小型直流电机控制器的设计

辽宁工业大学

单片机原理及接口技术课程设计（论文）题目：小型直流电机控制器的设计

院（系）：电气工程学院

专业班级： xxxxxxxxxxx

学号： xxxxxxxxxx

学生姓名： xxxxxxx

指导教师：（签字）

起止时间：2016.6.6-2016.6.17

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

学 号 学生姓名 专业班级

课程设计（论文）题目

小型直流电机控制器的设计

课

程设计（论文）任务 课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数 实现功能

小型直流电机控制器可以通过按键设置参数，实现电机的启动、加速、减速、急停、 恒速等功能。硬件设计包括CPU 选型、最小系统电路、电机驱动电路、按键电路、显示。

设计任务及要求

1、确定设计方案，画出方案框图。

2、进行硬件电路的设计，包括元器件选择，绘制原理图。

3、进行实物的制作。

4、绘出程序流程图，并编写完整程序。

5、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。

6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。 技术参数

1、电机参数：5~12V 可选，工作电流500mA 以下； 进

度计划

1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（2天）

2、系统硬件设计及实物制作（3天）

3、系统软件设计及编写功能程序及调试（3天）

4、撰写、打印设计说明书（1天）

5、验收及答辩。（1天）

指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩：

总成绩： 指导教师签字： 年 月 日

摘要

在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用到电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。因此电机控制器已成为生产中必不可少的设备。

本设计以STC12C5A60S2单片机为核心，可以通过按键设置参数，实现电机的启动、加速、减速、急停、恒速等功能。在设计中采用PWM技术和PID控制技术通过电机驱动对电机进行控制，并且利用LCD显示屏设计的人机界面系统显示转速的设定值及实际值等参数，通过应用PID算法对占空比的计算达到精确调速的目的。还利用了VB编程软件编写了一个简单的上位机软件，显示实际转速的变化情况的波形图，对实物的PID 参数的整定提供依据。

本设计的小型直流机控制器由于采用微机处理器和数字PID算法具有稳定性好，可靠性高，结构简单，可以提高控制性能。

关键词：单片机；电机控制器；PID控制；PWM调速

目录

第1章绪论 (1)

第2章课程设计的方案 (2)

2.1概述 (2)

2.2系统组成总体结构 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1单片机最小系统设计 (3)

3.2驱动电路的设计 (4)

3.3显示电路的设计 (6)

3.4测速电路的设计 (7)

3.5按键电路的设计 (7)

3.6串口通信电路的设计 (8)

3.7电源电路设计 (9)

3.8总体电路图 (9)

第4章软件设计 (10)

4.1主程序 (10)

4.2PWM调速实现 (11)

4.3PID算法实现 (12)

4.4串口通信上位机实现 (14)

第5章系统调试与分析 (16)

第6章课程设计总结 (19)

参考文献 (20)

附录I (21)

附录Ⅱ (22)

第1章绪论

近年来，随着技术的发展和进步，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心单片机，正朝着多功能、多选择、低功耗、低价格等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。

对于直流电机的控制器设计，早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。

对于简单的微处理器控制电机，只需利用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。