基于单片机的直流电机调速系统设计
毕业设计基于单片机的直流电机调速系统设计
河南科技大学2009 届本科毕业论文论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计学生姓名：所在院系：信息工程学院所学专业：计算机科学与技术导师姓名：完成时间：2009-05-22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1The Design of Direct Current Motor speed Regulation SystemBased On SCMChenliSchool of Information and EngineeringAbstractThis 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 o f 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 calculation2目录1. 引言 (1)1.1 开发背景 (1)1.2 选题的目的和意义 (1)1.3 研究方法 (2)2. 总体设计概述 (2)2.1 总体硬件电路设计 (2)2.1.1系统总体设计框图 (2)2.1.2 8051单片机简介 (3)2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型 (4)2.2 PWM信号发生电路设计 (7)2.2.1 PWM的基本原理 (7)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (8)2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (9)2.3 功率放大驱动电路设计 (10)2.3.1芯片IR2110性能及特点 (10)2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 (11)2.4 主电路设计 (11)2.4.1 延时保护电路 (11)2.4.2 主电路 (11)2.4.3 输出电压波形 (13)2.4.4系统总体电路图 (14)2.5 测速发电机 (15)2.6 滤波电路 (15)2.7 A/D转换 (15)2.7.1芯片选型 (15)2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 (16)3.系统软件部分的设计 (16)3.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 (16)3.2 系统中的部分程序设计 (17)3.2.1主程序设计 (17)3.2.2 PI控制算法子程序设计 (18)4. 系统调试 (19)4.1软件调试 (19)4.2系统仿真 (20)结论 (21)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)31. 引言1.1开发背景现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装臵向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
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。
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，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。
电枢控制法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来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
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的电压的“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”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
基于单片机控制的直流电机调速系统设计
基于单片机控制的直流电机调速系统设计一、引言直流电机在工业自动化领域中广泛应用，其调速系统的设计是实现自动控制的关键。
本文将介绍一种基于单片机控制的直流电机调速系统设计方案，主要包括电机原理、硬件设计、软件设计以及实验结果与分析等内容。
二、电机原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其原理基于电磁感应和安培定律。
电机由定子和转子两部分组成，定子上绕有恒定电流，产生磁场，而转子上带有电流，与定子的磁场互相作用，产生力矩使电机旋转。
三、硬件设计1.单片机选择在本设计中，选择了一款功能强大、性能稳定的单片机作为控制核心，例如使用ST C89C51单片机。
该单片机具有丰富的GP IO口和定时器/计数器等外设，适合进行电机控制。
2.电机驱动电路设计电机驱动电路主要包括功率电源、运放电路和驱动电路。
其中，功率电源为电机提供稳定的直流电源，运放电路用于信号放大和滤波，驱动电路则根据控制信号控制电机的转速。
3.速度测量电路设计为了实时监测电机的转速，需要设计速度测量电路。
常见的速度测量电路包括光电编码器、霍尔传感器等，通过测量转子上感应物体的变化来获得电机的转速信息。
四、软件设计1.程序框架软件设计的目标是实现对电机转速的控制和监测。
基于单片机的软件设计主要包括主程序的编写、中断服务程序的编写以及定时器的配置等。
2.控制算法常见的直流电机调速算法包括电压调速法、P WM调速法等。
根据实际需求选择合适的算法，并根据测量到的转速信号进行反馈控制，实现对电机转速的精确控制。
五、实验结果与分析设计完成后，进行实验验证。
通过设置不同的转速需求，观察电机的实际转速与设定转速的误差，并分析误差原因。
同时还可以测试电机在不同负载下的转速性能，以评估系统的稳定性和鲁棒性。
六、总结基于单片机控制的直流电机调速系统设计是实现自动控制的重要应用。
本文介绍了该系统的硬件设计和软件设计方案，并展示了实验结果。
通过系统实现电机转速的精确控制，可以广泛应用于工业自动化领域。
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。
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计
基于单片机的PWM直流电机调速系统设计摘要本文主要介绍基于单片机的PWM直流电机调速系统的设计和实现方法。
该系统通过利用单片机控制器控制电机的启动、停止、正转和反转等操作，同时实现对电机速度的调节。
在电机工作时，单片机通过PWM技术控制电机的电压和电流，从而达到调节电机转速的效果。
系统设计思路为了实现电机的调速功能，本系统采用基于单片机控制器和PWM技术的电机驱动控制方案。
系统整体分为硬件和软件两个部分，硬件部分主要包括电机、电路组成和控制器，而软件部分则是单片机程序设计。
电路组成系统电路主要由电源、单片机控制器、电机驱动模块和电机组成。
其中，电源主要用于系统供电，单片机控制器主要用于控制电机驱动模块的输出，电机驱动模块负责将单片机控制器输出的PWM信号转换为直流电机可控的电流。
单片机程序设计系统中需要对单片机进行程序设计，以实现对电机的启动、停止、正转和反转等操作，同时实现电机的调节功能。
程序设计主要包括以下几个部分：1.系统初始化：包括系统时钟初始化、输入输出口初始化以及中断配置等。
2.电机控制：控制电机的启动、停止、正转和反转等操作。
3.电机调速：利用PWM技术实现对电机的调节功能。
4.数据处理：对输入的调节参数进行处理，然后转换成PWM占空比输出到电机。
PWM技术原理PWM技术是通过控制模拟信号的占空比，来达到模拟信号的数字化的目的。
具体而言，通过控制PWM信号的占空比，从而实现对电机输出电压和电流的控制，从而达到对电机转速的调节。
系统实现步骤本系统的实现步骤主要包括以下几个部分：电机接线首先，需要根据电机的参数和工作电压要求，正确接线电机。
接线时需要注意电机正反转的问题，以及电路的安全性问题。
程序编写根据我们的设计思路，需要编写相应的单片机程序。
程序编写包括系统初始化、电机控制、电机调速和数据处理等部分。
编写程序时需要考虑到各参数变化的初始值和变化范围，以及程序的鲁棒性和可调节性。
系统调试在程序编写完成后，需要对整个系统进行调试。
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STM32的直流电机PID调速系统设计
基于STM32的直流电机PID调速系统设计一、引言直流电机调速系统是现代工业自动化系统中最常用的电机调速方式之一、它具有调速范围广、响应快、控制精度高等优点，被广泛应用于电力、机械、石化、轻工等领域。
本文将介绍基于STM32单片机的直流电机PID调速系统的设计。
二、系统设计直流电机PID调速系统主要由STM32单片机、直流电机、编码器、输入和输出接口电路等组成。
系统的设计流程如下：1.采集反馈信号设计中应通过编码器等方式采集到反馈信号，反应电机的转速。
采集到的脉冲信号经过处理后输入给STM32单片机。
2.设计PID算法PID调节器是一种经典的控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据实际情况调整各个参数的大小。
PID算法的目标是根据反馈信号使电机达到期望的转速。
3.控制电机速度根据PID算法计算出的偏差值，通过调节电机的占空比，实现对电机速度的控制。
当偏差较大时，增大占空比以加速电机；当偏差较小时，减小占空比以减速电机。
4.界面设计与控制设计一个人机交互界面，通过该界面可以设置电机的期望转速以及其他参数。
通过输入接口电路将相应的信号输入给STM32单片机，实现对电机的远程控制。
5.系统保护在电机工作过程中，需要保护电机，防止出现过流、超速等问题。
设计一个保护系统，能够监测电机的工作状态，在出现异常情况时及时停止电机工作，避免损坏。
6.调试与优化对系统进行调试，通过实验和测试优化PID参数，以获得更好的控制效果。
三、系统实现系统实现时，首先需要进行硬件设计，包括STM32单片机的选型与外围电路设计，以及输入输出接口电路的设计。
根据实际情况选择合适的编码器和直流电机。
接着，编写相应的软件代码。
根据系统设计流程中所述，编写STM32单片机的控制程序，包括采集反馈信号、PID算法实现、控制电机速度等。
最后，进行系统调试与优化。
根据系统的实际情况，调试PID参数，通过实验和测试验证系统的性能，并进行优化，以实现较好的控制效果。
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。
单片机控制PWM的直流电机调速系统的设计
单片机控制PWM的直流电机调速系统的设计PWM（脉宽调制）是一种常用的电压调节技术，可以用来控制直流电机的转速。
在单片机控制PWM的直流电机调速系统中，主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要考虑的主要内容有：电机的选择与驱动、电源电压与电流的设计、速度反馈电路的设计。
首先，需要选择合适的直流电机和驱动器。
选择直流电机时需考虑其功率、转速、扭矩等参数，根据实际需求选择合适的电机。
驱动器可以选择采用集成驱动芯片或者离散元件进行设计，通过PWM信号控制电机的速度。
其次，需要设计合适的电源电压与电流供应。
直流电机通常需要较大的电流来实现工作，因此需要设计合适的电源电流，以及保护电路来防止电流过大烧坏电机和电路。
最后，需要设计速度反馈电路来实现闭环控制。
速度反馈电路可以选择采用编码器等传感器来获得转速信息，然后通过反馈控制实现精确的速度调节。
软件设计方面，需要考虑的主要内容有：PWM输出的控制、速度闭环控制算法的实现。
首先，需要编写代码实现PWM输出的控制。
根据具体的单片机型号和开发环境，使用相关的库函数或者寄存器级的编程来实现PWM信号的频率和占空比调节。
其次，需要实现速度闭环控制算法。
根据速度反馈电路获取的速度信息，通过比较目标速度与实际速度之间的差异，调整PWM信号的占空比来实现精确的速度调节。
常用的速度闭环控制算法有PID控制算法等。
最后，需要优化程序的鲁棒性和稳定性。
通过合理的调节PID参数以及增加滤波、抗干扰等功能，提升系统的性能和稳定性。
在实际的设计过程中，需要根据具体的应用需求和单片机性能等因素，进行合理的选择和调整。
同时，还需要通过实验和调试来验证系统的可靠性和稳定性，不断进行优化和改进，以获得较好的调速效果。
基于单片机的直流电机控制系统设计
基于单片机的直流电机控制系统设计一、设计目标设计一个基于单片机的直流电机控制系统，能够实现对直流电机的速度和方向的控制。
二、设计方案1.硬件设计（1）电源电路：通过适配器将交流电转换为直流电以供系统使用。
（2）单片机选择：选择一款适合该应用的单片机，如STC89C52系列。
（3）直流电机驱动电路：使用H桥驱动电路来控制直流电机的速度和方向。
（4）编码器：使用编码器来进行速度反馈，可以根据反馈信号来调整电机的转速。
2.软件设计（1）系统初始化：对单片机进行初始化配置，包括IO口的设置、定时器的配置等。
（2）速度控制算法：设计一个控制算法，根据期望速度和实际速度的差距来调整PWM波的占空比，从而控制电机转速。
（3）方向控制算法：设计一个方向控制算法，通过改变H桥电路的输入信号来改变电机的转向。
（4）编码器反馈处理：读取编码器的信号，计算出实际速度，并与期望速度进行比较。
（5）用户接口设计：可以通过按键或者外部PWM输入调节期望速度和方向，实现用户对电机的控制。
三、系统实现1.硬件实现根据硬件设计方案，按照电路原理图进行电路连接和焊接。
确保电源电路正常工作，单片机可以正常工作，H桥驱动电路可以正常控制电机的转向和速度。
连接编码器并确保能够正常读取速度反馈信号。
2.软件实现（1）编写单片机初始化程序，进行必要的配置。
（2）编写速度控制算法，根据期望速度和实际速度的差距来调整PWM波的占空比。
（3）编写方向控制算法，根据用户输入的方向来改变H桥电路的输入信号。
（4）编写编码器反馈处理程序，读取编码器的信号并计算实际速度。
（5）编写用户接口程序，可以通过按键或者外部PWM输入来调节期望速度和方向。
四、系统测试与优化1.对系统进行功能测试，确保可以通过用户接口控制电机的转向和速度。
2.对编码器反馈进行测试，验证实际速度计算的准确性。
3.对速度和方向控制进行测试，确保系统能够按照期望速度和方向进行控制。
4.如果发现问题，对系统进行优化和修改，改进算法和调整参数。
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。
基于单片机的直流无刷电机调速电路设计
一、概述现代工业生产中，电机作为常见的驱动设备，广泛应用于各种机械设备中。
而直流无刷电机作为一种高效、可靠的电机类型，被广泛应用于各种领域，如汽车、航空航天、工业自动化等。
直流无刷电机在这些应用中常需要进行调速控制，以适应不同工况下的需求。
而基于单片机的直流无刷电机调速电路设计，不仅可以实现精确的调速控制，同时还可以实现多种保护功能，提高了电机的可靠性和性能。
二、直流无刷电机调速原理1. 直流无刷电机工作原理直流无刷电机是一种将电能转换为机械能的装置，其工作原理是依靠电磁感应和电场力的作用。
当电流通过电机的线圈时，会产生磁场，而通过电子开关控制磁场的变化，从而驱动转子旋转。
2. 调速原理直流无刷电机的转速与电压或电流成正比，因此通过调节电机的供电电压或电流大小，可以实现对电机转速的调节。
而单片机作为控制中心，可以通过采集电机转速反馈信号，通过控制电机供电电压或电流大小，实现对电机的精准调速。
三、基于单片机的直流无刷电机调速电路设计1. 电机驱动电路设计为了实现对直流无刷电机的精确控制，需要设计一个高性能的电机驱动电路。
电机驱动电路通常包括功率放大器、电流感应电路、电流反馈电路等部分。
其中功率放大器主要用于放大来自单片机的PWM控制信号，并驱动电机；电流感应电路用于采集电机的电流信号，以实现对电机电流的监测和控制；电流反馈电路则用于对电机电流进行反馈，以保证电机运行的稳定性和安全性。
2. 单片机控制电路设计单片机作为控制中心，需要设计一个高性能的控制电路，以实现对电机的精确控制。
控制电路通常包括主控芯片、AD/DA转换电路、通信接口、显示器等部分。
主控芯片用于控制电机的启停、正反转、以及调速等功能；AD/DA转换电路用于采集电机的转速反馈信号，并实现对电机转速的实时监测和控制；通信接口和显示器则用于与外部设备进行通讯和显示。
3. 保护电路设计为保证电机运行的安全可靠，需要设计一个完善的保护电路。
保护电路通常包括过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等部分。
基于51单片机的直流无刷电机调速控制设计
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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
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指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院课程设计报告设计题目：基于单片机的直流电机调速系统设计单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：2011 年10 月重庆邮电大学自动化学院制08级自动化专业综合设计题目第二组题目：单片机直流电机调速装置的设计与制作要求：①设计与制作单片机最小系统，具有键盘输入0 ~ 9数字和功能键；LED数码管或LCD1602显示。
主要显示实际速度值和设定速度值以及参数修改的值。
②设计速度检测电路与数据处理，速度测量采用数字测量的方式，采用光电式和电磁式测量方法。
实现速度信号的检测、整形等实现。
③输出驱动采用PWM脉宽调制。
调节周期可以设定。
默认值为0.5s。
驱动芯片采用L298④直流电机由实验室提供。
直流电机的输入电压24V。
功率50瓦。
控制算法采用常用PID算法。
⑤进度要求：第一周方案设计设计，原理图设计等。
元器件清单提交到指导老师处。
第二周至第五周系统软件设计以及调试相关准备。
第六周系统调试和撰写综合设计报告。
进行答辩。
摘要 ............................................................................................................................................ I II1 引言 02 总体方案设计 02.1 硬件方案论证 02.1.1 微处理器的选择 02.1.2 测速传感器的选择 (1)2.1.3电机驱动方案论证 (1)2.2系统原理框图设计 (1)2.3. 系统单元电路的设计 (2)2.3.1速度测量电路的设计 (2)2.3.2 车速传感检测电路 (3)2.3.3串行通信接口电路 (3)2.3.4 电机驱动电路的设计 (4)2.3.5 LCD显示电路与单片机的接口设计 (4)2.3.6.矩阵键盘电路 (5)2.3.7电源模块 (5)3.系统软件设计 (6)3.1 系统总程序框图设计 (6)3.2 电机转速测量程序设计 (6)3.3键盘程序设计 (7)3.4 LCD显示子程序的设计 (8)4 数字PID算法 (8)4.1.PID基本原理 (8)4.2 PID控制算法的单片机程序实现 (10)5.总结 (10)参考文献 (10)附录1……………………………………………………………………………………………...错误!未定义书签。
附录2 (14)摘要本文介绍了基于STC12C5412AD单片机作为微控制芯片，利用红外传感器或霍尔传感器测直流电机的转速，采用了芯片L298N作为直流伺服电机的驱动芯片，完成了在主电路中对直流电机的控制，利用PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可以通过矩阵键盘随意设定电机的转速值，并由LCD显示速度的变化值，采用PID算法实现自动调节速度至预先设定的速度，整个系统的电路逻辑结构简单，可靠性高，实现功能强。
关键词：单片机红外传感器霍尔传感器PWM调速直流电机1 引言最基本的电力传动自动控制系统是调速系统：即通过控制电机的转速来控制生产机械的运动。
测速装置在控制系统中占有非常重要的地位。
对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间(采样周期)。
电机转速的检测方案可分成两类：用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。
测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大、精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/ D 转换后读入计算机。
脉冲发生器的工作原理是按电机转速高低，每转发出相应数目的脉冲信号。
按要求选择或设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。
如选用旋转编码器做脉冲发生器，使用简单，但价格较贵。
所设计的基于霍尔元件和光电传感器的脉冲发生器成本低、构造容易、性能好。
它成功地嵌入目前在国内大学中普遍采用的DCS- 1 型直流调速系统实验装置中，已可靠运作两年以上。
而且有关用测速发电机测速的系统实验可以照常进行，硬件上无须做任何改动。
若采用旋转编码器则只能与测速发电机替换使用，反复卸下一个、装上另一个，才能进行相应的系统实验。
2 总体方案设计2.1 硬件方案论证要控制直流电机转速，硬件电路要求比较高，它决定直流电机调速的精度。
采用PID 控制器，因此需要设计一个闭环直流电机控制系统。
该系统采用脉宽调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电机的转速值。
通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为：系统结构方案论证，速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证，PWM软件实现方案论证。
2.1.1 微处理器的选择方案一：采用一片单片机（AT89S52）完成系统所有测量、控制运算，并输出PWM控制信号，但是其造成CPU资源紧张，程序的多任务处理难度增大，不利与提高和扩展系统性能，也不利于向其他系统移植。
方案二：采用两片单片机（AT89S52）,其中一片做成PID控制器，专门进行PID运算和PWM控制信号输出；另一片则系统主芯片，完成电机速度的键盘设定、测量、显示，并向PID控制器提供设定值和测量值，设定PID控制器的控制速度等，但硬件比较复杂。
方案三：采用STC12C5412AD单片机。
它是高速低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快10倍左右，内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合，同时PID控制算法的实现可以精益求精，对程序算法或参数稍加改动即可移植到其他PID控制系统中。
综上所述采用方案三2.1.2 测速传感器的选择方案一：使用测速发电机，输出电动势E和转速n成线性关系，即E=kn，其中k是常数。
改变旋转方向时，输出电动势的极性即相应改变，安装不方便且不常用。
方案二：采用霍尔传感器，霍尔元件是磁敏元件，在被测的旋转体上装一磁体，旋转时，每当磁体经过霍尔元件，霍尔元件就发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，送运算。
不需A/D转换，直接可以被单片机接收方案三：采用光电传感器，在电机的转轴端安装一个自制码盘（32个黑白相间的扇形弧度），经过红外发射接收管，发射的红外光一直发射，当码盘转到白色的条纹时反射回来被接受管接收，每输出16个脉冲就转过一圈。
在本设计方案中采用两种方法，因此采用方案二和方案三2.1.3电机驱动方案论证方案一：采用专用小型直流电机驱动芯片L298。
这个方案的优点是驱动电路简单，几乎不添加其它外围元件就可以实现稳定的控制，使得驱动电路功耗相对较小，而且目前市场上此类芯片种类齐全，价格也比较便宜。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。
这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
通过比较和对市场因素的考虑，本设计采用方案一，使系统的设计核心在PID控制上。
2.2系统原理框图设计系统原理框图如图2.1所示，是一个带矩阵键盘输入和LCD12864显示的闭环测量控制系统。
主体思想是通过系统设定信息和测量反馈信息计算输出控制信息。
图2.1 系统原理框图2.3. 系统单元电路的设计2.3.1速度测量电路设计一理论上，是先将转速转化为某一种可测电量来测量，如电压，电流等。
设计中将转速测量转化为电脉冲频率的测量。
本系统采用光电传感器ST188来检测码盘转过的圈数以此来测速度。
主要原理是：当码盘转到白色的条纹时，装在码盘旁边的红外发射管发射红外线信号,经白色反射后,被接收管接收,一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，收红外线比较器输出为低电平；当码盘转到黑色的条纹时，红外线信号被黑色吸收后,光敏三极管截止,比较器输出高电平,从而实现了通过红外线检测信号的功能。
将检测到的信号送到单片机I/O口,当I/O口检测到的信号为高电平时,表明红外光被码盘上的黑色线条吸收了,同理,当I/O口检测到的信号为低电平时,表明在白色的条纹上，并使用电压比较器LM339将I/O口输出的电平转换为标准的TTL电平。
每检测到一个信号码盘转过22.5°,当检测到16次信号时,电机转动一圈,电路如图2.2所示单片机（速度的测量计算、输入设定及系统控制）单片机（PID运算控制器、PWM模拟发生器）电机速度采集电路电机驱动电路键盘显示器图2.2转速/频率转化电路2.3.2速度测量电路设计二速度检测电路是由开关型霍尔传感器和磁钢组成，其电路图如图2.3所示。
测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。
霍尔器件作为一种转速测量系统的传感器，具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点。
当电机转动时，带动传感器，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速的测量。
在本次使用中，我们将霍尔传感器3314固定在离反射式黑白码盘很近的洞洞板上，码盘上固定有微型磁钢，当码盘转动一圈时，霍尔传感器就输出电平信号，经电压比较器lm339放大后输入单片机处理。
所谓磁钢，就是磁钢就是一种有磁性的钢铁。
在传感检测电路中将磁钢安装在电机的转轴上，而霍尔传感器则放在转轴的旁边，霍尔传感器连接在电路中，当磁钢随转轴经过霍尔传感器时，由开关型霍尔传感器的工作原理知，此时将输出一个低电平信号；而当磁钢离开霍尔传感器后，又将输出一个高电平。
这样通过高低电平的转换，将其送入单片机后就可以测量它的转速。
图2.3 霍尔传感器部分2.3.3串行通信接口电路单片机的串行口是非常有用的，通过它我们可以把单片机系统的数据传回电脑处理或者接受电脑传过来的数据而进行相应的动作。
微控制器有许多标准的通信方法,但在主/从嵌入式系统中,最常用的是RS232串行接口、SPI和I2C。
单片机有一个全双工的串行通信口。
图2.4串行通信接口电路本次课程设计，采用的是RS232出行接口方式。
电路中串行端口的本质功能是作为单片机和电脑端的通信，完成51单片机ISP程序下载的功能。
当数据从单片机经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。
在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。
在Windows环境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系统资源的一部分。
应用程序要使用串口进行通信，必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求（打开串口），通信完成后必须释放资源（关闭串口）。