单片机控制直流电动机控制系统的设计，掌握A/D转换、D/A转换的有关原理，加深对PWM波的理解和使用，同时对单片机的使用更加熟练，通过对简单程序的编写提高我们的逻辑抽象能力。 二、设计任务和要求 任务：采用单片机设计一个控制直流电动机并测量转速的装置。 要求: 1、通过改变A/D输入端的可变电阻来改变A/D输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。 2、手动控制。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电机减速键。在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。 3、键盘列扫描(4*6)。 三、设计原理分析 1. 设计思路 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。设计以AT89C51单片机为核心，以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。本文介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制控制原理和H桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，利用PROTEUS软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。 2、 基本原理 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第3页。单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第3页。主体电路：即直流电机PWM控制模块。PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过80C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第3页。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第3页。 四、硬件资源及原理 1.1直流电机调速原理 直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： n=U/Cc-TR内/CrCc 其中：U—电压；—励磁绕组本身的电阻；—每极磁通(Wb)；Cc—电势常数；Cr—转矩常量。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 图1-1 直流电机的工作原理图 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第4页。单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第4页。电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内"接通"和"断开"时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的"占空比"来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为"开关驱动装置"。 单片机控制直流电动机——课程设计全文共17页，当前为第4页。 单片机控制直流电动机——课程设计 【单片机控制直流电动机课程设计详解】 本次课程设计的目标是通过单片机控制直流电动机，旨在提升学生对C语言编程技能的熟练度，将理论知识与实践结合，增强动手能力。同时，设计中涉及到A/D转换、D/A转换的原理，以及对PWM波的深入理解和应用，以增进对单片机操作的熟悉程度，提升逻辑思维能力。 设计任务主要包括设计一个能够控制直流电动机转速并进行转速测量的装置。具体要求如下： 1. 通过调节A/D输入端的可变电阻改变输入电压，进而调整电机转速。 2. 实现手动控制，通过按键实现电机的加速和减速。 3. 使用键盘列扫描（4*6）进行操作控制。 设计原理分析中，采用调压调速的直流PWM调速系统。系统采用大功率GTR作为开关元件，H桥单极式电路用于功率放大。PWM调制部分由单片机（如80C51）通过汇编语言编程控制，使用定时器产生可调宽度的矩形波，调节波形宽度以控制H桥电路中GTR的通断时间，从而调整电机转速。这种方法提高了系统的灵活性和精确性，简化了PWM脉冲的生成过程。 硬件资源及原理部分，直流电机调速主要依靠电枢控制法，特别是PWM技术。直流电机的转速与电压、励磁绕组电阻、每极磁通量以及电势和转矩常数有关。通过改变PWM脉冲的占空比，即接通和断开的时间比例，可以改变电枢上的平均电压，从而实现电机速度的精确控制。在此设计中，80C51单片机产生的脉宽可调脉冲信号输入到L298驱动芯片，以此控制直流电机的运行。 在实际应用中，PWM调速系统通常由单片机控制，通过软件产生不同宽度的脉冲，改变电机的平均电枢电压，进而改变转速。通过调整PWM的占空比，可以在固定电源电压下实现电机速度的无级调控，提供了灵活的调速手段。 为了验证设计的正确性和性能，通常会利用像PROTEUS这样的仿真软件对各个子电路和整体电路进行仿真，确保设计满足性能指标，并提供仿真结果以供分析和优化。 课程设计还涵盖了硬件图、程序框图、程序代码、调试运行过程、仿真截图以及设计心得等内容，为全面理解单片机控制直流电动机提供了详尽的资料。通过这一设计，学生不仅能学习到单片机编程，还能掌握电子控制系统的实际操作，对提升工程实践能力有着重要作用。