基于单片机的直流电动机闭环调速控制系统设计

基于单⽚机的直流电动机闭环调速控制系统设计
本科毕业设计论⽂
论⽂题⽬基于单⽚机的直流电动机闭环调速控制系统设计
基于单⽚机的直流电动机闭环调速控制系统设计
摘要本⽂介绍利⽤51系列单⽚机控制PWM信号从⽽实现对⼤功率直流电机转速进⾏控制的系统设计。

⽂章中采⽤了
STC89C52单⽚机芯⽚，通过软件控制，对PWM输出占空⽐进⾏调节，从⽽控制电机的平均电压以实现电机速度的控制。

此外，还采⽤了IR2110芯⽚与功率管（MOSFET）构成H桥驱动电路作为直流电机调速功率放⼤电路的驱动模块。

本设计中使⽤了霍尔元件对直流电机的转速进⾏测量，反馈给单⽚机，通过液晶显⽰出来。

另外，通过对电流的采样，实现过流保护。

在软件⽅⾯，⽂章中详细介绍了PWM运算程序以及速度测量程序等的编写思路和具体的程序实现。

关键词PWM, IR2110, 直流电动机, STC单⽚机
ABSTRACT This article describes the use of 51 series microcomputer
control of the PWM signal in order to achieve high-power DC motor speed control system design. With the help of stc89c52, a kind of MCU, the paper described how to adjust the output of the PWM duty cycle to control the average motor voltage and so to control motor speed. In addition, the uses of the IR2110 chip and power tube (MOSFET) constitute the H bridge drive circuit as a driver module of DC motor speed control circuit of power amplifier. The design adopts the Hall element to measure the DC motor speed, and the result of it feeds back to the microcontroller and shows on the liquid crystal display.Moreover, through to the electric current sampling, realizes the overflow protection. On the software side, the article introduced in detail the procedures, as well as computing speed PWM measurement procedures for the preparation of ideas and the realization of the specific procedure.
KEY WORDS PWM, IR2110, DC motor, STC microcomputer
⽬录
摘要 (2)
前⾔ (4)
第⼀章系统硬件电路设计 (5)
1.1 系统总设计框图介绍 (5)
1.2 单⽚机系统设计介绍 (6)
1.2.1 8051单⽚机简介： (6)
1.2.2 STC单⽚机简介 (6)
1.2.3 最⼩系统原理图及按键部分： (8)
1.3 功率放⼤驱动电路设计 (8)
1.3.1 IR2110芯⽚及外围原理图 (9)
1.3.2IR2110性能与特点 (9)
1.3.3 IR2110的引脚图以及功能 (10)
1.3.4 IR2110 ⼯作原理 (12)
1.3.5 光耦隔离设计 (13)
1.3.6 H桥驱动设计 (13)
1.4 电机测速电路设计 (15)
1.4.1 霍尔元件介绍 (15)
1.4.2 霍尔传感器的⼯作原理 (16)
1.5 显⽰模块设计 (17)
1.5.1 LCM 1602简介 (17)
1.5.2 LCM 1602写操作时序图 (18)
1.6 电源模块设计 (18)
1.6.1 电源模块的原理图 (18)
1.6.2 稳压芯⽚简介 (19)
第⼆章软件设计分析 (20)
2.1 主程序流程图 (20)
2.2 PWM 基本原理及其实现⽅法 (20)
2.2.1 PWM基本原理 (20)
2.2.2 实现⽅法 (21)
2.2.3 PWM调节的中断程序及分析 (22)
2.2.4 PWM输出的特殊编程 (25)
2.2 测速的实现 (27)
2.3.1 测速的⽅法 (27)
2.3.2 软件实现分析 (28)
3.3.3 编程的可靠性分析 (28)
结论 (28)
参考⽂献 (29)
致谢 (29)
基于单⽚机的直流电动机闭环调速控制系统设计
前⾔
本⽂介绍利⽤51系列单⽚机控制PWM信号从⽽实现对⼤功率直流电机转速进⾏控制的系统设计。

冲量相等⽽形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到⼀系列幅值相等⽽宽度不相等的脉冲，⽤这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按⼀定的规则对各脉冲的宽度进⾏调制，既可改变逆变电路输出电压的⼤⼩，也可改变输出频率。

PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点⽽成为电⼒电⼦技术最⼴泛应⽤的控制⽅式，也是⼈们研究的热点。

由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现⽆谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要⽅向之⼀。

直流电动机具有良好的线性调速特性、控制简单、效率⾼及优异的动态特性，长期以来⼀直占据着调速控制领域的重要地位。

本⽂主要利⽤单⽚机输出PWM，调节占空⽐来控制输出的电压⼤⼩，从⽽达到调速的功能。

不同的占空⽐对应不同的输出平均电压，在平均电压的作⽤下，直流电机就会以对应的转速运转。

本⽂还⽤到IR2110芯⽚组成的H桥驱动模块来驱动⼤功率直流电机，不仅起到弱电控制强电的效果⽽且可以控制电机的正反转及瞬时停下。

在检测速度的模块中⽤到霍尔元件及磁⽚来检测速度。

霍尔元件有着抗⼲扰强，外围电路简单等优点，在测速应⽤上被⼤量引⽤。

通过液晶显⽰模块显⽰出电压的占空⽐以及直流电机的实时速度，通过改变其占空⽐，调节到需要的转速下。

过流保护模块可以保护不当操作⽽使到电机短路⽽停⽌电机。

第⼀章系统硬件电路设计
1.1 系统总设计框图介绍
图1-1 系统设计框图
本⽂使⽤STC单⽚机89C52，通过编程使其产⽣可调PWM信号，经过光电耦合器，输给IR2110模块，驱动H桥，控制电机，可实现电机正反
转控制，及⽆级调速功能。

通过霍尔元件可以检测到电机转速脉冲，反
馈给单⽚机，经过液晶显⽰出来。

当单⽚机控制电机停下时，液晶显⽰
时钟。