基于单片机的直流电机稳速调速系统毕业设计论文.docx

基于单片机的直流电机稳速调速系统毕业设计论文.docx

《基于单片机的直流电机稳速调速系统毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的直流电机稳速调速系统毕业设计论文.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的直流电机稳速调速系统毕业设计论文

2011届毕业生

毕业论文

题目:

基于单片机的直流电机稳速调速系统

院系名称：

信息科学与工程学院

专业班级：

电子信息工程xx级x班

2011年6月3日

摘要

在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用，而直流电机由于其结构的特殊性使它具有良好的启动、制动和调速性能。

直流调速技术已经广泛用于现代工业、航天等各个领域。

随着科学技术的发展，单片机的优点日益显得更加突出，不仅功能大大的增强了和速度更快了，而且更加小型化和低功耗。

基于单片机的直流电机稳速调速系统的设计则能很好的利用单片机的优势从而使系统更加完善。

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IR2112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利用单片机。

关键词：

单片机PWM信号直流电动机

TitleThesteadyspeedcontrolofDCmotorbasedonsingle-chip

Microcomputer

Abstract

Electricmotorshavebeenplayedaveryimportantroleinthelifeandmodernizedproductionintheageofelectric,andDCmotorhasagoodfunctionofstart,brakeandspeedperformancebecauseofitsspecialnatureofthestructureof.DCspeedcontroltechnologyiswidelyusedinmodernindustry,aerospaceandotherfields.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theadvantagesofsingle-chipmicrocomputerincreasinglymoreprominent,notonlythefuctiongreatlyenhancedandspeedfaster,butalsobecomemoreminiaturizationandlowpowerconsumption.ThesystemofspeedcontrolofDCmotorbasedonsingle-chipmicrocomputercantakeadvantageofthesingle-chipmicrocomputertomakethesystemmoreperfect.ThisarticlemainlyintroducesthemethodtogeneratethePWMsignalbyusingMCS-51single-chipcomputertocontrolthespeedofaD.C.motor.ItalsoclarifiestheprinciplesofPWMandthewaytoadjustthedutycycleofPWMsignal.Inaddition,IR2112hasbeenusedasanactuatingdeviceofthepoweramplifiercircuitwhichcontrolsthespeedofrotationofD.C.motor.What’smore,tachogeneratorisusedinthissystemtomeasurethespeedofD.C.motor.TheresultofthemeasurementissenttoA/Dconverterafterpassingthefilteringcircuit,andfinallythefeedbacksingleisstoredinthesingle-chipcomputerandparticipatesinaPIcalculation.Asforthesoftware,thisarticleintroducesindetailtheideaoftheprogrammingandhowtomakeit.

Keywords:

SCMPWMsignalDCmotor

1.绪论

1.1研究背景

在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。

无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常的生活中的家用电器，都存在着大量的电动机。

近年来随着四个现代化的发展，工业自动化的不断提高，各种自动控制系统中日益地广泛的应用各种控制电动机。

电动机的种类有很多，其中可以分为交流电动机和直流电动机。

而电动机的运行方式有恒速运行方式和变速运行方式两种。

恒速主要适用与感应电动机和同步电动机，而变速运行方式则是通过外部附加的装置控制转速的方式。

对电机的控制方式可以分为简单控制和复杂控制两种。

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等。

这类控制可以通过继电器、可编程控制器和开关元件来实现。

复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。

以前，对电动机的简单控制应用的较多，但是，随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流，其应用领域极为广泛。

随着科学技术的发展，特别是近些年的数字技术的快速发展，如微机及单片机的出现使得一些新型的电动机控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）、变频技术在直流调速中获得了广泛的应用。

从目前的发展来分析，基于单片机的直流电机稳速调速系统将得到非常广阔的发展前景。

1.2选题意义及目的

在各类机电设备中，直流电机由于其结构的特殊性使它具有良好的启动、制动和调速性能。

直流调速技术已经广泛用于现代工业、航天等各个领域。

传统的晶闸管直流调速系统，其控制回路基于模拟器件设计的，这使得控制回路的硬件极其复杂，安装调试困难，相对故障率高。

近年来，随着电子技术的发展及其应用技术的进步，单片微型机的高速发展。

外围电路元件专用集成器件的不断出现，使得直流电动机控制技术有了显著进步。

直流电机的控制与调速技术的发展是与控制器件的发展紧密相连的。

数字技术的飞速发展，将计算机与直流电机的控制系统相结合，使得直流电机被广泛的应用在各种领域。

电机是进行电能与机械能交换的机器。

在工业、农业、运输和国防上广泛应用它来拖动工作机械。

目前，国内的小功率直流电机调速中采用的脉冲宽度调速技术已日臻成熟，在中小型功率范围内，它已迅速取代可控硅直流调速系统，使控制装置做到与电机一体化，从而使设备可靠性大大提高，且维护简单。

正是基于对小功率直流电机调速系统的优越性的认识，利用单片机实现对小功率直流电动机进行脉冲宽度调速。

由于控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器（register）、译码器、地址指针DPTR及程序计数器PC（Programcounter）、堆栈指针SP（stackpointer）等。

这里程序计数器PC是由16位（8+8）寄存器构成的计数器。

要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器ROM的某个区域。

单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。

因此，必须有一个电路能找出指令所在的单元地址，该电路就是程序计数器PC。

当单片机开始执行程序时，给PC装入第一条指令所在地址，它每取出一条指令（如为多字节指令，则每取出一个指令字节），PC的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。

只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令，或遇到中断时（后面将介绍），PC才转到所需要的地方去。

8051CPU的PC指定的地址，从ROM相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍变化的电平和时钟，即所谓控制信息，在CPU内部协调寄存器之间的数据传输、运算等操作

由于现代科技日益更新及数字技术的发展，微处理器的出现，采用硬件电路不能胜任的工作都可以用微处理器来实现，采用微处理器控制时主要有以下一些优点：

（1）可以对一台电动机进行单独控制，也可以根据微机的指令对电动机系统进行控制。

（2）硬件不能胜任的功能，采用软件就能简单的实现。

（3）电路简单，可实现较复杂的控制。

采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可以通过软件实现，并且微处理器有更强的逻辑功能，运算速度快、精确度高、有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制。

（4）灵活性和适应性。

微处理器的控制方式是有软件完成的。

如果需要修改控制定律，一般不必改变系统的硬件电路，只需修改程序即可。

在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。

（5）可以根据现代控制理论进行最适应控制。

（6）无零点漂移，控制精度高。

数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。

无论被控制量的大或小，都可以保证足够的控制精度。

（7）出现故障时，数据可存入计算机，以便分析故障原因。

（8）可以提供人机界面，多级联网工作。

现在的大多采用单片机作为电动机的控制器，实际上可作为电动机控制器的元件还有很多，例如工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。

工业控制计算机可谓功能最强大，他有极高的速度、强大的运算能力和接口功能、方便的软件环境；但由于成本高、体积大，所以只是用于大型控制系统。

可编程控制器则正好相反，它只能完成逻辑判断、定时、计数和简单的运算。

由于功能太弱，所以他只能用于简单的电动机控制。

单片机它介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它具有较强的控制功能、低廉的成本。

并且随着科学技术的发展，单片机的优点就日益显得更加突出了，不仅功能大大的增强了和速度跟快了，而且更加小型化和低功耗。

基于单片机的直流电机稳速调速控制系统的设计则能很好的利用单片机的优势从而使系统更加完善。

正因为单片机控制系统的优势使得我们对其研究更加的深入，它将对我们科学的发展起到积极的促进作用。

1.3研究方法及内容

本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。

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最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。

由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。

本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。

文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后