直流风扇电机转速测量与PWM控制

1直流电机……………………………………………………………..6.

1.1直流电机的结构 (7)

1.2直流电机的原理 (7)

1.3直流电机的主要技术参数 (8)

1.4直流电机调速技术指标 (9)

2 .单片机的相关知识 (9)

2.1单片机的简介 (9)

2.2单片机的发展史 (9)

2.3单片机的特点 (10)

2.4 AT89C51单片机的介绍 (11)

3. 硬件电路的设计 (13)

3.1 控制电路的设计………………………………………………………….13.

3.2 隔离电路的设计 (14)

3.3驱动电路的设计 (14)

3.4续流电路的设计 (17)

3.5 整个电路原理图 (18)

4. 软件设计

4.1 主程序设计 (18)

4.2 数码显数设计…………………………………………………………….20.

4.3功能程序设计 (20)

5.结束语 (24)

参考文献 (24)

摘要

本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电动机的控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式以及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面的阐述。

为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89S52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示，驱动模块，实现对电动机的转速的显示和测量；由命令输入模块，光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机的正反转控制。在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

1 直流电机

1.1直流电机的结构

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。直流电机的结构如图

1.2 直流电机的工作原理

直流电机模型如图1.2所示，磁极N,S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定着线圈abcd。当线圈流过电流的时候，线圈受到电磁力的作用，产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此通过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。

1.3 直流电机的主要的技术参数

额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。

额定电压Ue：长期运行的最高电压。

额定电流Ie：长期运行的最大电流。

额定转速n：单位时间里面电机转速的快慢。

励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。

1.4直流电机的调速的技术指标

1.4.1 调速范围

调速范围是指最低可控转速到最高可控转速的范围，最低可控转速对最高可控转速的比值，叫电机的调速比。

1.4.2 调速的相对稳定性和静差度

所谓相对稳定性，是指负载转矩在给定的范围里面变化所引起的速度的变化，它决定于机械特性的斜率。

静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落与理想空载转速n0的比值。用百分数表示，即

，在一般的情况下，取额定转矩下的速度落差，有

1.4.3 调速的平滑性

调速的平滑性是在一定的调速范围内，相邻两极速度变化的程度，用平滑系数表示，即

式中和相邻两极，即i级与i-1级的速度

1.4.4 调速时的容许输出

调速时的容许输出是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速的过程中轴能够输出的功率和转矩。

2 单片机的相关知识

2.1单片机的简介

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

2.2 单片机的发展史

2.2.1 4位单片机

1975年，美国德克萨斯公司首次推出4位单片机TMS-1000，此后各个计算机公司竞相推出4位单片机。日本松下公司的MN1400系列。美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。4位单片机的主要的应用的领域有：PC机的输入装置。电池的充电器，运动器材，带液晶显示器的音/视频产品控制器，一般家用电器的控制及遥控器，电子玩具，钟表，计算器，多功能电话等。

2.2.2 8位单片机

1972年，美国Intel公司首先推出8位微处理器8008，并与1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后，8位单片机纷纷面世。例如莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列，摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高，一些高性能的8位单片机相继问世，例如1978年摩托罗拉公司的MC6801。这类单片机的寻址能力达到64KB，片内ROM的容量达4-8KB，片内除带有并行I/O口，甚至还有A/D转换器的功能。8位单片机由于性能强大，被广泛用于自动化装置，智能接口，过程控制等各领域。

2.2.3 16位单片机

1983年以后，集成电路的集成度可达几十万只管/片，各系列16位单片机纷纷面世，这一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司推出了80C96 ，美国半导体公司推出了HPC16040。16位单片机主要用于工业控制，智能仪器仪表等场合。

2.2.4 32位单片机

随着高新技术智能机器人，激光打印机，图像与数据实时处理，复杂实时控制，网络服务器等领域的应用和发展，20世纪80年代末，推出了32位单片机，如摩托罗拉公司的MC683XX系列。32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术的发展和开发成本的降低，将会和8位单片机并驾齐驱。

2.2.5 64位单片机

近年来，64位单片机在引擎控制，智能机器人，磁盘控制，算法密集的实时控制场所已有应用。如英国的Inmos 公司的Transputer T800是高性能的64位单片机

2.3 单片机的特点

1、单片机的特点

（1）高集成度，体积小，高可靠性

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线