直流电机PWM调速与控制设计报告样本
直流PWM调速系统调节器的设计实验报告
直流PWM调速系统调节器的设计一、实验目的以双极式直流PWM调速系统为例，通过实验了解速度调节器参数对调速系统动态和静态性能的影响，从而掌握设计调节器的有关知识。
二、预习要求1．复习双极式直流PWM调速系统原理及特性。
2．回答下列问题：(1)直流PWM放大器在直流PWM调速系统中的作用是什么？答：直流PWM调速系统中脉冲形成与分配电路输出的PWM信号（即控制信号）不能直接用来驱动大功率开关管。
PWM放大器无论采用何种大功率器件，都必须设置相应的驱动电路，以满足晶体管工作时基极（弱电控制端）电流（或电压）的要求，不同类型晶体管的驱动电路要求是不一样的。
直流PWM放大器在直流PWM调速系统中的作用就是放大PWM信号的功率以驱动大功率开关管。
(2)调节直流电机的速度主要有哪几种方法？答：a. 改变电枢回路电阻调速。
当负载一定时，随着串入的外接电阻R的增大，电枢回路总电阻增大，电动机转速就降低。
b. 改变电枢电压调速。
连续改变电枢供电电压，可以使直流电动机在很宽的范围内实现无级调速。
c. 改变励磁电流调速。
当电枢电压恒定时，改变电动机的励磁电流也能实现调速。
电动机的转速与磁通Ф（也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速升高；反之，则降低。
由于电动机的转矩是磁通和电枢电流的乘积，电枢电流不变时，随着磁通的减小，其转速升高，转矩也会相应地减小。
(3)调速系统的性能指标主要有哪些？答：A. 稳态指标。
（a）调速范围D：生产机械要求电动机能达到的最高转速n max和最低转速n min 之比。
（b）静差率S：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所对应的转速降落△n N与理想空载转速n o之比。
B. 动态指标。
（a）跟随性能指标：在给定信号（或称参考输入信号）R（t）的作用下，系统输出量C（t）的变化情况用跟随性能指标来描述。
跟随性能指标包括上升时间、超2调量、调节时间等指标。
（b ）抗扰性能指标：控制系统在稳态运行中，如果受到外部扰动（如负载变化、电网电压波动），就会引起输出量的变化。
直流电机PWM调速课程设计报告
摘要在社会生活和生产中,常常需要改变电机的转速和转向。
通过改变电机回路中的电阻来改变电机转速；通过改变电机接到电源的正负极来改变电机的转向不失为一种简单易行、成本低廉的方法。
但是这种方法效率低、机械特性软、不能得到较宽和平滑的调速性能。
本文利用555芯片以及少量外部元件组成的占空比可调的多谐振荡器，输出PWM信号，接到L298电机驱动芯片，来驱动直流电机。
通过控制输出信号的占空比来控制电机的转速，而电机的转向可以通过双刀双掷开关控制L298芯片5和7引脚的高低电平输入来控制。
实验表明，占空比的调节范围为0%~95%，电机转速可以从零开始逐渐调快，转向可通过单刀双掷开关随意控制，达到了预期的目标。
本设计为直流电机的调速提供了一种简易的方法，同时获得了较宽和平滑的调速性能。
关键词：PWM；占空比；调速；多谐振荡器目录摘要 (I)目录 (II)第1章绪论 (1)1.1 直流电机调速起源 (1)1.2直流电机调速发展概况 (1)1.3 研究方案 (1)第2章预备知识 (2)2.1 555定时器 (2)2.2 L298驱动芯片 (4)2.3理论分析 (6)第3章系统组成及工作原理 (7)3.1系统组成 (7)3.2工作原理 (7)第4章电路设计方案 (11)第5章调试结果与分析 (13)结论 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章绪论1.1 直流电机调速起源自从电动机发明那天起，电动机的调速问题就成为人们思考的问题。
电动机被发明之后，被迅速用于人们的衣行住行当中，生产生活都离不开它。
电动车是生活最常见的运用电动机的例子，在电动车行驶过程中，由于路况的不断变化，经常需要调节电动机的速度来调节电动车的速度。
除此之外，医学领域、农业领域、工业领域，甚至是高新科技领域都离不开电动机，而且需要极其平滑细腻的调速性能，可见电动机调速是非常重要的。
随着科技的发展，人们掌握了越来越多的调速方法，方法也不断升级优化。
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM 调速控制装置。
1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
直流电机调速器报告
课程嵌入式实验题目直流电机调速器报告学院信息工程学院直流电机调速器一、实验目的本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过按键输入数据到LPC2103中，LPC2103通过读取输入的数据，MCU输出电流通过L298驱动电路放大后，驱动直流电机转动，并通过PWM调节转速。
二、实验仪器PROTEUS7.9、Keil uVision5三、实验原理系统采用LPC2103的P0.2，P0.3输出高低电平控制电机转速方向；四个二极管作为续流二极管，起保护作用；矩阵键盘与LPC2103通用端口相连，通过查询方式判断是否有按键按下，实现用户交互。
一个独立按键与外部中断EINT0相连，通过外部中断方式判断是否有按键按下,实现电机反转的功能。
系统采用PWM方法调整电动机的速度，首先应确定合理的脉冲频率。
脉冲宽度一定时，频率对电机运行的平稳性有较大影响，脉冲频率高电动机运行的连续性好，但带负载能力差；脉冲频率低则反之。
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用LPC2103产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
四、硬件设计1.硬件系统结构图直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图如图1 所示。
图1 直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图2.电机驱动芯片L298L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。
该芯片采用15脚封装。
主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。
内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
PWM直流电机调速实验报告
int real_count=0;
uchar time;
uchar PWMH = 400;uchar PWML = 400;
uchar code table[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,\
sent(table[speed1%100/10]);
sent(table[speed1%100%10]);
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void detectspeed(void)
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for(i;i<8;i++)
{
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CLK = 0;_nop_();CLK = 1;
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题目：
PWM直流电机调速实验
学生姓名：
学号：
指导教师：
张友旺
学院：
机电工程学院
专业班级：
机械1604班
日期2019年12月
一、实验目的
1.了解脉宽调制（PWM）的原理
2.学习用PWM输出模拟量驱动直流电机
3.熟悉51系列单片机的延时程序
二、实验步骤
本实验需要用到本实验需要用到单片机最小应用系统（F1区）、串行静态显示（I3区）和直流电机驱动模块（M1区 ）。
PWM控制的直流电动机调速系统设计
中國計量學院課程設計設計報告書題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計二級學院現代科技學院專業電氣工程及自動化班級電氣062姓名*****學號**********同組同學姓名 ****** ******* 同組同學學 *********** *********2009年 12 月 23 日設計題目：PWM控制的直流電動機調速系統設計1、前言近年來，隨著科技的進步，電力電子技術得到了迅速的發展，直流電機得到了越來越廣泛的應用。
直流它具有優良的調速特性,調速平滑、方便,調速範圍廣;超載能力大,能承受頻繁的衝擊負載,可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉;需要能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速，改變電樞電壓調速等技術已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調速的方法應運而生。
採用傳統的調速系統主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。
而在用了PWM技術後，避免了以上的缺陷，實現了用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。
另外，由於PWM 調速系統的開關頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流,低速特性好；同樣,由於開關頻率高,快速回應特性好,動態抗干擾能力強,可以獲得很寬的頻帶;開關器件只工作在開關狀態,主電路損耗小,裝置效率高。
PWM 具有很強的抗噪性，且有節約空間、比較經濟等特點。
2、設計要求及組內分工2.1設計要求（1）根據電機與拖動實驗室提供的直流電動機，設計基於PWM的電動機調速方案。
（2）選用合適的功率器件，設計電動機的驅動電路。
（3）設計PWM波形發生電路，使能通過按鍵對電機轉速進行調節，要求至少有兩個速度控制按鍵，其中一個為加速鍵（每按一次，使電機轉速增加）；另一個為減速鍵，功能與加速鍵相反。
（4）撰寫課程設計報告。
2.2組內分工（1）負責直流電動機調速控制硬體設計及電路焊接：主要由胡佳春和葉秋平完成（2）負責調速控制軟體編寫及調試：主要由朱健和葉秋平完成（3）撰寫報告：主要由胡佳春和朱健完成3、系統設計原理脈寬調製技術是利用數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節省能量，PWM控制技術的理論基礎為：衝量相等而形狀不同的窄脈衝加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈衝，用這些脈衝來代替正弦波或其他所需要的波形。
直流电机的PWM控制器设计报告
目录1．课程设计目的 (2)2．课程设计题目描述和要求 (2)3．课程设计报告内容 (2)3.1系统硬件电路介绍 (2)3.1.1系统硬件电路框图 (2)3.1.2单片机部分的具体电路图及工作原理 (2)3.1.3光耦隔离部分的具体电路图及工作原理 (3)3.1.4驱动部分的具体电路图及工作原理 (3)3.1.5主电路部分具体电路图及其工作原理 (4)3.2系统软件介绍 (5)4．总结 (7)参考文献 (8)附录1系统完整硬件电路 (9)1． 课程设计目的提高利用单片机编程产生不同占空比的PWM 信号波的能力。
提高并掌握光耦合电路、驱动电路、H 桥电路的设计能力。
提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力。
培养书写综合实验报告的能力。
2． 课程设计题目描述和要求通过程序设计，在单片机的输出端口上产生所需PWM 信号波，并通过驱动装置进行信号的放大，然后将放大后的信号加到场效应管的相应端口，控制相应场效应管的开通与关断，以至可以形成两个不同回路，产生相反的回路电流，从而实现电机的正反转及调速。
3． 课程设计报告内容3.1 系统硬件电路介绍利用光耦合器件实现单片机与驱动电路之间的电气隔离，避免器件受损。
利用驱动电路对单片机的输出信号进行放大，保证能有效地驱动场效应管的开通与关断。
利用场效应管组成H 桥，实现主电路的两种回路的形成，以至能实现电机的正反转与调速。
3.1.1系统硬件电路框图系统硬件电路框图如图1所示图1 系统硬件电路框图硬件各部分功能介绍：单片机：负责产生需要的PWM 信号波。
光耦隔离：负责单片机与驱动电路之间的电气隔离，保护控制端器件受损。
驱动：负责将单片机产生的信号波进行放大后送场效应管。
主电路：通过改变相应场效应管的通断，形成不同的回路电流以控制电机正反转及调速。
3.1.2单片机部分的具体电路图及工作原理1. 单片机管脚图如图2所示图2 单片机管脚图2. 单片机工作原理确定单片机内部晶振频率，通过计数方式实现单片机的定时功能，再通过定时、计数功能相配合的方式实现定时时间的循环，从而控制相应输出端口输出的信号能循环控制某些元器件的通断，达到所需的控制要求。
液晶显示的PWM直流电机调速报告
课程名称：微机原理课程设计题目：基于51单片机的PWM直流电机调速直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。
而51单片机却没有PWM 输出功能，采用定时器配合软件的方法可以实现51单片机PWM的输出功能。
本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，直流电机（搭建H桥电路驱动）和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机PWM可调速的直流电机。
该可调直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
该可调直流电机布置合理，全部器件分布在7*9cm洞洞板上，看起来小巧精简。
采用的是单片机内部定时器产生方波并且两个P口交换输出，可以方便灵活地调速度和方向。
该可调直流电机从0到最大速度1200转每分钟一共设置了60个档次的转速，采用1602蓝光液晶，可以直观地显示出来（显示的是每分钟的转速）。
有红光和绿光的两个二极管作为转速指示灯。
四个控制按键就可以控制电机的转速，方向与暂停。
每按一个键，该可调电机就会实现相对应的功能，操作非常简单。
关键词：直流电机，51单片机，C语言，1602液晶一、设计任务与要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)二、方案总体设计 (5)2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (5)2.3 系统采用方案 (5)三、硬件设计 (7)3.1 单片机最小系统 (7)3.2 液晶显示模块 (7)3.3 系统电源 (8)3.4驱动电路 (8)3.5 整体电路 (9)四、软件设计 (10)4.1 keil软件介绍 (10)4.2 系统程序流程 (10)五、仿真与实现 (13)5.1 proteus软件介绍 (13)5.2 仿真过程 (13)5.3 实物制作与调试 (15)5.4 使用说明 (16)六、总结 (17)6.1 设计总结 (17)6.2 经验总结 (17)七、参考文献 (19)一、设计任务与要求1.1 设计任务1).对更多小器件的了解2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力6).熟悉设计报告的编写过程1.2 设计要求1).四个按键分别实现改变转向，加速，减速与暂停的功能2).H桥电路驱动直流电机3).一个红光和一个绿光二级管指示电机转向4).1602液晶显示转速二、方案总体设计设计一个基于51单片机的可调直流电机。
直流电机PWM波调速的设计与制作实验报告
《单片机原理与应用》课程设计报告直流电机PWM波调速的设计与制作要求：一、功能要求1、实现利用PWM波控制直流电机的转速；2、用数码管显示PWM波的输出占空比；3、用数码管显示直流电机的转速标志；4、实现对直流电机的速度调制；二、设计过程要求1、查阅资料确定设计方案；2、对设计方案进行仿真验证；3、选择合适的元器件，搭建电路实验验证效果；4、画出PCB图；5、书写设计报告；6、答辩。
三、设计报告要求设计报告主要包括：题目、内容和要求、总体方案和设计思路、仿真电路图、软件设计、仿真调试效果、实验测试效果图、PCB图、心得体会。
姓名：谭德兵学号：1886100112专业：电子科学与技术班级：10级01班成绩：评阅人：安徽科技学院理学院物电系一、实验设计目的1、掌握脉宽调制的方法；2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制；3、学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽；4、掌握脉宽调制PWM控制模式；5、掌握电子系统的一般设计方法；6、培养综合应用所学知识来指导实践的能力；7、掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。
二、实验设计设备单片机开发板，单片机最小系统，驱动器，直流电机，连接导线等三、实验设计原理1)设计总体方案总体设计模块1、STC89C52本设计运用单片机芯片STC89C52，通过控制单片机输出引脚P1.7输出的高低电平的延时时间长短来达到控制电机的目的,运用单片机定时器/计数器1对光电编码盘产生的冲进行计数，将所得到的数值送到P0口显示。
8051单片机引脚描述·电源引脚Vcc和Vss : Vcc：电源端，接＋5V，Vss：接地端。
·时钟电路引脚XTAL1和XTAL2：·XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。
pwm直流电机调速实验报告
pwm直流电机调速实验报告PWM控制直流电机实验报告PWM控制直流电机实验报告PWM控制直流电机实验一、实验目的1、熟悉PWM调制的原理和运用。
2、熟悉直流电机的工作原理。
3、能够读懂和编写直流电机的控制程序。
二、实验原理:运动控制系统是以机械运动的驱动设备??电机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子器件及功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
这类系统控制电机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动控制的运动要求。
可以看出，控制技术的发展是通过电机实现系统的要求，电机的进步带来了对驱动和控制的要求。
电机的发展和控制、驱动技术的不断成熟，使运动控制经历了不同的发展阶段。
1、直流电机的工作原理: 直流电机的原理图图中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。
转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。
(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)。
上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分(定子)上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分(转子)上装设电枢铁心。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
当给电刷加一直流电压，绕组线圈中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用。
导体处于N极下与电刷A接触电流向里流，产生电磁力矩为逆时针;导体处于S极下与电刷B接触电流向外流，产生电磁力矩仍为逆时针。
转子在该电磁力矩作用下开始旋转。
2、PWM调制原理脉冲宽度调节(PWM)是英文Pulse Width Modulation的缩写，简称脉宽调制。
直流电机PWM调速与控制设计报告
综合设计报告之迟辟智美创作单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级： 0820801学号：指导老师：成绩：设计时间： 2011 年 12 月重庆邮电年夜学自动化学院制一、题目直流机电调速与控制系统设计.二、技术要求设计直流机电调速与控制系统，要求如下：1、学习直流机电调速与控制的基来源根基理；2、了解直流机电速度脉冲检测原理；3、利用51单片机和合适的机电驱动芯片设计控制器及速度检测电路；4、使用C语言编写控制法式，通过实时串口能够完成和上位机的通信；5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图.6、要求机电能实现正反转控制；7、系统具有实时显示机电速度功能；8、机电的设定速度由电位器输入；9、机电的速度调节误差应在允许的误差范围内.三、给定条件1、《直流机电驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料；2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流机电、电源等；3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计1. 确定总体方案；2. 画出系统结构图；3. 选择以机电控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路；4. 设计串口及通信法式，完成和上位机的通信；5. 画出法式流程图并编写调试代码，完成陈说；直流机电调速与控制摘要：现今社会，电念头作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已广泛国民经济的各个领域和人们的日常生活.无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产物（如电冰箱，空调，DVD等）中，都年夜量使用着各种各样的电念头.据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电念头.同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电念头的.电念头与人的生活息息相关，密不成份.电气时代，电念头的调速控制一般采纳模拟法、PID控制等，对电念头的简单控制应用比力多.简单控制是指对电念头进行启动，制动，正反转控制和顺序控制.这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现.还有一类控制叫复杂控制，是指对电念头的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制.本机电控制系统基于51内核的单片机设计，采纳LM298直流机电驱动器，利用PWM脉宽调制控制机电，并通过光耦管测速，经单片机I/O口按时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现机电转速的精确控制，其中机电的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现.经过设计和调试，本控制系统能实现机电转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制机电开启、停止和正反转等功能.具有一定的实际应用意义.关键字：直流机电、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298一、系统原理及功能概述1、系统设计原理本机电控制系统采纳基于51内核的单片机设计，主要用于机电的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、机电测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流机电驱动模块等电路；软件方面采纳基于C语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示机电的转速和控制机电的运行状态，如开启、停止、正反转等.单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个按时器、2个串行口支持自力的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，能非常方便的满足本次机电控制的需求，其PWM端口用于输出一定频率且脉宽可调的PWM波用于控制机电转速，单片机自带的A/D端口作为设定速度的模拟信号输入口，按时器用于串口通信和速度的按时采样以及上位机的按时显示等.系统的机电驱动单位选择了LM298N年夜功率驱动芯片，再利用TLP521光耦合器和整流二极管设计的驱动电路能实现电器隔离与控制，能提高控制效率和精度极年夜减少了挠动干扰，而且可以实现机电的正反装和刹车功能.系统测速模块基于槽型光耦GK105设计，将机电的转速转换成份歧频率的脉冲信号，在经过基于LM324的电压比力器和74HC573锁存器进行信号波形的整形，最后通过检测单片机的I/O 口的脉冲实现速度的丈量.1．1直流机电基本工作原理图1.1直流机电的基本结够图1．2直流机电调速原理直流机电转速n 的表达式为:Φ-=K IRU n (1 - 1)式中:U-电枢端电压；I-电枢电流；R-电枢电路总电阻；Φ-每极磁通量；K-与机电结构有关的常数，因此直流机电转速n 的控制方法有三种，主要以调压调速为主.本控制器主要通过脉宽调制PWM 来控制电念头电枢电压，实现调速.调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频.本系统采纳了定频调脉宽方式的PWM 控制，因为采纳这种方式，电念头在运转时比力稳定；而且在采纳单片机发生PWM 脉冲的软件实现上比力方便.对直流机电转速的控制即可采纳开环控制,也可采纳闭环控制.与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能年夜年夜提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率（额定负载时机电转速降落与理想空载转速之比）要小很多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以年夜年夜提高.直流机电的速度控制方案如图1所示.二、系统硬件设计1．系统总体设计框图本系统采纳STC12C5A60S作为控制核心，用上位机显示设定转速和丈量转速以及控制机电.采纳LM298驱动芯片作为本系统的驱动电路和用槽型光耦GK105作为该系统的丈量电路.框图如2所示.22单片机最小系统电路单片机主要擅长系统控制，而不适合做复杂的数据处置，在设计单片机最小系统时我们选用STC12C5A60S2位DIP-40封装的单片机作为MCU.STC12C5A60S2芯片是有宏晶科技生产的单时钟./机器周期（1T）的单片机，具有64K 的用户法式存储空间及1280字节的RAM，完全兼容之前较低版本的所有51指令，但速度快5—8倍，内部集成有MAX801专用复位电路、同时它还自带2路PWM控制器、2个按时器、2个串行口支持自力的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路高速10位AD转换器、一个SPI接口等，应用于机电控制等强干扰场所.本系统的单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路、外围总线接口等部份组成.图3为单片机最小系统结构框图.图3 51最小系统电路系统时钟电路单片机内部具有一个高增益反相放年夜器，用于构成振荡器.通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个赔偿电容构成自激振荡器，系统时钟电路结构如图6所示，可以根据情况选择6MHz、8MHz或12MHz等频率的石英晶体，本系统采纳12MHz的晶振.赔偿电容通常选择20-30pF 左右的瓷片电容.复位电路单片机小系统采纳上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位把持.上电复位要求接通电源后，自动实现复位把持.手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关把持使单片机复位.复位电路结构如图6所示.上电自动复位通过电容充电来实现.手动按键复位是通过按键将电阻与VCC接通来实现.2.2机电驱动模块直流机电驱动采纳经常使用的H桥电路，通过控制信号选通对管与否实现机电的正反转，并改变所加电压的占空比来改变机电转速.如图4所示，这里采纳机电驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路5‐36V的直流机电或者一路四拍的步进机电.同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP521‐4隔离消除干扰信号.在STC12C5A60S2上配置好串口、PWM，实现串口接收的数据直接赋值给PWM按时器CCAP1L、CCAP1H.利用串口调试助手发送控制信息给STC12C5A60S2，同时辅助外界6V电源更改L298N的IN1和IN2共同完成L298N机电驱动模块的调试.图4 LM298N机电驱动电路2.3直流机电测速电路2.3.1槽型光耦GK105测速电路图 5 槽型光耦GK105电路图6 机电转速编码装置如图5和图6所示，光电对管采纳槽型光耦GK105电路由一只特殊的发光二极管和光电三极管构成，当二极管发出的光打在光电三极管的基极B上时三极管CE导通.而正常情况下二极管的光不能达到光电管的基极上，故通过装在机电转轴上得圆形编码片即可实现对小车的测速.假设编码片儿有n片个缺口，测得光电三极管的输出脉冲频率为f，则车速=f/n.由图7可知,机电每转一圈, 槽型光耦发生4个脉冲,因此可以利用槽型光耦传感器信号获得机电的实际转速.为尽可能缩短一次速度采样的时间,则机电的实际转速为：V=(N/4)*60;V:速度 R/minN:每秒采样的脉冲个数图7 机电转1圈GK105光耦管信号2.3.2速度脉冲信号调理电路给机电加电让其带动编码盘旋转，将光电对管靠近编码盘，用示波器观测输出脉冲信号的有无与好坏.信号调理电路主要利用LM324运算放年夜器设计的比力器，如图8所示，调节比力器偏置电压使脉冲最接近于方波且幅度年夜于 3.3V.为了提高测速的精度，在信号后级添加比力器调理信号为标准的方波，调节比力器运放的偏置电压使方波信号最适合于测速.图 8 基于LM324的信号调理电路2.4串口电路设计MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5V单电源供电.其内部结构基本可分三个部份：第一部份是电荷泵电路，由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成.功能是发生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口电平的需要.第二部份是数据转换通道，由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道.其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道.8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道.TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出.第三部份是供电，15脚GND、16脚VCC（+5V）.电路如图9所示.图 9 串口电路图2.5系统电源设计本系统要求有5V和6—7V的电源输入，因此我们选用了LM317作为电源芯片.LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块.其应用电路如图10所示.图11为电源滤波电路.图10图11 滤波电路—37V.在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为呵护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏.2.6机电设定速度输入电路本系统采纳了简单的电位器，通过电位器将5V电源信号分压在经过单片机A/D端口输入到CPU处置，实现机电速度手动的可调，其电路如图12所示.图12 电位器速度设置电路三、系统软件设计本法式主要分为6年夜块，主法式、A/D转换处置法式、PWM输出法式、串口显示与机电状态控制法式、按时器0的中断服务法式，串口中断服务法式.主法式主要做了系统初始化，按时器0的初始化和主循环等.配置STC12C5A60S2按时器0为按时器方式2、50ms计数器中断，累计20次按时器0中断为1秒，此时TL1即光电对管输入的脉冲频率，同时在此一秒内触发AD收集一次电源电压Voltage送入内存并通过运算转换成设定的速度值.PC终真个显示也是没隔一秒刷新一次.配置STC12C5A60S2串行口1为方式2、自力波特率发生器9600、允许接收中断.当串口1接收到PC机数据转入中断处置法式，检测接收到的数据以此来区分数据是属于哪种控制信号.配置STC12C5A60S2脉宽调制PWM为8位、无中断.主法式中循环执行Pwm（）函数实时更改PWM按时器CCAP1L、CCAP1H的值，实现对机电转速的控制.1．主法式主法式主要功能为系统初始化，按时器0的初始化和主循环等.流程图如图13所示图13 系统主法式流程图2．串口中断发送法式本系统的串口通信指的是单片机与上位机（PC机）之间的串口通信，该通信主要用于测速模块的调试以及在丈量转速时，单片机能从上位机（PC机）接收数据或者能将数据发回给上位机（PC机），以便观察机电转动情况，或者获得我们所需要的数据.如图14所示，在本设计中，采纳的是STC12C5A60S2芯片的串口UART0来与PC机进行串口通信.在串口UART0的配置中，按时/计数采纳方式2是将两个8位计数器TH1和TL1分成自力的两个部份，组成一个8位可自动再装入的按时器/计数器，由TL1作为8位计数器，TH1作为计数初值寄存器，设置初值时同时送TH1和TL1，当TL1计数满回0发生溢出，不单置位TF1,而且控制TH1中的初值重新装入TL1，继续下一轮计数，此信号送串行通信系统，以设置串行通信波特率，波特率设置公式如式所示：波特率=2SMOD*(溢出率)/32 .图14 串口发送法式流程图3．串口中断接收法式上位机控制单位解扩出1bit数据后，发生一次中断.接收时首先采纳16bits接收窗口、1bit滑动方式来接收通信的同步帧头0x09、0xAF，帧头接收胜利后，后续数据按每8bits一个字节的方式进行截取，获得传送的有效数据，同时将获得的有效数据存储在缓冲单位中；接收过程中，按有关的通信协议进行地址判别、长度接收、校验计算.地址相同的模块对符合通信协议的数据进行应答，转入发送态.法式流程图如图15所示.图15 串口接收法式流程图4．A/D转换法式A/D转换法式主要用于机电速度的输入模拟信号的收集与转换.法式流程图如图16所示.图16A/D转换法式流程图5．PWM输出法式PWM控制——脉冲宽度调制技术，即通过一系列脉冲的宽度调制来等效地获得所需的波形（含形状和幅值），法式主要用于控制机电转速，他通过主法式的反馈算法计算出来，然后调整脉冲宽度来控制机电.法式流程图如图17所示.图17 PWM输出法式流程图6．按时器0中断服务法式按时器0中断法式主要用于1秒按时、转速的计算、A/D 值收集以及上位机显示刷新.法式流程图如图18所示.图18按时器0中断服务法式流程图四、系统调试及性能分析1. 系统硬件调试9为系统测速电路的采样波形图19经整形后的速度脉冲波形串口收发数据调试串口电路是连接PC机与通信模块的桥梁，可借助串口调试助手对所设计的串口通信电路和通信模块进行测试.如图5.1所示，通过串口调试助手，向端口分别发送数据0x01、0x02、0x03、0x04、0x05数据经串口电路被单片机接收，将数据进行存储判断，决定是开启显示和机电还是正反转或是停止，同时将所出状态及机电转速发送回来，在串口调试助手的接收窗口上可以看到接收到的数据.串口调试如图20所示.图20 机电转速及对应的电压显示数据图22 系统实物图2．系统测试数据处置2.1利用matlab对机电两端电压和转速数据进行曲线拟合实型电压数据：votlage_V=[1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.42.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.41 3.49 3.613.71 3.8 3.9 4 4.1 4.21 4.3 4.4 4.51 4.6 4.7 4.8 4.9 5];整型电压数据：votlage_D=[77,82,87,92,97,102,108,113,118,123,128,133,138,1 43,148,153,159,164,169,175,179,185,190,195,200,205,210,216, 220,225,231,236,241,246,251,255];测得速度数据：speed=[12,17,22,27,33,42,45,48,53,58,62,65,69,73,76,80,83,87, 89,93,96,99,101,103,106,109,111,113,116,119,122,125,128,133 ,140,144];Matlab拟合命令：p=polyfit(votlage_V,speed,1);speed_poly1=p(1)*votlage_V+p(2);q=polyfit(votlage_D,speed,1);speed_poly2=q(1).*votlage_D+q(2);figure(1)plot(votlage_V,speed,'or',votlage_V,speed_poly1);grid ontitle('电压V-----转速r/s')figure(2)plot(votlage_D,speed,'or',votlage_D,speed_poly2);grid ontitle('电压D-----转速r/s')拟合曲线如图21所示：图21 电压—速度曲线如图21所示，机电电压与转速基本成正比关系，所以可以按最小二乘法进行线性拟合，获得电压与转速关系式为：（1）电压为实型，转速=*电压V -，其中（a=，b=-）；（2）电压为整型，转速=*电压D，其中（a=0.67373 b=）；上面两个关系式将作为机电控制的基本数学模型，有软件算法实现机电输出转速对输入电压的跟踪.2.2 分歧转速设定值下机电对应的输出转速及误差如表1表1 机电转速误差表2．3 机电输出转速误差曲线图23 机电输出转速相对电压绝对误差曲线图 24 机电输出转速相对电压的相对误差曲线2．4 系统性能分析对上面图23、图24两个误差曲线分析可以得出以下结论，一方面，当机电两真个电压在1.5V~4.8V范围了变动时，机电的转速变动范围在12R/S~134R/S（即720R/mint~8040R/mint）之间变动，当机电两真个电压在1.5V以下时，机电无法驱动，为机电的死区电压，机电转速变动基本符合实际情况.另一方面，由于本系统自身设计本省存在着多种缺陷，所以测式结果发生了一定的误差，机电转速的绝对误差基本在6V以下，其相对误差根据两端电压范围的分歧出现分歧的趋势，当电压在 1.5V~1.8V左右，即机电转速≤50R/S 时，机电输出转速的相对误差≤16%，当机电两端电压在1.8V~4.8V左右，即机电转速≥60R/S时，机电输出转速的相对误差≤8%.所以系统综合性能基天性满足设计要求.五、设计心得课程设计是培养我们综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题,熬炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.本次的课程设计是基于运用所学单片机技术、传感检测技术、机电驱动技术等方面的知识，设计机电调速与控制系统，很好的结合了现今工业直流机电方面的实际应用，相对前几学期的课程设计，这次的题目综合性更高、设计难度更年夜、实用性更强，是对我们所学专业知识如《单片机原理及接口技术》、《传感器与检测》、《C语言法式设计》、《直流机电驱动原理》等课程知识的综合检验与应用，很好的熬炼了我们从单一模块到系统设计与调试能力的转变与提高，同时也让增强了我们直流机电控制原理与应用有了更深的认识和体会.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，从选题到定稿，从理论到实践，我们小组都付出了很多努力，也收获了很多，在此次设计中不单可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识.通过这次课程设计也使我理解了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才华做出实际的有用的工具，从而提高自己的实际入手能力和自力思考的能力.通过这次课程设计还熬炼了我们的团队合作精神，只有年夜家在分工明确的基础上齐心协力，才华使团队获得成绩.在这次设计的过程中我们也遇到了很多困难，尤其是我们小组有两个人都要考研，时间特别紧迫，还有就是这次在机电的控制其设计和测速模块的设计上都遇到了很年夜的问题，可是我们在老师的指导下，我们小组积极讨论，分工合作，合理安插时间，通过查阅资料学习相关的知识，逐步突破了每一个技术难关，最后比力好的自力的完成了这次设计.通过这次课程设计，我更发现了自己的很多缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，而且缺少自主分析问题的能力，碰到问题后有一种和逃避依赖心理.也让我明白做电子类设计每一步都要细心严谨，不能马虎.六、参考文献1．李朝青编．《单片机原理及接口技术》(简明修订版)．北京航空航天年夜学出书社，19982．胡向东编《传感技术》.重庆年夜学出书社，2006年第1版.3. 谭浩强《C语言法式设计》. 北京：清华年夜学出书社，2002.8. 后闲哲也编《单片机C法式设计与实践丛书》北京航空航天年夜学出书社 2008.七、附录法式：#include <stdio.h>#include <intrins.H>#include "STC_NEW_8051.H"typedef unsigned char INT8U;typedef unsigned int INT16U;typedef unsigned int INT8;//以下选择 ADC 转换速率，只能选择其中一种// SPEED1 SPEED0 A/D转换所需时间#define AD_SPEED 0x60 // 0110,0000 1 1 70 个时钟周期转换一次,// CPU工作频率21MHz时A/D转换速度约300KHz//#define AD_SPEED 0x40 //0100,0000 1 0 140 个时钟周期转换一次//#define AD_SPEED 0x20 //0010,0000 0 1 280 个时钟周期转换一次//#define AD_SPEED 0x00 //0000,0000 0 0 420 个时钟周期转换一次//#define uchar unsigned char//#define uint unsigned int#define P2M0 0x00#define P2M1 0x00#define P0M0 0x00#define P0M1 0x00sbit caiji=P2^2;sbit led0=P2^0;sbit led1=P2^1;INT8flag_uart=0,flag_on=0,flag_x=0,flag_xianshi=0,flag_ad=0,n1=0; INT8 ad_vall=0,ad_val=0，moto_speed=0,shudu=0,shisu=0; INT8U rec,cont=0,cont2=0; //串口、计数器变量float ad_fl,a1=0,a2=0,b1=0,b2=0;INT8U get_AD_result(INT8U channel); //AD转换函数声明void delay0(INT8U delay_time); //延时函数声明void delay(char xms)；void delay0(INT8U delay_time)； // 延时函数void timer_init() //按时器计数器初始化函数{ TMOD=0x21;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=0xfd; TL1=0xfd;TR1=1; ET0=1; SM0=0; SM1=1; REN=1; EA=1;ES=1;}void ad_init() // 单片机AD 初始化函数{ P1ASF=0x01; //1111,1111, 将 P1 置成模ADAUXR1 &= ~0x04; //0000,0100, 令 ADRJ=0ADC_CONTR |= 0x80; //1000,0000 翻开 A/D 转换电源}void pwm_init() // 单片机PWM相关寄存器初始化函数{ CCON=0; CL=0; C H=0; CMOD=0x00;PCA_PWM0=0x00; CCAPM0=0x42;EPCnL=1, CCAPnL=FFH 时PWM固定输出低 */;PCA_PWM1=0x00; CCAPM1=0x42; CR=1; } void PWM(INT8 a){ INT8 xx;xx=256-a;CCAP0H=CCAP0L=0+xx; //P13CCAP1H=CCAP1L=256-xx-5; //P14}INT8 ceshu() //速度脉冲检测函数{ if(caiji==0){ n1=1; }if((caiji==1)&&(n1==1)) //脉冲上升沿检测{ shudu++; n1=0; }return shudu;}void UART(INT8 a,INT8 b,float c) //串口函数{ if(flag_uart==1) //串口显示标识表记标帜判断{ flag_uart=0; ES=0; TI=1;switch(flag_on) //显示模式及机电状态控制命令判断{ case 0: puts("Turn on \n");led0=0;led1=1; TR0=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();break;case 1: _nop_();_nop_();led0=0;led1=0; _nop_();_nop_(); led0=1;led1=0; break;case 2: _nop_();_nop_();led0=0;led1=0; _nop_();_nop_(); led0=0;led1=1; break;case 3: printf("Turn off \n");led0=0;led1=0; TR0=0; break;case 4: puts("Error!\n"); break; }while(!TI);TI=0; ES=1;}if(flag_xianshi==1) //串口显示标识表记标帜判断{ flag_xianshi=0;ES=0; TI=1;printf("real_speed is %d, set_speed is %d, voltage is%f\n",a,b,c);while(!TI);TI=0; ES=1; }}void main() //主函数部份{ INT8 shedin=180;INT8 shesu1=0,uk1,uk=180,k1=0,uk2=0;ad_init(); // 单片机AD 初始化timer_init(); // 单片机按时器串口等寄存器初始化pwm_init(); // 单片机PWM相关寄存器初始化a1=34.5178; a2=0.67373; //电压与速度拟合曲线的相关参数初始化b1=28.91; b2=28.8715; P0=0xFF; cont2=0;led0=0; led1=0; //设置机电初始状态为停止while(1){ moto_speed=ceshu(); //频率脉冲检测与存储if(flag_ad==1) //判断采样标识表记标帜{ flag_ad=0;ad_val=get_AD_result(0); //AD收集设定机电两端电压shedin=(INT8)(ad_val*a2-b2);shesu1=shedin;if(cont2>=4){ if(shisu<=shedin){ k1=1; uk1=shedin-shisu; }else{ uk1=shisu-shedin; k1=0; //反馈速度偏差量ek }if(k1==1){ if((shisu<=115)||(shisu>=60))uk2=ad_val+uk1+3; //设置分歧速度范围内的偏差调整量elseuk2=ad_val+uk1; }else if(k1==0){ if((shisu<=115)||(shisu>=65))uk2=ad_val-uk1-3; //设置分歧速度范围内的偏差调整量elseuk2=ad_val-uk1; } }else{ uk2=ad_val;}uk=uk2; ad_vall=ad_val; //经反馈校正后的pwm 输出值ad_fl=(float)ad_vall*5.0/256.0;}PWM(uk); //pwm输出控制机电转速UART(shisu,shesu1,ad_fl); //调用串口显示函数}}void delay0(INT8U delay_time) // 延时函数void timer0()interrupt 1 //T0按时计数器中断{ TH0=(65536-50000)/256; //50ms计数初值TL0=(65536-50000)%256;cont++;if(cont==20) //1秒按时计数设定{ cont=0;cont2++; flag_xianshi=1; flag_ad=1;shisu=moto_speed/4; //将收集的频率换算成转速moto_speed=0; shudu=0;} }void UART0()interrupt 4 //串口中断函数{ RI=0; flag_uart=1; rec=SBUF;if(rec==1)flag_on=0;else if(rec==2)flag_on=1;else if(rec==3)flag_on=2;else if(rec==4)flag_on=3;elseflag_on=4;。
直流电机PWM控制调速系统设计
直流电机PWM控制调速系统设计一、摘要脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation),就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。
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等领域最广泛应用的控制方式。
本文利用SG1525集成PWM控制器设计了一个基于PWM控制的直流调速系统，本系统采用了电流转速双闭环控制，并且设计了完善的保护措施，既保障了系统的可靠运行，又使系统具有较高的动、静态性能。
二、设计目的和意义在当今的社会生活中，电子科学技术的运用越来越深入到了各行各业之中，并得到了长足的发展和进步，自动化控制系统更是的到了广泛的应用，其中一项重要的应用就是——自动调速系统。
相较于交流电动机，直流电动机结构复杂、价格昂贵、制造困难且不容易维护，但由于直流电动机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强，适宜在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自调速系统中的重要形式。
而伴随着电力电子技术的不断发展，开关速度更快、控制更容易的全控性功率器件MOSFET和IGBT成为主流，PWM表现出了越大的优越性：主电路线路简单，需用的功率器件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右；若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
本设计采用PWM技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，既减少了对电源的污染，而且使控制过程更简单方便，减少了对人力资源的使用，又因为线路的简单化、功率器件需用的减少，使系统的维护、维修变得更加简单了，但动、静态性能却提高了。
三、设计原理1.PWM基本原理脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
实验PWM电机调速实验报告
PWM电机调速班级：09应电（5）班姓名：学号：0906020122指导老师时间：2011年10月20日目录一、实验名称 (2)二、实验设计的目的和要求 (2)三、预习要求 (2)四、电路原理图 (4)五、电路工作原理 (4)六、 PCB图 (5)七、实验结果 (6)·八、实验中出现的问题以及解决方法 (13)九、实验心得 (13)十、参考文献 (14)十一、元件清单 (14)一、实验名称：PWM电机调速二、实验设计的目的和要求1）学习用LM339内部四个电压比较器产生锯齿波、直流电压、PWM脉宽；2）掌握脉宽调制PWM控制模式；3）掌握电子系统的一般设计方法；4）培养综合应用所学知识来指导实践的能力；5）掌握常用元器件的识别和测试，熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法进一步掌握制版、电路调试等技能。
三、预习要求3.1关于LM339器件的特点和一些参数图3-1 LM339管脚分配图1）电压失调小，一般是2mV；2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；3）他对比较信号源的内阻限制很宽；4）LM339 vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；5）输出端电位可灵活方便地选用；6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc。
3.2 分析PWM电机调速电路的系统组成原理，画出每一级电路输出的波形1）由1、6、7管脚构成的电压比较器，通过RC积分电路调节可调变阻器R5(203)，产生锯齿波图3-2 锯齿波2) 由8、9、14管脚构成的比较器，通过8管脚接入前一个比较器1管脚产生的锯齿波信号与调节R7(103)取样得到的9管脚电压做比较通过比较器14管脚输出的是PWM脉宽图3-3 脉冲波（pwm）3）PWM电机调速电路中有两个三极管，是具有耦合放大作用的4）另外电路中的输入4、5管脚和10、11管脚的两个电压比较器在整个电路中具有欠压保护和过流保护四、电路原理图图4-1 PWM电机调速原理图五、电路工作原理直流电机的PWM调速原理是通过调节驱动电压脉冲宽度的方式，并与电路中一些相应的储能元件配合，改变了输送到电枢电压的幅值，从而达到改变直流电机转速的目的。
基于51单片机的PWM直流电机调速报告
课程名称：微机原理课程设计题目：基于51单片机的PWM直流电机调速直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。
而51单片机却没有PWM 输出功能，采用定时器配合软件的方法可以实现51单片机PWM的输出功能。
本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，直流电机（搭建H桥电路驱动）和四位一体LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机PWM可调速的直流电机。
该可调直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
该可调直流电机布置合理，全部器件分布在7*9cm洞洞板上，看起来小巧精简。
采用的是单片机内部定时器产生方波并且两个P口交换输出，可以方便灵活地调速度和方向。
该可调直流电机从0到最大速度1200转每分钟一共设置了60个档次的转速，采用红光四位数码管，可以直观地显示出来（显示的是每分钟的转速）。
有红光和绿光的两个二极管作为转速指示灯。
四个控制按键就可以控制电机的转速，方向与暂停。
每按一个键，该可调电机就会实现相对应的功能，操作非常简单。
关键词：直流电机，51单片机，C语言，数码管一、设计任务与要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)二、方案总体设计 (5)2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (5)2.3 系统采用方案 (5)三、硬件设计 (7)3.1 单片机最小系统 (7)3.2 数码管显示模块 (7)3.3 系统电源 (8)3.4驱动电路 (8)3.5 整体电路 (9)四、软件设计 (10)4.1 keil软件介绍 (10)4.2 系统程序流程 (10)五、仿真与实现 (13)5.1 proteus软件介绍 (13)5.2 仿真过程 (13)5.3 实物制作与调试 (15)5.4 使用说明 (17)六、总结 (18)6.1 设计总结 (18)6.2 经验总结 (18)七、参考文献 (21)一、设计任务与要求1.1 设计任务1).对更多小器件的了解2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力6).熟悉设计报告的编写过程1.2 设计要求1).四个按键分别实现改变转向，加速，减速与暂停的功能2).H桥电路驱动直流电机3).一个红光和一个绿光二级管指示电机转向4).四位数码管显示转速二、方案总体设计设计一个基于51单片机的可调直流电机。
32单片机pwm控制直流电机的实验报告
32单片机pwm控制直流电机的实验报告实验名称：32单片机PWM控制直流电机实验实验目的：通过学习和实验，让学生了解32单片机PWM控制直流电机的原理和实现方式。
实验原理：PWM即脉冲宽度调制，是一种常用的调制方式。
其原理是基于脉冲的占空比，通过改变脉冲的宽度来控制输出信号的平均值。
在32单片机中，我们可以通过配置寄存器和引脚功能来实现PWM输出。
此次实验中，我们需要通过PWM控制直流电机的速度。
对于直流电机，我们可以通过改变电机的电压来改变其转速，因此我们可以通过控制PWM信号的占空比来实现对直流电机速度的控制。
实验过程：1、准备材料：32单片机、电位器、直流电机，电容等。
2、将电位器接入32单片机的ADC引脚，通过调节电位器来改变ADC引脚的电压。
3、编写程序，配置32单片机PWM模块，实现对直流电机的速度控制。
程序示例如下：#include <reg52.h>sbit IN1 = P3^0;sbit IN2 = P3^1;sbit EN = P3^2;unsigned int speed;void timer0_init(){TMOD = 0x02;TH0 = 0xff;TL0 = 0xff;ET0 = 1;EA = 1;TR0 = 1;}{timer0_init();while(1){speed = ADC_Get(1);TH0 = speed >> 8;TL0 = speed;P1 = speed;}}void pwm_init(){TMOD |= 0x10;TL1 = 0x00;TH1 = 0x00;ET1 = 1;TR1 = 1;EA = 1;}void pwm_output(unsigned int duty) {int value;value = duty*10;TL1 = value;TH1 = value >> 8;}void timer1_isr() interrupt 3{IN1 = 0;IN2 = 1;pwm_output(90);}void timer0_isr() interrupt 1{EN = 1;}4、进行编译和下载，将32单片机与电机、电源等接线好。
直流电机PWM 调速实验报告
直流电机PWM调速实验报告学院:专业：机械设计制造及其自动化姓名：班级：学号：指导老师：直流电机PWM调速实验一、实验目的:1、掌握脉宽调制的方法；2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制二、实验设备：PC机一台，单片机最小系统，驱动板，直流电机，连接导线等三、实验原理：1、PWM(Pulse Width Modulation)简称脉宽调制。
即，通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。
2、实验线路图：四、实验内容：1、利用实验时提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序，实现直流电机PWM调速控制。
2、连接实验电路，观察PWM调控速度控制，实现的加速、减速等调速控制。
五、实验步骤：1、按系统电路图连线，调试完成；2、开启单片机，按下键盘启动按钮，电机正常旋转；3、按动键盘加速、减速、正转、反转、停止按键，分别实现预定功能。
4、实验完成，收拾实验器械，整理。
六、实验程序：#include<reg51.h>#define TH0_TL0 (65536-1000)//设定中断的间隔时长unsigned char count0 = 50;//低电平的占空比unsigned char count1 = 0;//高电平的占空比bit Flag = 1;//电机正反转标志位,1正转，0反转sbitKey_add=P2 ^ 0; //电机减速sbitKey_dec=P2 ^ 1; //电机加速sbitKey_turn=P2 ^ 2; //电机换向sbit PWM1=P2^6;//PWM 通道1，反转脉冲sbit PWM2=P2^7;//PWM 通道2，正转脉冲unsigned char Time_delay;/************函数声明**************/void Delay(unsigned char x);voidMotor_speed_high(void);voidMotor_speed_low(void);voidMotor_turn(void);void Timer0_init(void);/****************延时处理**********************/void Delay(unsigned char x){Time_delay = x;while(Time_delay != 0);//等待中断，可减少PWM输出时间间隔}/*******按键处理加pwm占空比，电机加速**********/voidMotor_speed_high(void)//{if(Key_add==0)Delay(10);if(Key_add==0){count0 += 5;if(count0 >= 100){count0 = 100;}}while(!Key_add);//等待键松开}}/******按键处理减pwm占空比，电机减速*****/ voidMotor_speed_low(void){if(Key_dec==0){Delay(10);if(Key_dec==0){ count0 -= 5;if(count0 <= 0){count0 = 0; }}while(!Key_dec );}}/************电机正反向控制**************/ voidMotor_turn(void){if(Key_turn == 0){Delay(10);if(Key_turn == 0){Flag = ~Flag; }while(!Key_turn);}/***********定时器0初始化***********/void Timer0_init(void){TMOD=0x01; //定时器0工作于方式1TH0=TH0_TL0/256;TL0=TH0_TL0%256;TR0=1;ET0=1;EA=1;}/*********主函数********************/void main(void){Timer0_init();while(1){Motor_turn();Motor_speed_high();Motor_speed_low();}}/**************定时0中断处理******************/ void Timer0_int(void) interrupt 1 using 1{TR0 = 0;//设置定时器初值期间，关闭定时器TL0 = TH0_TL0 % 256;TH0 = TH0_TL0 / 256 ;//定时器装初值TR0 = 1;if(Time_delay != 0)//延时函数用{Time_delay--;}if(Flag == 1)//电机正转{ PWM1 = 0;if(++count1 < count0){PWM2 = 1;}elsePWM2 = 0;if(count1 >= 100){count1=0; }}else //电机反转{PWM2 = 0;if(++count1 < count0){ PWM1 = 1;}else PWM1 = 0;if(count1 >= 100){ count1=0;}七、实验心得：此次实验，不仅锻炼了我们的独立思考和动手能力。
PWM控制直流电动机转速报告
PWM控制直流电动机转速报告PWM（Pulse Width Modulation）是一种调制技术，通过改变脉冲信号的占空比，实现对直流电动机转速的精确控制。
本报告旨在介绍PWM控制直流电动机转速的原理、应用和优势。
1.引言直流电动机是目前应用最广泛的一种电机类型，广泛应用于工业生产、交通工具、家用电器等领域。
而PWM技术则是一种调制技术，可以将直流电源转换为可调的脉冲信号，用于精确控制直流电动机的转速。
2.PWM控制原理具体而言，PWM控制系统由脉冲宽度调制器（PWM Generator）、电流反馈控制模块和功率驱动模块组成。
PWM Generator会根据控制信号生成脉冲信号，其占空比决定了输出信号的平均电压值。
电流反馈控制模块监测电动机的电流，根据设定的转速目标和实际电流值，产生控制信号并发送给PWM Generator。
功率驱动模块则将PWM信号转换为合适的电压和电流输出给电动机，实现转速控制。
3.PWM控制应用PWM控制直流电动机转速广泛应用于各个领域。
在工业生产中，PWM控制可用于机械装置的转速调节，提高生产效率和工作精度；在交通工具中，PWM控制可用于电动汽车、无人机等的马达控制，提高车辆性能和续航能力；在家用电器中，PWM控制可用于风扇、空调等设备的风速调节，提供更舒适的使用体验。
4.PWM控制优势相比传统的电位调节或开关调节方式，PWM控制直流电动机转速具有以下几个优势：4.1精确控制：PWM控制可以通过改变占空比来精确控制直流电动机的转速，使得电机转速能够满足不同的需求。
4.2高效能利用：PWM控制可以根据需要调整脉冲信号的占空比，从而在不同负载条件下实现电机的高效能利用。
4.3体积小巧：PWM控制器通常体积小巧、集成度高，适合应用于电子设备中，不会占用过多的空间。
4.4节能降耗：PWM控制系统通过控制电机的平均电压和电流，实现能量的精确控制，从而达到节能降耗的目的。
5.结论。
实验八 直流电机PWM调速控制实验
实验八 直流电机PWM 调速控制实验（一）实验目的：通过直流电机PWM 调速控制实验，掌握脉宽调制（PWM ）控制和计算机控制程序实现的方法。
（二）实验设备： PC 机 一台 TD-ACC 教学实验系统 一台（三）实验原理：脉宽调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）控制是通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机的调速控制。
用这种方法，直流电机通电的时候速度增加， 直流电机断电的时候速度减少，只要按一定的周期改变通断电的时间，直流电机的速度就可以达到一个稳定值。
改变通断电的时间可以用调整PWM 控制脉冲的占空比D （D = t /τ）实现，图8-1。
图8-1 PWM 控制脉冲与占空比图8-2 实验电路原理和线路图（四）实验内容：实验中使用8088控制机的8255并行接口B 口的PB0位控制直流电动机。
在PB0接口输出PWM 脉冲，经过驱动单元的达林顿晶体管驱动直流电动机运行，实现脉冲调宽控制。
实验要求编写控制程序实现直流电动机的PWM 控制，图8-3是实验程序的参考框图。
在参考程序框图中，变量AA1对应脉冲周期中的t ，变量BB1对应脉冲周期中的τ-t ，τ=0FFH 。
设置变量的初始值：AA1=7FH ，BB1=τ-AA1，V A1=7FH ，VB1=00H ，FPWM=01H 。
8255的B 口地址是61H 。
向地址61H 写01H ，停止电机运转。
（五）实验步骤：（1）参考图8-3的程序参考框图，编写实验控制程序。
（2）按图8-2在TD-ACC 实验系统上连接导线，检查导线连接无错误后打开实验系统电源。
（3）编辑，汇编连接实验程序，无错误后下载到实验系统的8088控制机里。
（4）运行实验程序(参考Ac9-2-1)，观察电动机的运行情况。
（5）加大（或减小）脉冲的宽度，重复第（4）步，观察电动机的运行。
tτ占空比D =t τPWM 控制脉冲图8-3 实验参考程序框图。
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综合设计报告
单位: 自动化学院
学生姓名:
专业: 测控技术与仪器
班级: 0820801
学号:
指导老师:
成绩:
设计时间: 年 12 月
重庆邮电大学自动化学院制
一、题目
直流电机调速与控制系统设计。
二、技术要求
设计直流电机调速与控制系统, 要求如下:
1、学习直流电机调速与控制的基本原理;
2、了解直流电机速度脉冲检测原理;
3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检
测电路;
4、使用C语言编写控制程序, 经过实时串口能够完成和上位
机的通信;
5、选择合适控制平台, 绘制系统的组建结构图, 给出完整的
设计流程图。
6、要求电机能实现正反转控制;
7、系统具有实时显示电机速度功能;
8、电机的设定速度由电位器输入;
9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。
三、给定条件
1、《直流电机驱动原理》, 《单片机原理及接口技术》等参考资料;
2、电阻、电容等各种分离元件、 IC、直流电机、电源等;
3、 STC12C5A60S2单片机、 LM298以及PC机;
四、设计
1. 确定总体方案;
2. 画出系统结构图;
3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路, 设计硬件
电路;
4. 设计串口及通信程序, 完成和上位机的通信;
5. 画出程序流程图并编写调试代码, 完成报告;
直流电机调速与控制
摘要: 当今社会, 电动机作为最主要的机电能量转换装置, 其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。
无论是在工农业生产, 交通运输, 国防, 航空航天, 医疗卫生, 商务和办公设备中, 还是在日常生活的家用电器和消费电子产品( 如电冰箱, 空调, DVD等) 中, 都大量使用着各种各样的电动机。
据资料显示, 在所有动力资源中, 百分之九十以上来自电动机。
同样, 中国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。
电动机与人的生活息息相关, 密不可分。
电气时代, 电动机的调速控制一般采用模拟法、 PID控制等, 对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动, 制动, 正反转控制和顺序控制。
这类控制
可经过继电器, 光耦、可编程控制器和开关元件来实现。
还有一类控制叫复杂控制, 是指对电动机的转速, 转角, 转矩, 电压, 电流, 功率等物理量进行控制。
本电机控制系统基于51内核的单片机设计, 采用LM298直流电机驱动器, 利用PWM脉宽调制控制电机, 并经过光耦管测速, 经单片机I/O口定时采样, 最后经过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制, 其中电机的设定速度由电位器经A/D经过输入, 系统的状显示与控制由上位机实现。
经过设计和调试, 本控制系统能实现电机转速较小误差的控制, 系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。
具有一定的实际应用意义。
关键字: 直流电机、反馈控制、 51内核、 PWM脉宽调制、 LM298
一、系统原理及功能概述
1、系统设计原理
本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计, 主要用于电机的测速与转速控制, 硬件方面设计有可调电源模块, 串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路; 软件方面采用基于C语言的编程语言, 能实现系统与上位机的通信, 并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态, 如开启、停止、正反转等。
单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器,
该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令, 同时它还自带2路PWM控制器、 2个定时器、 2个串行口支持独立的波特率发生器、 3路可编程时钟输出、 8路10位AD转换器、一个SPI 接口等, 能非常方便的满足本次电机控制的需求, 其PWM端口用于输出一定频率且脉宽可调的PWM波用于控制电机转速, 单片机自带的A/D端口作为设定速度的模拟信号输入口, 定时器用于串口通信和速度的定时采样以及上位机的定时显示等。
系统的电机驱动单元选择了LM298N大功率驱动芯片, 再利用TLP521光耦合器和整流二极管设计的驱动电路能实现电器隔离与控制, 能提高控制效率和精度极大减少了挠动干扰, 而且能够实现电机的正反装和刹车功能。
系统测速模块基于槽型光耦GK105设计, 将电机的转速转换成不同频率的脉冲信号, 在经过基于LM324的电压比较器和74HC573锁存器进行信号波形的整形, 最后经过检测单片机的I/O口的脉冲实现速度的测量。
1．1直流电机基本工作原理
图1.1直流电机的基本结够图
1．2直流电机调速原理。