单片机直流电机调速系统的设计毕业论文
基于C51单片机直流电机测速仪设计
基于C51单片机直流电机测速仪设计摘要:电机的转速是各类电机运行过程中的一个重要监测量,测速装置在电机调速系统中占有非常重要的地位,特别是数字式测速仪在工业电机测速方面有独到的优势。
本文介绍了一种基于C51单片机的光电传感器转速测量系统的设计。
系统采用对射式光电传感器产生与齿轮相对应的脉冲信号,使用AT89C51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目,即电机对应的转速值,最终系统通过LCD实时显示电机的转速值。
经过软硬件系统的搭建,分别通过Protues软件系统仿真实验和实际电路搭建检查实验。
仿真实验表明本系统满足设计要求,并且结构简单、实用。
整个直流电机测速系统在降低测速仪成本,提高测速稳定性及可靠性等方面有一定的应用价值。
关键词:转速测量;光电传感器;单片机Based On C51 SCM Single DC Motor Speedometer DesignABSTRACT:Motor speed is all kinds of motor operation is an important process to monitor the amount of speed measuring device in the motor control system occupies a very important position, Especially the digital speedometer in the industrial motor speed has unique advantage. This paper describes a photoelectric sensor 51 SCM-based speed measurement system design. System uses a beam photoelectric sensor generates a pulse signal corresponding to the gear, the use of a sampling pulse signal AT89C51 SCM and calculating the pulse per minute, the number of signals that the speed of the motor corresponding to the value of the final system time through the LCD display the motor speed value.After a hardware and software system structures, respectively, through Protues software system to build the actual circuit simulation and experimental examination. Simulation results show that the system meets the design requirements, and the structure is simple and practical. DC Motor Speed entire system in reducing speedometer costs, improve reliability, speed stability and a certain application value.Keywords: Speed measurement; Photoelectric; Single chip micyoco目录1 绪论 (1)1.1 数字式转速测量系统的发展背景 (1)1.2 转速测量在国民经济中的应用 (1)1.3主要研究内容 (2)1.4 设计的目的和意义 (2)2 转速测量系统的原理 (4)2.1 转速测量原理 (4)2.2 转速测量计算方法 (5)3转速测量系统设计方案 (7)3.1 直流电机转速测量方法 (7)3.2 设计任务及方案 (8)4 直流电机测速系统设计 (9)4.1 单片机AT89C51介绍 (9)4.2 转速信号采集 (14)4.2 转速信号处理电路设计 (16)4.4 最小系统的设计 (17)4.4.1复位电路 (17)4.4.2 晶振电路 (20)4.5 显示部分设计 (20)5 直流测速系统仿真 (24)5.1 直流测速系统仿真 (24)5.1.1单片机最小系统仿真 (25)5.1.2 数码管显示仿真 (25)5.2 主程序流程设计 (26)5.2.1 主程序流程设计 (26)5.2.2 定时器的初始化 (27)5.3 实际电路实验 (28)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论1.1 数字式转速测量系统的发展背景在现代工业自动化高度发展的时期,几乎所有的工业设备都离不开旋转设备,形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律,得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia(Ra+Rc)……………式1
式1中,Ra为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和;Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动;改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
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。在PWM 驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率 来接通和断开电源, 并且根据需要改变一个 周期内“接通”和“断开”时间的长短。通 过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来 达到改变平均电压大小的目的, 从而来控制 电动机的转速。也正因为如此, PWM又被称为 “开关驱动装置”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图(共阳的与之相反)
基于stm32单片机的直流电机调速系统设计
基于stm32单片机的直流电机调速系统设计
本文介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计,主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。
硬件电路设计:
该电机调速系统的主要硬件电路包括电源模块、STM32单片机控制电路、直流电机驱动电路和反馈电路。
1. 电源模块
电源模块包括AC/DC变换模块和稳压模块,用于将输入的AC电压转换为适宜单片机和电机工作的DC电压。
2. STM32单片机控制电路
STM32单片机控制电路包括主控芯片STM32单片机、晶振、复位电路和下载程序电路等。
3. 直流电机驱动电路
直流电机驱动电路包括电机驱动芯片(如L298N)和电机,用于控制电机的转
速和方向。
4. 反馈电路
反馈电路包括编码器和光电传感器等,用于实现电机转速的反馈和闭环控制。
软件程序设计:
该电机调速系统的软件程序采用C语言编写,主要包括定时器计数、PWM输出控制、编码器读取、PID算法控制等模块。
1. 定时器计数
通过STM32单片机内部定时器计数来实现电机转速的测量和控制。
2. PWM输出控制
采用STM32单片机内部PWM输出控制模块控制电机的转速,并实现电机方向的控制。
3. 编码器读取
通过编码器读取电机的转速信息,并反馈到单片机进行控制和显示。
4. PID算法控制
采用PID(比例、积分、微分)算法控制电机的转速,实现闭环控制,提高控制精度。
总之,基于STM32单片机的直流电机调速系统设计,既可以提高电机运行的效率和精度,又可以简化电路结构和减小系统成本,具有较好的应用前景。
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
畢業設計(論文)題目:利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計班級:XX姓名:XZ指導教師:XX說明:8051畢業設計任務書7 (3)一、設計題目 (3)第1章緒論 (5)1.1利用單片機控制的直流電機轉速系統設計目的和意義 (5)1.1.1選題的目的和意義 (5)1.1.2國內外研究現狀簡述: (5)1.1.3畢業設計(論文)所採用的研究方法和手段: (5)1.2利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計設計專案發展 (6)1.3利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計原理 (6)第2章系統硬體電路的設計 (8)2.1 系統總體設計框圖及單片機系統的設計 (9)2.1.1 系統總體設計框圖 (9)2.1.2 8051單片機簡介 (9)2.1.3 單片機系統中所用其他晶片簡介 (11)2.1.4 8051單片機擴展電路及分析 (15)2.2 PWM信號發生電路設計 (17)2.2.1 PWM的基本原理 (17)2.2.2 PWM信號發生電路設計 (18)2.2.3 PWM發生電路主要晶片的工作原理 (19)2.3 功率放大驅動電路設計 (22)2.3.1 晶片IR2110性能及特點 (22)2.3.2 IR2110的引腳圖以及功能 (23)2.4 主電路設計 (25)2.4.1 延時保護電路 (25)2.4.2 主電路 (25)2.4.3 輸出電壓波形 (28)2.5 測速發電機 (28)2.6 濾波電路 (29)2.7 A/D轉換 (29)1.7.1 晶片ADC0809介紹 (29)2.7.2 ADC0809的引腳及其功能 (29)第3章.直流調速系統 (30)3.1 直流調速系統概述 (31)3.2單閉環直流調速系統 (31)3.3開環系統機械特性和閉環系統靜特性的比較 (33)第4章利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計 (35)4.1系統軟體部分的設計 (35)4.1.1 PI 轉速調節器原理圖及參數計算 (35)4.2 控制電路設計 (36)4.2.1 單片機資源分配 (36)4.2.2 程式流程圖 (40)第5章結論 (41)致謝 (42)參考文獻 (43)畢業設計任務書7一、設計題目利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計二、設計要求設計一個用單片機實現對直流電機轉速控制系統。
基于单片机的无刷直流电机的控制系统设计
【基于单片机的无刷直流电机的控制系统设计】1. 引言无刷直流电机(BLDC),作为一种高效、低噪音、长寿命的电动机,被广泛应用于各种领域。
而采用单片机进行控制,实现对BLDC的精准控制,则成为现代工业中的热门技术。
本文将围绕基于单片机的无刷直流电机控制系统设计展开探讨,深入剖析其原理和实现过程。
2. 无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种采用电子换相技术的电机,其工作原理与传统的直流电机有所不同。
它不需要使用碳刷和电刷环来实现换向,而是通过内置的电子控制器来精确控制转子上的永磁体和定子上的电磁线圈的相互作用,实现转子的旋转运动。
3. 单片机在无刷直流电机控制中的作用单片机在无刷直流电机的控制系统中扮演着核心角色,它通过内置的PWM模块生成PWM波形,用于控制电机驱动器中的功率器件,同时监测电机的运行状态,并根据需要进行调整和反馈控制,实现对电机的精准控制。
4. 基于单片机的无刷直流电机控制系统设计(1)硬件设计在设计基于单片机的无刷直流电机控制系统时,需要考虑到电机的功率和控制要求,选择合适的单片机和电机驱动器,设计电机驱动电路以及检测装置,确保系统能够稳定可靠地工作。
(2)软件设计利用单片机的PWM模块生成PWM波形,采用适当的控制算法(如PID控制算法),编写控制程序,实现对无刷直流电机的精准控制。
考虑到系统的实时性和稳定性,需要进行充分的软件优化和调试。
5. 个人观点和理解在基于单片机的无刷直流电机控制系统设计中,充分理解无刷直流电机的工作原理和单片机的控制特点,合理选择硬件和编写软件,是至关重要的。
只有系统全面、深刻地理解,才能设计出高质量、稳定可靠的控制系统。
6. 总结本文围绕基于单片机的无刷直流电机控制系统设计展开了探讨,从无刷直流电机的工作原理、单片机在控制系统中的作用,到具体的硬件设计和软件设计,全面、深入地阐述了相关内容。
希望通过本文的阐述,读者能够对基于单片机的无刷直流电机控制系统设计有更深入的理解和应用。
直流电机速度PID控制系统设计毕业论文(设计).doc.doc
序号(学号〉: 161240303长春大学 毕业设计(论文)直流电机速度PID 控制系统设计李一丹国际教育学院自动化1612403曹福成2016 年 5 月 30 0姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师直流电机速度PID控制系统设计摘要:针对现有的直流电机控速难的问题,本文设计了一种基于ATmegal6L单片机的直流电机速度控制系统。
本系统以ATinegal6L单片机为主控制器,搭载了L298n为电机驱动,通过霍尔元件进行测速,通过按键控制电机的转动方向和转动速度,并配以温度传感器DS18B20对温度进行监测,通过PID算法调节PW\1 进行对速度控制。
该系统包括的模块主要有单片机为主体的控制模块、电机的驱动模块、对电机速度进行监测的模块、由LCD1602构成的显示ky r模块、电源模块和按键控制模块等。
本系统可以通过PID算法实现可编程脉宽波形对直流电机的速度进行控制,并且可以显示出当前电机的转速。
关键词:单片机;PID算法;直流电机The design of DC motor speed control system with PID Abstract: According to the existing DC motor speed control problem, this paper describes the design of a DC motor speed control system based on ATmegal6L MCU. To ATMEGA16L microcontroller as the main controller for the system, equipped with a L298n for motor drive, through the hall element of speed, through the buttons to control the motor rotation direction and the rotation speed, and the temperature sensor DS18B20 the temperature monitoring, PID algorithm is used to adjust the PWM control of the speed. The system includes the following modules display microprocessor control module, as the main body of the motor drive module, monitoring module, the speed of motor is composed of LCD1602 module, power supply module and key control module.This system can realize through PID algorithm to control the speed of the programming pulse waveforms of DC motor, and can display the current motor speed.Keywords: single chip microcomputer, PID algorithm, DC motor ky r戈ml ml ——II —In —In | * 11—I 1111 ml 1111目录Bit (1)l.i选题背景及意义 (1)1.2国内外研宄现状 (2)1.3木文主要研究的内容 (3)第2章总体方案论述 (4)ky r2.1系统主要传感器介绍 (4)2.1.1温度传感器 (4)2.1.2转速检测模块 (5)2.2系统总体功能及方案选择 (6)2.2.1系统所需模块及功能 (6)2.2.2主控制器选择 (8)第3章系统总体硬件设计 (10)3.1单片机最小系统 (10)3.1.1ATmegal6L单片机的引脚分布 (10)3.1.2最小系统的硬件电路 (13)3.2电机驱动电路 (14)3.3温度检测电路 (15)3.4光电管提示电路和按键控制电路 (15)3.5LCD1602 显示电路 (16)3.6电源电路 (17)3.7本章小节 (18)第4章系统软件设计 (19)4.1系统总体流程图 (19)4.2 PID算法简介 (19)4.2.1PID算法介绍 (20)4.2.2HD算法结果 (21)4.3系统调试步骤 (21)4.4误差分析即改进方法 (22)给论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)隱 (26)附录I系统总体硬件电路图 (26)附录II系统中部分程序 (27)ky r In—ml ml ml ml | , I af—.第1章绪论1.1选题背景及意义电动机简称电机,俗称马达,在现实生活中,我们处处都可以见到电机的身影,小到小学生玩的电动四驱车,大到炼钢厂用的滚动罐,这些都是电机家族的成员。
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言:直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后,避免上述的缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流,低速特性好;同时,开关频率高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可获很宽的频带;开关元件只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括:1)直流电机的正转;2)直流电机的反转;3)直流电机的加速;4)直流电机的减速;5)直流电机的转速在数码管上显示;6)直流电机的启动;7)直流电机的停止;第二章:总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲,另一口输出低电平,经过信号放大、光耦传递,驱动H型桥式电动机控制电路,实现电动机转向与转速的控制。
基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
畢業設計(論文)基於單片機實現直流電機PWM調速系統系別:電氣與資訊工程系專業班級:電氣自動化06—32(1)班指導教師:董曉紅老師完成日期:2009年6月12日一、題目:基於單片機實現直流電機PWM調速系統二、指導思想和目的:通過畢業設計,培養學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的本領,鞏固和加深對所學知識的理解;培養學生調查研究的習慣和工作能力;培養學生建立正確的設計和科學研究的思想,樹立實事求是、嚴肅認真的科學工作態度。
三、設計任務或主要技術指標:利用MCS-51系列單片機,通過PWM方式控制直流電機調速的方法。
採用了專門的晶片組成了PWM信號的發生系統,然後通過放大來驅動電機。
利用直流測速發電機測得電機速度,經過濾波電路得到直流電壓信號,把電壓信號輸入給A/D轉換晶片最後回饋給單片機,在內部進行PI運算,輸出控制量完成閉環控制,實現電機的調速控制。
四、設計進度與要求:1):佈置設計任務,深入瞭解設計內容,搜集參考資料,學習有關內容。
2):學習學校畢業設計的的實際情況,和格式要求。
3):設計網路拓撲結構以及構思設計的基本思路和設計過程。
4):根據根據設計要求和構思思路查找設計內容。
5):根據要求和設計的基本方案對設計要求的材料進行預算。
6):完善設計方案並繪製必須的圖紙草圖,編寫設計說明書。
7):對圖紙進行校正和測繪,畫合格的正式圖紙。
8):總結,熟悉設計內容,準備畢業答辯,完成答辯。
五、主要參考書及參考資料:[1] 王離九,黃錦恩編著,電晶體脈衝直流調速系統,華中理工大學出版社出版[2] 丁元傑主編,上海市教育委員會組編,單片微機原理及應用,機械工業出版社[3] 李榮生主編,電氣傳動控制系統設計指導,機械工業出版社[4] 吳守箴,臧英傑編著,電氣傳動的脈寬調製控制技術,機械工業出版社[5] 陳伯時主編,自動控制系統---電力拖動控制,中央廣播電視大學出版社專業班級:電氣自動化06—32(1)班學生:景天紅指導教師:董曉紅老師教研室主任(簽名):系(部)主任(簽名):年月日新疆工業高等專科學校畢業設計(論文)評定意見書設計(論文)題目:基於單片機實現直流電機PWM調速系統專題:基於單片機實現直流電機PWM調速系統設計者:姓名景天紅專業電氣自動化班級06—32(1)班設計時間:2009年4月20日—2009年6月12日指導教師:姓名職稱單位評閱人:姓名職稱單位評定意見:評定成績:指導教師(簽名):年月日評閱人(簽名):年月日答辯委員會主任(簽名):年月日(上頁背面)畢業設計評定意見參考提綱1.學生完成的工作量與內容是否符合任務書的要求。
基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计
L7805把电压钳位在+5V,再并联一个680uf的电解电容。使输 出稳压在+5V,整个电源模块的设计原理如图2所示。
子程序设计。其主程序设计流程框图如图8所示。
5系统测试
系统硬件和软件设计完成后,对系统进行测试,电机在各 档设定转速与显示转速比较结果如表1所示。由测试数据可 以看出,当转速越大时,调速的效果就越好,误差越小;相反,转 速越小时,调速效果就越差,误差较大。
裹1 电机在各档设定转速与显示转速比较(单位r/sl
圈5测速模块原理 3.5键盘模块
图6光电传感器测速实物
键盘设计主要采用八三译码器芯片74Lsl48,设置有4个
主要功能按键:上调、下调、确定、返回,当芯片74LSl48检测到
有按键按下时.即输入端出现低电平时。通过芯片的EO端产
生一个低电平,并送至单片机的外界中断端,单片机便响应中
断,通过P2口低三位判断按键的键值。并执行相应的按键程
第9卷第8期
垫!!篁!旦
软件导刊
兰丝些墅!堡
V01.9No.8
垒竖:!!!垒
基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计
茹占军1,谢家兴2
(1.卡尔蔡司光学科技(广州)有限公司,广东广州510730;2.华南农业大学工程学院,广东广州510642)
摘要:介绍了基于AT89S52单片机,利用红外传感器直流电机的转速,控制直流电机的转动速度,用PWM调速方
福建连城人,硕士,华南农业大学工程学院讲师。研究方向为光电子。
毕业设计(论文)基于智能pid的直流电机调速系统
摘要由于变频技术的出现,交流调速一直冲击直流调速,但综观全局,尤其是我国在此领域的现状,再加上全数字直流调速系统的出现,提高了直流调速系统的精度及可靠性,直流调速仍将处于重要地位。
对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面,而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现,但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果,稳速要求即以一定的精度在所需要的转速上稳定运行,在各种干扰下不允许有过大的转速波动。
稳速很难达到要求原因在于数字直流调速装置中的PID调节器对被控对象及其负载参数变化自适应能力差。
模糊控制不要求被控对象的精确模型且适应性强,为了克服常规数字直流调速装置的缺点,本文将模糊控制与PID调节器结合,着手fuzzy-PID复合控制方案理论研究和硬件的实现,设计出相关控制方案的直流调速系统,该方案以AT89C51单片机为主控单元,合适的驱动电路和一些外围电路构成硬件系统;以参数模糊自整定PID为控制策略。
本文对于系统的硬件及软件设计进行了详细的设计,包括电机控制模块、检测模块、电机驱动模块的设计等,以及软件的控制思想和编程方法。
本系统的设计顺应了目前国外直流调速朝着数字化,发展的趋势,充分利用了单片机的优点,使得通用性得到了提高。
经过理论分析和设计此控制器的各项性能指标优于模糊控制器和常规PID 控制器,具有很强的鲁棒性。
关键词:模糊控制;直流调速;稳态性能;单片机AbstractAfter Frequency Conversion Technology appeared,AC speed regulation method had always impacted DC Speed Regulation,but Generally speaking,especially the status in our country,in addition to digital DC Speed Regulation emerged,it improving the precision and the reliability in DC Speed Regulation System.DC Speed Regulation was also in the important status.Speed stability、speed ratio、acceleration、deceleration are the four factors in DC Speed Regulation System,the last two factors already reached well in industry application.But the Stability index does not match the desired purpose.Stability index is that the DC motor running in the precision range on desired speed,even if the system has uncertain disturbance.It is hard to realize because of adaptiveability digital DC Speed Regulation device is not enough when in the condition of the load parameters change unpredictably.Fuzzy control does not need precision mathematic model to conquer the shortcoming in routine digital DC Speed Regulation.We can combine with the PID adjuster and fuzzy control,focusing on theory research and realization of fuzzy-PID compound control scheme,design relevant DC Speed Regulation System was designed in the dissertation.This scheme is based on the core of AT89C51 single chip,appropriate driver circuit and some peripheral circuits,Fuzzy Self-tuning PID is the control strategy,This dissertation also introduce the plan of hardware and software,including DC motor control module、driver module、examine circuit and so on in detail,if explained the method of control and the thought of software,this system got used to the trend of digital power in the international,used the single micro—computer fully,and improveed the general use of the power.Theoretical analysis and design showed that all performance indexes of Parameter Self-Adjusting Fuzzy Logic PID Controller was in advance of those of the simple fuzzy controller and the conventional PID controller.Especially,the adaptive fuzzy controller is robust.Keywords:fuzzy logic control(FLC);DC Speed Regulation;stability performance;Single micro-computer目 录摘 要 .................................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................................... II 目 录 ............................................................................................................................................ I II第一章 绪论 (1)1.1 序言 (1)1.2 PID 控制中存在的问题 (1)1.3 模糊控制的发展状况 (2)模糊控制的发展过程 (2)模糊控制技术要解决的问题 (3)1.4 直流调速系统的发展概况 (4)1.5 本课题的研究内容及目的 (5)第二章 直流调速系统的理论分析 (6)2.1 控制理论在调速系统中的应用分析 (6)调速系统性能指标 (6)直流调速常用的方法 (7)2.2 传统直流调速系统中调节器参数的计算 (9)设计指标及要求 (9)固有、预置参数计算 (9)电流调节器参数计算 (10)转速调节器参数 (10)2.3 数字PID 调节器的原理及应用 (12)2.4 数字PID 控制器的算法实现 (14)第三章 模糊PID 控制算法设计 (16)3.1 模糊控制的原理 (16)模糊控制的理论基础 (16)模糊控制系统的组成 (16)模糊控制在实际中的适用性 (17)3.1.4 模糊控制器的设计方法 (17)3.2直流调速系统模糊PID 控制结构设计 .......................................................................... 18 被控过程对参数P K 、I K 、D K 的自整定要求 (19)3.3模糊自整定PID 参数控器设计 (20)确定控制器的输入、输出语言变量 (20)3.3.2确定各语言变量论域,在其论域上定义模糊量 .............................................. 21 确定P K 、I K 、D K 的调节规则 .. (21)模糊推理和模糊运算 (22)第四章 调速系统硬件设计 (24)4.1硬件总体方案设计 (24)4.2 主电路设计 (24)4.3 整流电力二极管参数的确定 (25)4.4 IGBT 的选择 (26)4.5 IGBT 驱动电路的设计 (26)IGBT 驱动电路的一般要求 (26)IGBT 的专用驱动集成电路 (26)4.6 泵升电压的抑制 (28)4.7 电流反馈信号检测装置设计 (29)概述 (29)4.7.2 电流检测装置的设计 (30)4.8转速检测环节及其与单片机接口电路的设计 (30)4.9 模拟量给定电流、转速反馈量与单片机的接口设计 (32)4.10 键盘与显示接口电路 (32)第五章系统软件设计 (34)5.1主程序 (34)5.2 A/D转换设计 (35)5.3键盘与显示子程序设计 (36)5.4模糊PID控制流程设计 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (42)第一章绪论1.1 序言在现代化的工业生产过程中,几乎无处不使用电力传动装置,生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文
太原理工大学继续教育学院毕业论文单片机控制直流调速系统作者姓名所属系部导师姓名及职称专业班级论文提交日期摘要近年来由于微型机的快速发展,国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。
由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高,制作成本低,且不受器件温度漂移的影响。
其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算,可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。
所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。
本文介绍的是用一台26KW的直流电动机,8051单片机构成的数字化直流调速系统。
特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器及逻辑切换等硬件设备。
最后进行软件编程、调试以及计算机仿真。
实时控制结果表明,本数字化直流调速系统实现了电流和转速双闭环的恒速调节,并具有结构简单,控制精度高,成本低,易推广等特点,而且各项性能指标优于模拟直流调速系统,从而能够实际的应用到生产生活中,满足现代化生产的需要。
关键词:单片机双闭环直流调速系统数字方式目录第1章绪论 (1)第二章方案论证 (3)第三章直流调速控制系统 (5)3.1单片机部分的组成 (5)3.1.1时钟电路 (7)3.1.2复位电路 (8)3.1.3存储器 (8)3.1.4外部中断源 (9)3.1.5定时器/计数器 (11)3.2 单片机的扩展 (12)3.2.1程序存储器的扩展 (13)3.2.2数据存储器的扩展 (14)3.2.38279可编程键盘/显示器 (16)3.2.4模拟量与数字量的转换 (24)3.2.5采样和保持 (28)第四章PID的控制算法 (32)4.1PID控制规律及其基本作用 (32)4.2控制算法的实现 (33)第五章直流调速系统的主电路设计 (36)5.1直流电动机的调速方法 (36)5.2整流电路 (37)5.3触发电路 (38)第六章软件设计 (42)7.2 系统仿真结果的输出及结果分析 (49)第七章系统的抗干扰技术 (46)第八章直流调速系统的保护 (49)总结 (51)辞谢 (53)参考文献………………………………………………….第2章系统方案选择和总体结构设计2.1调速方案的选择2.1.1系统控制对象的确定本次设计选用的电动机型号Z2-32型,额定功率1.1KW,额定电压230V,额定电流6.58A,额定转速1000r/min, 励磁电压220V,运转方式连续。
利用单片机控制直流电机调速系统设计
利用单片机控制直流电机调速系统设计一、本文概述随着现代工业技术的快速发展,直流电机调速系统在众多领域,如自动化生产线、航空航天、电动汽车等中得到了广泛应用。
为了满足日益增长的精确控制和高效节能需求,开发稳定可靠的直流电机调速系统显得至关重要。
单片机作为一种集成度高、功耗低、价格适中的微控制器,被广泛应用于各种控制系统。
因此,研究利用单片机控制直流电机调速系统的设计,不仅具有理论价值,更具有实际应用意义。
本文旨在探讨基于单片机的直流电机调速系统设计的关键技术和实现方法。
文章将介绍直流电机调速系统的基本原理和常见控制方法,为后续设计提供理论基础。
文章将详细阐述单片机选型、硬件电路设计、软件编程等关键环节,并分析其中的技术难点和解决方案。
通过实际案例的分析和实验验证,评估所设计系统的性能,并提出改进和优化建议。
本文的研究内容不仅有助于推动单片机在直流电机调速领域的应用发展,也为相关领域的工程技术人员提供了有益的参考和借鉴。
二、直流电机基础知识直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备,其工作原理基于安培定律和电磁感应。
直流电机主要由定子和转子两部分组成。
定子包括铁心和励磁绕组,它的作用是产生一个恒定的磁场。
转子包括电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等部分,它的作用是在定子产生的磁场中受力而转动。
直流电机的转速可以通过改变电枢电压、改变电枢电流或改变磁场强度来实现。
其中,改变电枢电压是最常用的调速方法。
通过调整电压的大小,可以控制电机的转速,从而实现对直流电机的精确控制。
直流电机还具有启动性能好、调速范围广、控制精度高等优点,因此在许多领域得到了广泛应用。
在单片机控制直流电机调速系统中,我们需要了解直流电机的这些基础知识,以便更好地设计和实现调速控制算法。
还需要考虑电机的额定电压、额定电流、额定功率等参数,以确保电机在正常工作范围内运行。
还需要考虑电机的散热问题,以避免因过热而损坏电机。
因此,在设计和实现单片机控制直流电机调速系统时,我们必须充分了解直流电机的基础知识和相关参数,以确保系统的稳定性和可靠性。
基于STM32单片机的直流电机调速系统设计
基于STM32单片机的直流电机调速系统设计直流电机调速系统是电子控制技术在实际生产中的应用之一,利用数字信号处理器(DSP)和单片机(MCU)等嵌入式系统,通过变换输出电压、调整周期和频率等方式实现对电机运行状态的控制。
本文将介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计方案。
1. 系统设计方案系统设计主要分为硬件方案和软件方案两部分。
1.1 硬件方案设计:硬件主要包括STM32单片机模块、电机模块、电源模块、继电器模块。
STM32单片机模块采用STM32F103C8T6芯片,拥有高性能、低功耗、低成本和丰富的外设资源,为系统开发提供了最佳解决方案。
电机模块采用直流电机,电源模块采用可调电源模块,可以输出0-36V的电压。
继电器模块用于控制电机正反转。
1.2 软件方案设计:软件设计主要涉及编程语言和控制算法的选择。
控制算法采用PID控制算法,以实现对电流、转速、转矩等参数的调节。
2. 系统实现过程2.1 电机驱动设计:电机驱动采用PWM调制技术,控制电机转速。
具体过程为:由程序控制产生一个PWM波,通过适当调整占空比,使电机输出电压和电机转速成正比关系。
2.2 PID控制算法设计:PID控制器通过测量实际变量值及其与期望值之间的误差,并将其输入到控制系统中进行计算,以调节输出信号。
在本系统中,设置了三个参数Kp、Ki、Kd分别对应比例、积分和微分系数。
根据实际情况,分别调整这三个参数,可以让电机达到稳定的运行状态。
2.3 系统运行流程:启动系统后,首先进行硬件模块的初始化,然后进入主函数,通过读取控制输入参数,比如速度、电流等参数,交由PID控制器计算得出PWM输出信号,送给电机驱动模块,以产生不同的控制效果。
同时,还可以通过设置按钮来切换电机正反转方向,以便实现更精确的控制效果。
3. 总结本系统设计基于STM32单片机,采用PWM驱动技术和PID 控制算法,实现了对直流电机转速、转矩、电流等运行状态参数的精确调节。
基于单片机的直流调速系统设计终
基于单片机的直流调速系统设计终直流电机是目前应用最广泛的电机之一,直流调速系统是指通过调节电源电压或电机绕组连接方式来实现电机转速调节的一种控制系统。
而基于单片机的直流调速系统是指利用单片机来实现对直流电机的调速控制。
在设计基于单片机的直流调速系统之前,首先需要了解直流电机的工作原理和调速原理。
直流电机是通过改变电枢绕组中的电流或电势差来控制电机的转速的。
调速原理一般分为电压调速和极数切换调速两种。
在基于单片机的直流调速系统设计中,主要包括以下几个方面:1.电源模块设计:设计一个稳定的直流电源供电给直流电机。
通常采用相关电路来实现,如整流电路、滤波电路和调压电路等。
2.传感器模块设计:为了能够实时地监测电机的转速和电流等参数,需要设计相关的传感器模块。
可以采用霍尔元件或光电传感器来检测电机的转动情况,采用电流传感器来检测电机的电流。
3.控制模块设计:单片机作为控制中心,需要设计相应的控制模块。
可以通过PWM信号来控制电机的转速,通过采样电机参数来实时调节PWM 信号的占空比。
4.软件程序设计:设计单片机的软件程序,实现对直流电机的调速控制。
可以采用PID控制算法来调节电机的转速。
在进行基于单片机的直流调速系统设计时,需要考虑以下几个关键问题:1.硬件选型:选择合适的单片机和其他外围器件,保证系统的可靠性和稳定性。
2.电路设计:根据需求确定电机的功率和电压等参数,设计合适的电路以满足要求。
3.系统安全性设计:设计过流、过载和过温等保护机制,确保系统的安全性。
4.程序设计:编写单片机的程序代码,实现对直流电机的调速控制和保护功能。
5.系统测试:在完成硬件设计和软件编程后,进行系统测试和调试,确保系统的正常运行。
基于单片机的直流调速系统设计需要综合运用电机控制原理、电路设计、单片机应用等多个知识领域,需要耐心和细心的设计和调试工作。
在实际应用中,可以根据具体需求对系统进行定制和优化,如添加显示功能、通信功能等,以满足不同的应用场景需求。
单片机的电机变频调速系统设计论文
(此文档为word格式,下载后您可任意编辑修改!)基于单片机的变频调速系统设计[摘要] 本文介绍了一种利用专用集成电路SA4828 设计电机变频调速的方法。
系统主要包括主电路与控制电路,主电路采用IPM智能功率模块作为电机的控制。
控制电路由MCS-51系列的8051单片机最小系统和SA4828 三相SPWM 产生器及少量的扩展外围芯片构成,充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点,结合相应的软件,实现电机的调速要求。
其中主要内容包括:SA4828的特性介绍及变频系统的主电路、驱动电路、保护电路、速度检测、调速系统及软件编程设计方法。
所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制,实时性好,可靠性高。
[关键词] 单片机 SA4828 变频调速 SPWM 电动机The Design of Motor VVVF System Based On MCU Abstract:This article describes a use of SA4828 ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit) design motor VVVF system.The system includes the main circuit and control circuit, main circuit used as the Intelligent Power Module IPM motor control. The control circuit is constituted by the MCS-51 series of 8051 systems、three-phase SPWM generator SA4828 and the expansion of a small number of peripheral chips. Give full play to its control circuit is simple, flexible control, the advantages of multi-output waveform characteristics, combined with appropriate software, to achieve the speed requirements of motor control. The system has all-digital VVVF control, real-time, and high reliability.Key words: MCU SA4828 VVVF SPWM Motor-Control目录目录 (2)1.1 电动机调速系统的发展 (4)1.2 交流调速系统 (5)1.3 单片机控制的变频调速 (5)第2章电机变频调速系统 (6)2.1 变频调速原理 (6)2.2 单片机控制的变频调速系统 (6)2.2.1 系统框图 (6)2.2.2 硬件系统原理图 (6)第3章系统主要模块设计 (7)3.1 IPM模块 (7)3.1.1 IPM的基本工作特性 (8)3.1.2 IPM驱动电路的设计 (9)3.1.3 IPM的选用 (10)3.1.3 IPM相关参数 (11)3.2 89C51主控制模块 (12)3.2.1 主要特性: (12)3.2.2 管脚说明: (12)3.2.3 振荡器特性: (13)3.2.4 芯片擦除: (13)3.3 SPWM波发生模块 (14)3.3.1 SA4828的引脚功能 (14)3.3.2 SA4828内部结构 (14)3.3.3 SA4828初始化编程 (16)3.4 其他模块简介 (18)3.4.1 串口通信 (18)3.4.2 驱动模块 (19)3.4.3保护电路 (19)3.4.4 A/D模数转换模块 (20)3.4.5速度反馈 (21)第4章系统软件设计 (21)致谢语 (22)参考文献 (22)引言对于可调速的电力拖动系统,工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统
基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展,直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。
在众多调速方案中,基于脉冲宽度调制(PWM)的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。
本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现,以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。
本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。
随后,将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计,包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。
在软件设计部分,本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。
还将对系统的性能进行测试与分析,以验证其调速效果及稳定性。
本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足,并提出改进建议。
希望通过本文的阐述,能为相关领域的研究与应用提供有益参考。
二、51单片机基础知识51单片机,也被称为8051微控制器,是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC(复杂指令集计算机)单片机。
尽管Intel公司已经停止生产这种芯片,但由于其架构的通用性和广泛的应用,许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。
51单片机的核心部分包括一个8位的CPU,以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR(特殊功能寄存器)等。
它还包括两个16位的定时/计数器,四个8位的I/O端口,一个全双工的串行通信口,以及一个中断系统。
这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。
在PWM(脉冲宽度调制)直流电机调速系统中,51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。
这通常是通过定时/计数器来实现的。
定时/计数器可以设置一定的时间间隔,然后在这个时间间隔内,CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平,从而形成PWM信号。
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计论文(附电路图、程序清单)
图 2.2 直流电机原理图
2.2 直流电机的调速方法
根据直流电机的基本原理,由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知,直 流电动机的调速方法有三种: (1)调节电枢供电电压 U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压, 从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调 速的系统来说,这种方法最好。 大容量可调直流电源。 (2)改变电动机主磁通 。改变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进 变化时间 变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要
第1章 引 1.1 概况
言
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控制元 件组成的自动控制系统联系起来,而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。 在这一系统中可对生产机械进行自动控制。 随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用,自动化电 力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、高效率 地生产。在大多数综合自动化系统中,自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成 部分。另外,低成本自动化技术与设备的开发,越来越引起国内外的注意。特别对于 小型企业,应用适用技术的设备,不仅有益于获得经济效益,而且能提高生产率、可 靠性与柔性,还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的 重要组成部分。 在如今的现实生活中,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,其 中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构 简单、价格便宜、制造方便、容易维护,但是它具有良好的起、制动性能,宜于在广 泛的范围内平滑调速,所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在 电动机的控制从简单走向复杂,并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛,例如: 军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制;工业方面的数控机床、 工业机器人、印刷机械等设备的控制;计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真 机、复印机、扫描仪等的控制;音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、 空调等的控制。 随着电力电子技术的发展, 开关速度更快、 控制更容易的全控型功率器件MOSFET 和IGBT成为主流,脉宽调制技术表现出较大的优越性:主电路线路简单,需要用的功 率元件少;开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗和发热都较小;低速性能 好,稳速精度高,因而调速范围宽;系统快速响应性能好,动态抗扰能力强;主电路 元件工作在开关状态,导通损耗小,装置效率较高;近年来,微型计算机技术发展速
直流电机转速控制器毕业论文
当今,自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展,而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。
长期以来,直流电机因其转速调节比较灵活,方法简单,易于大范围平滑调速,控制性能好等特点,一直在传动领域占有统治地位。
它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂化设备中。
随着现代化生产规模的不断扩大,各个行业对直流电机的需求愈益增大,并对其性能提出了更高的要求。
为此,研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。
本设计通过PWM方式控制直流电机调速,采用了C语言来控制单片机产生PWM 信号,将信号输入L298N芯片驱动电机,通过改变输入电压的占空比,从而实现直流电机速度的控制。
论文针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。
硬件部分先作了整体设计,然后介绍了以AT89S51单片机为核心的硬件构成,对调速电路、检测电路、显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化设计思想,论述了软件的设计思想和方法;实现了对直流电机的快速启动和停止,电机转速的设置、调控和显示功能。
利用AT89S51芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计,能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。
关键词:单片机;PWM;直流电机;转速控制1 / 44Nowadays, automatic control system has been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production. For a long time, DC motors hold a dominant position in transmission field with the characteristics of more flexible and simple speed adjustment, smoothly timing in a large scale, and good control performance. DC motors are widely used in factory equipment of numerical control machine, industrial robot, etc. With the constant expansion of modern production, the demand for DC motors is increased and a higher request is put forward. Thus, it is of great practical significance to research and make a high performance and reliability DC motor control system.The design controls DC motors speed regulation through the method of PWM, uses C language to control the microcontroller and then generates PWM signals. It is to input the signals into L298N drive chip, by using the control method of changing the duty ratio of the input voltage, and then make the DC motor speed control come true.The paper makes a detailed discussion on software and hardware of controlling system on the basis of the designed control system. After a dissertation on the whole design of, hardware structure with AT89S51 microcontroller as the core is introduced, and then speed control circuit, detection circuit and display circuit are expounded. In the part of software, module idea is adopted, the design idea and method is discussed and setting, start, stop, controlling and display functions of the DC electrical motor rotation parameters are achieved. The design of using AT89S51 chip to do low cost DC electrical motor control system can simplify system structure, reduce system cost, enhance system performance and meet more application needs.Key words:microcontroller; PWM; DC electrical motor; speed control1 / 44目录引言 (1)1 总体方案设计 (1)1.1任务要求 (1)1.2 方案论证 (1)1.2.1电机调速控制模块的选择方案 (1)1.2.2电机测速模块的选择方案 (2)1.2.3电机转速显示模块的选择方案 (2)1.2.4控制器的选择方案 (3)1.3 总体方案选择 (3)2 硬件电路的设计 (4)2.1 AT89S51单片机最小系统电路 (4)2.1.1AT89S51单片机芯片简介 (4)2.1.2AT89S51的管脚排列 (4)2.1.3晶振电路 (5)2.1.4复位电路 (5)2.2 转速检测电路 (6)2.2.1霍尔元件3144简介 (7)2.2.2霍尔元件的使用注意事项 (7)2.2.3霍尔元件3144的电路设计 (7)2.3 数码管显示电路 (8)2.3.1数码管简介 (8)2 / 442.3.3数码管显示电路设计 (9)2.4 单片机ISP下载电路 (9)2.5 电机驱动电路 (10)2.5.1L298N芯片简介 (10)2.5.2驱动电路设计 (11)2.5.3保护电路设计 (12)3 电机调速设计 (12)3.1 PWM控制技术 (12)3.1.1PWM简介 (12)3.1.2PWM优点 (13)3.2 电机调速控制 (13)3.2.1调速原理 (13)3.2.2实现方法 (14)4 系统软件设计 (14)4.1 程序设计流程图 (14)4.2 单片机片内定时计数器介绍 (15)4.2.1定时计数器的结构 (15)4.2.2定时计数器的工作寄存器TMOD和TCON (15)4.3 片内中断系统简介 (16)4.3.1中断的概念 (16)4.3.2中断控制寄存器IE、IP (17)4.4 数码管显示程序的设计 (18)3 / 444.4.2转速显示实时更新的程序设计 (19)4.5 直流电机启动、停止程序的设计 (20)4.6 电机自动调速程序设计 (21)5 系统调试与数据测试 (23)5.1 系统调试 (23)5.1.1元件焊接与整板测试 (23)5.1.2系统软件调试 (24)5.2 系统实验 (24)5.2.1测试方法 (24)5.2.2测试结果分析 (24)6 结论 (25)谢辞 (26)参考文献 (27)附录 (28)附录一:系统原理图 (28)附录二:系统PCB (28)附录三:程序清单 (29)4 / 445 / 44引言直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
毕业设计(论文)题目:利用单片机控制的直流电机转速系统的设计班级:XX姓名:XZ指导教师:XX说明:8051毕业设计任务书7 (3)一、设计题目 (3)第1章绪论 (5)1.1利用单片机控制的直流电机转速系统设计目的和意义 (5)1.1.1选题的目的和意义 (5)1.1.2国内外研究现状简述: (5)1.1.3毕业设计(论文)所采用的研究方法和手段: (5)1.2利用单片机控制的直流电机转速系统的设计设计项目发展 (6)1.3利用单片机控制的直流电机转速系统的设计原理 (6)第2章系统硬件电路的设计 (8)2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (9)2.1.1 系统总体设计框图 (9)2.1.2 8051单片机简介 (9)2.1.3 单片机系统中所用其它芯片简介 (11)2.1.4 8051单片机扩展电路及分析 (15)2.2 PWM信号发生电路设计 (17)2.2.1 PWM的基本原理 (17)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (18)2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (19)2.3 功率放大驱动电路设计 (22)2.3.1 芯片IR2110性能及特点 (22)2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 (23)2.4 主电路设计 (25)2.4.1 延时保护电路 (25)2.4.2 主电路 (25)2.4.3 输出电压波形 (28)2.5 测速发电机 (28)2.6 滤波电路 (29)2.7 A/D转换 (29)1.7.1 芯片ADC0809介绍 (29)2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 (29)第3章.直流调速系统 (30)3.1 直流调速系统概述 (31)3.2单闭环直流调速系统 (31)3.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较 (33)第4章利用单片机控制的直流电机转速系统的设计 (35)4.1系统软件部分的设计 (35)4.1.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 (35)4.2 控制电路设计 (36)4.2.1 单片机资源分配 (36)4.2.2 程序流程图 (40)第5章结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)毕业设计任务书7一、设计题目利用单片机控制的直流电机转速系统的设计二、设计要求设计一个用单片机实现对直流电机转速控制系统。
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XX职业技术学院毕业项目2011 届项目类别:毕业设计_________ _ _____项目名称:单片机直流电机调速系统的设计专业名称:机电一体化姓名:XXX班级:08机电3班指导教师:XX2011年X月X日目录摘要 (3)Abstract (4)一、总体设计概述 (5)(一)总体硬件电路设计 (5)(二)系统总体设计框图 (5)(三)8051单片机简介 (6)二、PWM信号发生电路设计 (8)(一)PWM的基本原理 (8)(二)PWM信号发生电路设计 (8)(三)PWM发生电路主要芯片的工作原理 (10)三、功率放大驱动电路设计..................................................................,11(一)芯片IR2110性能及特点 (11)(二)IR2110的引脚图以及功能 (11)四、主电路设计 (12)(一)延时保护电路 (12)(二)主电路 (12)(三)输出电压波形 (13)(四)系统总体电路图 (14)五、测速发电机 (16)六、滤波电路 (17)七、A/D转换 (18)(一)芯片选型 (18)(二)ADC0809的引脚及其功能 (18)八、系统软件部分的设计 (19)(一)PI 转速调节器原理图及参数计算...............................................................,. (19)(二)系统中的部分程序设计 (19)(三)主程序设计 (19)(四)PI控制算法子程序设计 (20)九、系统调试 (22)(一)软件调试 (22)(二)系统仿真 (22)十、论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。
文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。
此外,本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块,并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。
另外,本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量,经过滤波电路后,将测量值送到A/D转换器,并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算,从而实现了对直流电机速度的控制。
在软件方面,文章中详细介绍了PI运算程序,初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。
关键词:PWM信号;测速发电机;PI运算AbstractThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it.Key words:PWM signal;tachogenerator;PI calculation一、总体设计概述(一)总体硬件电路设计单片机直流电机调速简介:单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电压,进而达到控制要求的一种电压调整方法。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。
通过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”。
本系统以89C51单片机为核心,通过单片机控制,C语言编程实现对直流电机的平滑调速。
系统控制方案的分析:本直流电机调速系统以单片机系统为依托,根据PWM 调速的基本原理,以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为依据,实现对直流电动机的平滑调速,并通过单片机控制速度的变化。
本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。
而软件部分,是对硬件端口所体现的信号,加以采集、分析、处理,最终实现控制器所要实现的各项功能,达到控制器自动对电机速度的有效控制。
【1】(二)系统总体设计框图本系统采用89C51控制输出数据,由PWM信号发生电路产生PWM信号,送到直流电机,直流电机通过测速电路,滤波电路,和A/D转换电路交数据重新送回(三)8051单片机简介1.8051单片机的基本组成8051单片机由CPU和8个部件组成,它们都通过片内单一总线连接,其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式,但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。
其基本组成如下图所示:图2 8051基本结构图【1】2.CPU及部分部件的作用功能介绍如下中央处理器CPU:它是单片机的核心,完成运算和控制功能。
内部数据存储器:8051芯片中共有256个RAM单元,能作为存储器使用的只是前128个单元,其地址为00H—7FH。
通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元,简称内部RAM。
内部程序存储器:8051芯片内部共有4K个单元,用于存储程序、原始数据或表格,简称内部ROM。
定时器:8051片内有2个16位的定时器,用来实现定时或者计数功能,并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。
中断控制系统:该芯片共有5个中断源,即外部中断2个,定时/计数中断2个和串行中断1个。
3.8051单片机引脚图图3 8051单片机引脚图【1】二、PWM信号发生电路设计(一)PWM的基本原理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。
PWM可以应用在许多方面,比如:电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的,从而来控制电动机的转速。
也正因为如此,PWM又被称为“开关驱动装置”。
如图图4 PWM方波设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,设占空比为D= t1 / T,则电机的平均速度为Va = Vmax* D,其中Va指的是电机的平均速度;Vmax是指电机在全通电时的最大速度;D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见,当我们改变占空比D = t1 / T时,就可以得到不同的电机平均速度Vd ,从而达到调速的目的。
严格来说,平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系,但是在一般的应用中,我们可以将其近似地看成是线性关系。
(二)PWM信号发生电路设计图5 PWM信号发生电路【1】PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生,也可以采用PWM 专用芯片来实现。
当PWM波的频率太高时,它对直流电机驱动的功率管要求太高,而当它的频率太低时,其产生的电磁噪声就比较大,在实际应用中,当PWM波的频率在18KHz左右时,效果最好。
在本系统内,采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。
两片数值比较器4585,即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2—Q9,而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。
只要改变P1端口的输出值,那么就可以使得PWM信号的占空比发生变化,从而进行调速控制。
12位串行计数器4040的计数输入端CLK接到单片机C51晶振的振荡输出XTAL2。
计数器4040每来8个脉冲,其输出Q2—Q9加1,当计数值小于或者等于单片机P1端口输出值X时,图中U2的(A>B)输出端保持为低电平,而当计数值大于单片机P1端口输出值X时,图中U2的(A>B)输出端为高电平。
随着计数值的增加,Q2—Q9由全“1”变为全“0”时,图中U2的(A>B)输出端又变为低电平,这样就在U2的(A>B)端得到了PWM的信号,它的占空比为(255 -X / 255)*100%,那么只要改变X的数值,就可以相应的改变PWM信号的占空比,从而进行直流电机的转速控制。
使用这个方法时,单片机只需要根据调整量输出X的值,而PWM信号由三片通用数字电路生成,这样可以使得软件大大简化,同时也有利于单片机系统的正常工作。
由于单片机上电复位时P1端口输出全为“1”,使用数值比较器4585的B组与P1端口相连,升速时P0端口输出X按一定规律减少,而降速时按一定规律增大。
(三)PWM发生电路主要芯片的工作原理1.数据比较器具有数据比较功能的芯片有74LS6828,74LS6838等8位数值比较器,4位数值比较器4585等。
本PWM发生电路通过两片4位数值比较器4585就可实现PWM 信号的产生,因此选用4585作为信号发生电路。
芯片4585的引脚图:图6 4585引脚图【1】2.串行计数器系统PWM信号发生电路中还使用到一片串行计数器,有串行计数功能的芯片有4024、4040等,它们具有相同的电路结构和逻辑功能,但4024是7位二进制串行计数器,而芯片4040是一个12位的二进制串行计数器,所有计数器位为主从触发器,计数器在时钟下降沿进行计数。