直流电机测速系统

课程设计报告书

题目直流电机测速系统学院自动化学院

班级自动0702

姓名XX

目录

摘要 (03)

关键字 (03)

1 前言 (04)

2 系统设计 (05)

2.1直流电机调速原理................................（05 2.2电动机测速原理.. (07)

2.3电机转速控制系统软件设计.... . (09)

2.4 系统软件仿真图 (10)

3 心得体会 (11)

参考文献 (15)

·摘要

在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。

本文设计了直流电机测速系统的基本方案，阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。本系统采用PWM 测量电动机的转速，用MCS-51单片机对直流电机的转速进行控制。本设计主要研究直流电机的控制和测量方法，从而对电机的控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。

·关键词：直流电机单片机 PWM 转速控制

1.前言

一．题目要求

设计题目：直流电动机测速系统设计

描述：利用单片机设计直流电机测速系统

具体要求：8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。

元件：STC89C52、晶振（12MHz）、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等

二．组内分工

（1）负责软件编写设计：主要由完成

（2）负责软件仿真及调试：主要由完成

（3）负责电路焊接：主要由完成

（4）撰写报告：主要由完成

2. 系统设计

（1） 直流电机调速原理

本设计的主要思想为利用PWM 控制占空比从而达到改变电机速度。下面为PWM 控制原理；

图1为PWM 降压斩波器的原理电路及输出电压波形。在图1a 中，假定晶体 管V 1先导通T 1，秒(忽略V 1的管压降，这期间电源电压Ud 全部加到电枢上)，然

后关断T 2秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波形如图1b 中

所示。电动机电枢端电压Ua 为其平均值。

图1 PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形

a) 原理图 b)输出电压波形

1112a d d d T T U U U U T T T

α===+ (3) 式(3)中

1112T T T T T

α==+ （4）

α为一个周期T 中，晶体管V1导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种方法中的任何一种，都可以改变α的值，从而达到调压的目的：

(1)定宽调频法：T1保持一定，使T2在0～∞范围内变化；

(2)调宽调频法：T2保持一定，使T1在0～∞范围内变化

(3)定频调宽法：T1+T2=T 保持一定，使T ，在0～T 范围内变化。

不管哪种方法，α的变化范围均为0≤α≤l ，因而电枢电压平均值Ua 的调节范围为0～Ud ，均为正值，即电动机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。当需要电动机在正、反向两个方向调速运转，即可逆调速时，就要使用图1—2a 所示的桥式(或称H 型)降压斩波电路。

在图2a 中，晶体管V 1、V 4是同时导通同时关断的，V 2、V 3也是同时导通

同时关断的，但V 1与V 2、V 3与V 4都不允许同时导通，否则电源Ud 直通短路。设

V 1、V 4先同时导通T1秒后同时关断，间隔一定时间(为避免电源直通短路。该间

隔时间称为死区时问)之后，再使V 2、V 3同时导通T2秒后同时关断，如此反复，

则电动机电枢端电压波形如图2b 所示。

图2 桥式PWM 降压斩波器原理电路及输出电压波形

a)原理图 b)输出电压波形

电动机电枢端电压的平均值为

12112(21)(21)a d d d T T T U U U U T T T

α-==-=-+ (4) 由于0≤α≤1，Ua 值的范围是 -Ud ～+Ud ，因而电动机可以在正、反两个方向调速运转。

图3给出了两种PWM 斩波电路的电枢电压平均值的特性曲线()a U f α=。

图3两种斩波器的输出电压特性

（2）直流电动机测速原理

电机的叶轮置于红外对射管之间，叶轮转过，挡住传感器，产生中断，给单片机，从而实现计数，进而计算出电机的速度。

(3)电机转速控制系统软件设计

程序用C语言编写如下：

#include

unsigned char code TABLE[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};

void display();

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

sbit output = P3^7; //P3^7接ULN2003

sbit key1 = P3^3;

int frq,speed;

char pwm;

int i=100;

uchar a;

uint frq1,c;

void display();

/*系统初始化*/

void initial(void)

{

TMOD = 0x20; //设置定时器0在工作方式2下EA = 1; //开中断

EX0 = 1; //外部中断0使能

ET1 = 1; //定时器1使能

IT0 = 1; //外部中断0下降沿触发

IT1 = 1; //外部中断1下降沿触发

TH0 = 56; //装载计数值

TL0 = 56;

TH1 = 56; //装载计数值

TL1 = 56;

TR1=1;

}

/*延时程序*/

void delay(unsigned int k)

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j<121;j++){;}

}

}

void display()

{

uchar qian,bai,shi,ge;

qian=0;

bai=0;

shi=0;

ge=0;

c=frq1;

qian=c/1000;

bai=c/100%10;

shi=c/10%10;

ge=c%10;

P1=0X01;

P2=TABLE[qian];

delay(5);