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基于单片机的直流电机控制系统设计

1.引言

1.1 概况

在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起、制动性能，宜于在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在电动机的控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛，例如：军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制；工业方面的数控机床、工业机器人、印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真机、复印机、扫描仪等的控制；音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、空调等的控制。

随着电力电子技术的发展，开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；近年来，微型计算机技术发展速度飞快，以计算机为主导的信息技术作为一崭新的生产力，正向社会的各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。

1.2 设计目的和意义

本设计以AT89C51单片机为核心，系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构,以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM

技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。

本文介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制（PWM）控制原理和H桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，利用PROTEUS软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。

2.直流电机控制系统概述

2.1 直流电机的工作原理

直流电动机，多年来一直用作基本的换能器。绝大多数的直流电动机都是由电磁力形成一种方向不变的转矩而实现连续的旋转运动的。图2-1为直流电机的物理模型图，其中，固定部分（定子）由磁铁（称为主磁极）和电刷组成；转动部分（转子）由环形铁心和绕在环形铁心上的绕组组成，定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和B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，电枢线圈通过换向器和电刷与外电路接通。

图2.1直流电机的物理模型图

直流电动机的工作原理如图2-2所示。给两个电刷加上直流电源，如图2-2(a)所示，有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动；如果转子转到图2-2(b)所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，直流电流从电刷A 流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向，这就保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方向，这样的结构，就可使电动机连续旋转。

图2.2直流电机原理图

2.2 直流电机的调速方法

采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同的是，晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。

2.3 H桥电机驱动电路

采用PWM进行直流电机调速，其实就是把波形作用于电机驱动电路的使用端，因此有必要对电机驱动电路进行介绍。

图2.3 H桥式电机驱动电路

上图所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（上图及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图）。电路中，H 桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至

左流过电机，从而控制电机的转向。

图2.4 H桥式驱动电机顺时针转动

如上图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。

图2.5 H桥式驱动电机逆时针转动

3.方案论证和选择

型，额定功率1.1KW，额定电压220V，额本次设计选用的电动机型号Z

2-32

定电流6.58A,额定转速1000r/min, 励磁电压220V,运转方式连续。

3.1 稳压电源的选择

稳压电源的设计可以通过几种方法实现，根据具体的设计要求，通过比较论证确定采用以下方案：采用模拟的分立元件，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出+5V、±12V、+24V并能可调输出 1.2～24

电压。如图1.1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响很大，因此所设计的指标不高，而且使用的器件较多，连接复杂，体积较大，供耗也大，给焊接带来了麻烦，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度也受到影响。

图3.1 直流稳压电源基本组成框图

由上可知，该方案是利用纯硬件来实现其功能的，采用软硬件结合来实现的。成本低，性价比高；但是方案的稳定性和精度不高，设计人员可以充分利用VHDL 硬件描述语言方便的编程，提高开发效率，缩短研发周期,易于进行功能的扩展，实现方法灵活，调试方便，修改容易。但考虑到稳压电源的实用性，虽然方案的精度和稳定度不及用FPGA 来实现的精度和稳定度高,但是用于做稳压电源已足够了。

3.2 电机调速控制模块

采用由三极管组成的H 型PWM 电路。用单片机控制三极管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。该方案调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此采用该方案。 3.3 PWM 调速工作方式

调速方式有双极性跟单极性两种，本设计采用单极性工作制，因为单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM 信号，两口的输出切换和对PWM 的占空比调节决定电动机的转向和转速。

变

压器

整流电路

滤波电路

稳压电路

输入~220V

U1 U2

U0 +5v +12v +24v

-12v

3.4 PWM 调脉宽方式

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；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。 3.5 PWM 软件实现方式

采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us 。

4. 系统硬件电路设计

硬件电路设计框图如下图所示，硬件电路结构初步设想由以下4部分组成：时钟电路、复位电路、单片机、驱动电路。驱动电路部分采用了以GTR 为可控开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。控制部分采用汇编语言编程控制，AT89C51芯片的定时器产生PWM 脉冲波形，通过调节波形的宽度来控制H 电路中的GTR 通断时间，便能够实现对电机速度的控制。

根据硬件系统电路设计框图，对各部分模块的原理进行分析，编写个子模块程序，最终将其组合。

图4.1硬件系统电路设计框图

4.1 稳压电源电路

电池放电时内阻稳定的增大，电压则稳定的减小，而且接上大功率的负载时电压会瞬时降低，不能用于提供固定的电压，对于各种IC 芯片需要的稳定电压，需要专门的稳压器件，或者稳压电路，基本的稳压器有两种：线性（LDO ）和开关（DCDC ），其中前者只能降压使用，而前者还可以升压使用而且效率很高。

复位电路

单

片机

时钟电路输入电路

驱动电路

控制芯片89C51的标准供电电压是5V ，可以选择使用线性电压调整芯片稳压，如：

7805：最大输出电流 1.5A ，内部过热保护，内部短路电流限制，典型输入电压7～20V ，输出电压4.9~5.1V ，静态电流典型值4.2mA ，压差（输出与输入的差）至少2V 。

LM317（电压可调）：输出电流可达1.5A ，输出电压1.2V~37V ，内部过热保护等。

选用7805，一方面简单；另一方面比较常用且比较便宜。

LM78系列是美国国家半导体公司的固定输出三端正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串联集成稳压器。内置过热保护电路，无需外部器件，输出晶体管安全范围保护，内置短路电流限制电路。对于滤波电容的选择，需要注意整流管的压降。

稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成， a.整流和滤波电路：整流作用是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。

b.稳压电路：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压。

G N D

7805BR1

2W005G

330uf

0.1uf

1uf

AC1TR1

TRANSFORMER

VCC

330uf

1N4007

VCC

V=5.00442

图4.2稳压电源电路

三端集成稳压器LM7805正常工作时，输入、输出电压差2～3V 。C1为输入稳定电容，其作用是减小纹波、消振、抑制高频和脉冲干扰，C1一般为0.1~0.47μf 。C2为输出稳定电容，其作用是改善负载的瞬态响应，C2一般为1μF 。使用三端稳压器时注意一定要加散热器，否则是不能工作到额定电流。二极管IN4007用来卸掉C2上的储存电能，防止反向击穿LM7805。查相关资料该

芯片的最大承受电流为0.1A，因此输入端必须界限流电阻R1，R1=(12*0.9-5)/0.1=58Ω，取近似值，选用70Ω的电阻。

4.2 时钟电路

电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30pF左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振荡器的频率高低，振荡器的稳定性和起振的快速性，晶振的频率越高则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也越快。

XTAL1

XTAL2

图4.3时钟电路

本设计采用频率为12MHZ，微调电容C1和C2为30pF的内部时钟方式，电容为瓷片电容。判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18，19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地电压约为2.24V，19脚对地电压约为2.09V。

4.3 复位电路

复位是单片机的初始化操作，其主要作用是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作失误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。

RESET

图4.4 复位电路

单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），正因为这样，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，这是单片机的上电复位，也叫初始化复位。当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作，这是手动复位原理。

该电路采用按键手动复位。按键手动复位为电平方式。对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和+5V连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题，其中电平复位是通过RET端经电阻与电源VCC接通而实现的，当时钟频率适用于12MHZ时，C取100uF，R取10K，为保证可靠复位，在初识化程序中应安排一定的延迟时间。

4.4 信号输入电路

独立式按键就是各按键相互独立，每个按键各接入一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活，软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线，在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。

消除键抖动。一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳，需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。若在簧片抖动时进行扫描就可能得出不正确的结果。因此，在程序中要考虑防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时，等待（延迟）一段时间再进行“行扫描”，延迟时间

为10～20ms 。这可通过调用子程序来解决，当系统中有显示子程序时，调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。

k1k2k3k4

XTAL2

XTAL1

ALE 30EA

PSEN 29RST

P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.7

P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD

P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427启停

加速

减速

方向

图4.5控制输入电路

本文采用查询工作方式，即直接在主程序中插入键盘检测子程序，主程序每执行一次则键盘检测子程序被执行一次，对键盘进行检测一次，如果把没有键按下，则跳过键识别，直接执行主程序；如果有键按下，则通过键盘扫描子程序识别按键，得到按键的编码值，然后根据编码值进行相应的处理，处理完后再回到主程序执行。

4.5电机PWM 驱动模块的电路 4.

5.1 PWM 驱动电路介绍

P2.6

P2.7

图4.6 电机PWM 驱动模块的电路

本电路采用的是以大功率GTR 为开关元件、H 桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。如图2所示。图中，四只GTR 分为两组，VT1和VT4为一组，VT2和VT3为另一组。同一组中的两只GTR 同时导通，同时关断，且两组晶体管之间可以是交替的导通和关断。

GTR 是一种双极性大功率高反压晶体管，它大多用作功率开关使用，而且 GTR 是一种具有自关断能力的全控型电力半导体器件，这一特性可以使各类变流电路的控制更加方便和灵活，线路结构大为简化。

在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。经实验发现，脉冲频率在40Hz 以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在10Hz 以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在15Hz-30Hz 时效果最佳。而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。通过P2.6输入信号，P2.7输入低电平与P2.6输入低电平，P2.7输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。通过对信号占空比的调整来对车速进行调节。速度微调方面，可以通过对占空比跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。

利用孤立元件搭建的H 桥电路一个缺点就是击穿，即Q1和Q2同时导通，或者Q3和Q4同时导通。选择使用芯片可减少这一状况。常用的电机H 桥驱动芯片有：TA7291S 、NJU7382 、L297、L298。

本设计要求采用芯片 L298 作为电机驱动芯片。L298 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。

4.5.2 L298芯片简介

L298芯片封装有两种，具体如下：

本设计采用第二种L298N，利用该芯片可以驱动2 个直流电机，根据本系统的情况，这里只用来驱动1 个电机。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接两个电机，5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转。L298的逻辑功能如下表：

表4—1 L298的逻辑功能表

ENA(B) IN1(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况

H H L 正转

H L H 反转

H 同IN2(IN4) 同IN1(IN3) 快速停止

L X X 停止

5.系统的软件设计

通过键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P2.6与P2.7其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出高电平，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。

5.1 编程设计

软件主要由3部分组成：主程序、键盘扫描程序、中断处理程序。

主程序流程图如下：

其他

Key= =10

key= =12

Key= =11

图5.1主程序流程图

键值寄存器key 地址01H ，复位值00H ，key 表示被压按键的键值，当key=0表示没有键被按压。闪烁寄存器地址0CH ，复位值0111B ，高四位表示闪烁时亮的时间，低四位表示闪烁时灭的时间，改变其值同时也改变了闪烁频率，也能改变两和灭的占空比。设置key=0到13这14个值，0到9为数值键，用于输入转速。10，11，12用于控制正转，反转，和停止，13键为确认键。

6. 单片机系统综合调试

开始

读取键盘值key

正转

反转

停止

输入转速

是否按键为13

查表输出一定占空比的PWM 波

显示转速

6.1 PROTEUS 设计与仿真平台

Proteus 软件是Labcenter Electronics 公司的一款电路设计与仿真软件，是一个完整的嵌入式系统软、硬件设计仿真平台，包括ISIS 、ARES 等软件模块，ARES 模块主要用来完成PCB 的设计，而ISIS 模块用来完成电路原理图的布图与仿真。Proteus 的软件仿真基于处理器虚拟系统仿真模型VSM ，是目前最好的模拟单片机外围器件的工具，它与其他软件最大的不同也是最大的优势就在于它能仿真大量的单片机芯片，比如MCS-51系列、AVR 、PIC 系列等常用的MCU ，以及单片机外围电路，比如LCD ，RAM ，ROM ，键盘，马达，LED ，AD/DA 等。通过Proteus 软件的使用我们能够轻易地获得一个功能齐全、实用方便的单片机实验室。 6.2 仿真结果与分析启动仿真后，初始状态

NOT

+12V

PN4141

PN4143

PN4141

图6.1上电状态

按下启停按钮。电机顺时针方向转动，Q5一端固定为低电平，Q6一端为变化的PWM 信号，控制电机转速。倘若此时按方向按钮，电机逆时针转动，如图6.3所示，此时，Q6一端固定为低电平，Q5一端为变化的PWM 信号，控制电机转速。倘若此时按启停按钮，电机停止转动，回到图6.1状态。

NOT

+12V

PN4141

PN4143

PN4141

图6.2 启动状态（电机顺时针转动）

NOT

+12V

PN4141

PN4143

PN4141

图6.3 启动状态（电机逆时针转动）

在图6.2 电机顺时针转动状态下，对单片机P3.7端口的PWM 波形做了粗略测量，按动多次减速键后，当COT0=0AH ＝10后，减速档位到达最高，不再减速，相当于速度1档。示波器显示如图6.4。

图6.4减速后P3.7波形（COT0=10）

同理，按动多次加速键后，当COT1=0AH＝10后，加速档位到达最高，不再加速，相当于速度11档。示波器显示如图6.5。

图6.5 加速后P3.7波形（COT1=10）

结合KeilC中的不同时期的定时器计数初值，如附录C所示。比较发现：

表6-1 KeilC中定时器计数初值比较

速度P3.7=0计数初值P3.7=1计数初值总计数值占空比

1档8EC0H（32496）86F2H(34290) 66789 51.34%

6档8AD8H(32504) 8ADAH(32506) 65010 50%

11档86F0H(34288) 8EC2H(32498) 66789 48.66%

7.结束语

在几个月的学习中，通过查阅相关资料了解了直流调速系统，加深了对直流电机调速控制系统的认识，熟悉了单片机在控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上，利用已有的直流调速系统设计，尝试了自己的一些研究。并且，使我将原来所学的知识系统化，理论化，实用化。对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。

本设计基本上达到了设计目的。实现通过单片机对直流电机的控制，通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了直流电机调速运行的可靠性。

本设计在硬件上采用了基于PWM技术的H型桥式驱动电路，解决了电机马驱动的效率问题，在软件上也采用较为合理的系统结构及算法，提高了单片机的使用效率，且具有一定的防飞能力。但该设计也有不足之处，主要是在关于速度的反馈上，首先，速度的变化范围较小，其次无法提供较为直观的速度表示方式，因此，有必要引入传感器技术对速度进行反馈，以rpm或rps表达当前的转速进行显示。

通过本次设计，我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时锻炼了自己独立完成任务的能力，并掌握了很多软件、硬件开发方面的知识。另外，我还认识到无论做什么工作，都需要踏实，勤奋，严谨的态度，这对我以后的工作将会产生深远的影响。同时，也培养了自己认真的科学态度和严谨的工作作风，为将来能更好的适应工作岗位打下了良好的基础。

当然，本次设计还存在一些不足之处，例如：界面设计不够人性化，不能实现远程监控功能等。另外，由于实际条件的限制，本设计不能进行现场调试和试运行都是无法完成的。若以后条件允许，可以对以上设计进行进一步完善。

参考文献

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【4】王力虎，李红波.PC控制及接口程序设计实例.科学出版社，2004

【5】孟庆涛.图解电子控制电路[M].北京：人民邮电出版社，2006

【6】谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2006

【7】周润景.基于PROTEUS 的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京：北京航空航天出版社，2006

【8】李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京:北京航空航天出版社，2004

附录

附录A 程序清单

;伪定义:

HDIAN0 EQU 30H ;高电平延迟时间存储单元LDIAN0 EQU 31H

HDIAN1 EQU 32H ;低电平延迟时间存储单元LDIAN1 EQU 33H

COT0 EQU 34H ;速度档位A(减速用) COT1 EQU 35H ;速度档位B(加速用) WAY EQU 36H ;电机转动方式

DJ0 EQU P2.6 ;电机控制端A

DJ EQU P2.7 ;电机控制端B

K1 EQU P1.0 ;启动，停止

K2 EQU P1.1 ;加速

K3 EQU P1.2 ;减速

K4 EQU P1.3 ;方向控制

;主程序和中断程序入口

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H

LJMP XINT0

ORG 000BH

LJMP IN0

ORG 0100H

;初始化程序

MAIN:

MOV SP, #6FH

SETB F0

MOV WAY,#00H ;正转

MOV COT0,#5 ;变化量

PWM控制直流电机的系统的设计

电力电子与电机拖动综合课程设计题目： PWM控制直流电机的系统专业： 05自动化学号： 200510320219 姓名：张建华完成日期：指导教师：李晓高

电力电子与电机拖动综合课程设计任务书班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日年月日

1 引言直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器

一种无刷直流电动机控制系统设计

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一种无刷直流电动机控制系统设计摘要：介绍了MOTORALA公司专门用于无刷直流电机控制的芯片MC33035和 MC33039的特点及其工作原理，系统设计分为控制电路与功率驱动电路两大部分，控制电路以MC33035/33039为核心，接收反馈的位置信号，与速度给定量合成，判断通电绕组并给出开关信号。在驱动电路设计中，采用三相Y联结全控电路，使用六支高速MOSFET 开关管组成。通过实验，电机运行稳定。关键词：无刷直流电机;MC33035/33039;控制电路;驱动电路 Design of control system for Brushless DC Motors SUN GuanQun;SHI Ming;TONG LinYi;XU YiPing Abstract:It introduces the MOTORALA company used for the characteristics o f the chip MC33035 and MC33039 which control the brushless direct curren t motor exclusively and its work principle. The system design divides into tw o major parts: the control circuit and the power driver circuit, the control circ uit take MC33035/33039 as the core, receive feedback position signal, with th e speed to the quota synthesis, the judgment circular telegram winding and p roduces the switching signal. In the actuation circuit design, uses the three-p hase Y joint all to control the electric circuit, uses six high speed MOSFET swit ching valve to compose. Through the experiment, the electric motor moveme nt stable is reliable. Keywords:Brushless DC motor;MC33035/33039;control circuit;drive circuit 1.引言永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成,由于没有励磁装置,效率高、结构简单、工作特性优良,而且具有体积更小、可靠性更高、控制更容易、应用范围更广泛、制造维护更方便等优点,使无刷电机的研究具有重大意义。本系统设计是利用调压调速，根据调整供电PWM电源的占空比进而调整电压的方式实现。本设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33035，它能够对霍尔传感器检测出的位置信号进行译码,它本身更具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 组成的系统所需外围电路简单，设计者不必因为采用分立元件组成庞大的模拟电路,使得系统的设计、调试相当复杂,而且要占用很大面积的电路板。 MC33035和MC33039这两种集成芯片也可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。

课程设计实验报告-直流电机测速 (1)

直流电机测速摘要设计一种直流电机调速系统，以STC89C52 为控制核心，通过ULN2003 驱动电机，使用ST151 测量转速，实现了按键输入、电机驱动、转速控制、转速显示等功能。关键词：直流电机, 80C51, ULN2003, 转速控制

第一章题目描述直流小电机调速系统：采用单片机、ul n2003 为主要器件，设计直流电机调速系统，实现电机速度开环可调。要求：1、电机速度分30r /m、60r /m、100r /m共3 档；2、通过按选择速度； 3、检测并显示各档速度。所需器件：实验板（中号）、直流电机、STC89C52、电容（30pFⅹ2、10uF ⅹ2）、数码管（共阳、四位一体）、晶振（12M H z ）、小按键（4 个）、ST151、电阻、发光二极管等。第二章方案论述按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案：用户通过键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令后改变输出的 PW M波，最终在 U LN2003 的驱动下电机转速发生改

变。通过 ST151 传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0 作为计数器，计数ST151 产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。第三章硬件部分设计系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Pr ot eus Pr o 7. 5 进行硬件仿真实现。 1. 时钟电路系统采用12M 晶振与两个30pF 电容组成震荡电路，接STC89C52 的 XTAL1 与 XTAL2 引脚，为微控制器提供时钟源 2. 按键电路

直流电机驱动电路设计

直流电机驱动电路设计一、直流电机驱动电路的设计目标在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点： 1. 功能：电机是单向还是双向转动？需不需要调速？对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM（脉冲宽度调制）调速。 2. 性能：对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。 1）输出电流和电压范围，它决定着电路能驱动多大功率的电机。 2）效率，高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通（H桥或推挽电路可能出现的一个问题，即两个功率器件同时导通使电源短路）入手。 3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。 4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染；大的电流可能导致地线电位浮动。 5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。二、三极管-电阻作栅极驱动

1．输入与电平转换部分：输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。 2．栅极驱动部分：后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约 1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效

直流电机控制系统设计

XX大学课程设计（论文）题目直流电机控制系统设计班级学号学生姓名指导教师

沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级学号姓名课程设计题目直流电机控制系统设计课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日课程设计的内容及要求： 1.内容利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求（1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。（2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。（3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。（4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。（5）完成系统硬件电路的设计。（6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。指导教师年月日负责教师年月日

学生签字年月日目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)

基于无刷直流电机控制系统设计与实现

基于无刷直流电机控制系统设计与实现发表时间：2017-10-20T11:19:09.350Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：樊圣至[导读] 为了摆脱此系统对进口技术的依赖性，应深入研究其控制系统，提升设计水平，从而实现煤矿开采的自动化。交通运输部东海第一救助飞行队摘要：无刷直流电机具备体积小、效率高以及控制精度高等优势，且在多个领域得到了广泛使用。但在部分控制系统中，外加干扰以及参数摄动等因素干扰了系统的动静态性，基于此，本文在分析无刷直流电机结构与运行原理的基础上，指出了其软硬件方面的优化控制措施，以期为此后无刷直流电机控制系统的设计工作提供更多的参考依据。关键词：无刷直流电机；控制系统；设计与实现 1 无刷直流电机结构电机本体、位置测算结构、电子换相逻辑等均属于无刷直流电机的组成结构，且其与永磁同步电机较为相似。相较直流电机，无刷直流电机旋转的转子为磁极，而直流电机为绕组。且定子主要由电枢绕组、定子铁芯以及其他固定部件组成，电枢绕组一般采用三相Y型绕法，而转子磁极则采用稀土永磁钢片组成，安装在转子表面。 2 无刷直流电机软硬件设计2.1系统硬件部分 2.1.1系统硬件结构系统硬件主要包括整流电路、开关电源电路、控制芯片、信号隔离电路、调试电路、逆变功率电路以及电流电压检测与保护电路等，其具体结构如下图1所示。图1 无刷直流电机控制系统硬件结构组成图其中键盘控制系统信息，比如完成启动、停机、速度给定以及系统参数的在线修改等工作。系统交流电源通过整流桥获得直流电源，并供给全桥逆变以及开关电源电路。而开关电源电路则为系统提供24V以及5V的直流电源，电压检测电路通过模数转换获得电压时值，通过母线电压的监控实行过压保护动作，而主控芯片则通过判断输入信息进行控制命令。 2.1.2电源部分分路整个系统能量的主要来源便是电源，且其呈现出交流、直流以及交流的变化过程，整个电路被分为强电与弱电两个组成部分，且单相220伏的交流电在整合后会形成310伏的直流电，为逆变电路以及开关电路提供能量。首先是整流电路，包括单相全桥不可控整流电路以及电容充电电流限制电路两个组成部分，当电机功率为1.5kW时，控制器的输出能力设定为2.2kW，且上电瞬间直流电源对电容充电，断开继电器，且电流在经过电阻的过程中得到缓冲。其次是电源电路，主要由变压器、IC1以及MC7085等部分组成，其中IC1为电源的专门控制面板。且开关电源处于电压工作模式，IC1通过电压反馈调整PWM的输出功率，从而维持电源电压的稳定运行。最后是芯片电源电路，主要采用主控芯片为3.3伏的工作电平。 2.1.3主控芯片以及周边电路研究中采用适合电机控制领域的32位Cortex -M3核的单片机，可以达到较高的运算效率，且其时钟频率为72赫兹，具备丰富的外设资源。在设计管脚分配以及附属电路时应在参考专业手册的基础上进行，第一，对于引脚60的外接电路，芯片应处于下载设置状态，且系统完成后还应焊接0欧姆的电阻，以保持引脚的低电平状态。第二，对于晶振电路应采用8M外部晶体的振荡器，且电源与大地之间连接电容，以排除电源的耦合干扰。第三，PWM信号输出控制电路，应采用安全性较强的芯片，且在芯片输出后以及光电隔离之前设置74ACT244以有效控制信号的总输出。第四，键盘系统属于独立通信模块，设计时应按照协议要求编写通讯软件即可使用。 2.1.4功率器元件以及驱动电路GTO、MOSFET、GTR、IGBT以及IPM等均属于常用的功率开关元件，且设计期间，应根据元件管件的耐压程度、最大开关频率等因素进行选择。本次研究中，电机控制要求较高的开关频率；较小的导通阻抗以及较小的驱动功率，因此可以选择MOSFET、IPM以及IGBT。比较发现，IGBT具备大电流以及低导通阻抗的特点，可以保持开关频率；而IPM则在内部集成了过高电压、过大电流以及高温的检测系统，且可以在引脚处输出故障信号，降低了系统的损害率。但考虑到此次研究的试验性质，因此应选择IGBT的分立元件组建全桥逆变电路，并确定1200伏的耐压与25安的额定电流，上升时间为50毫秒。 2.1.5模拟量采集与故障电路

课程设计报告直流电机调速系统(单片机)

专业课程设计题目三直流电动机测速系统设计院系：专业班级：小组成员：指导教师：日期：

前言 1.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 2.组内分工（1）负责软件及仿真调试：主要由完成（2）负责电路焊接：主要由完成（3）撰写报告：主要由完成 3.总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动数码管显示按键控制

一、转速测量方法转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。

基于51单片机系统设计

基于51单片机的多路温度采集控制系统设计言：随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集控制系统的设计与研究有十分重要的意义。本次设计的目的在于学习基于51单片机的多路温度采集控制系统设计的基本流程。本设计采用单片机作为数据处理与控制单元，为了进行数据处理，单片机控制数字温度传感器，把温度信号通过单总线从数字温度传感器传递到单片机上。单片机数据处理之后，发出控制信息改变报警和控制执行模块的状态，同时将当前温度信息发送到LED进行显示。本系统可以实现多路温度信号采集与显示，可以使用按键来设置温度限定值，通过进行温度数据的运算处理，发出控制信号达到控制蜂鸣器和继电器的目的。我所采用的控制芯片为AT89c51，此芯片功能较为强大，能够满足设计要求。通过对电路的设计，对芯片的外围扩展，来达到对某一车间温度的控制和调节功能。关键词：温度多路温度采集驱动电路正文： 1、温度控制器电路设计本电路由89C51单片机温度传感器、模数转换器ADC0809、窜入并出移位寄存器74LS164、数码管、和LED显示电路等组成。由热敏电阻温度传感器测量环境温度，将其电压值送入ADC0809的IN0通道进行模数转换，转换所得的数字量由数据端D7-D0输出到89C51的P0口，经软件处理后将测量的温度值经单片机的RXD端窜行输出到74LS164，经74LS164 窜并转换后，输出到数码管的7个显示段，用数字形式显示出当前的温度值。89C51的P2.0、P2.1、P2.2分别接入ADC0809通道地址选择端A、B、C，因此ADC0809的IN0通道的地址为F0FFH。输出驱动控制信号由p1.0输出，4个LED为状态指示，其中，LED1为输出驱动指示，LED2为温度正常指示，LED3为高于上限温度指示，LED4为低于下限温度指示。当温度高于上限温度值时，有p1.0输出驱动信号，驱动外设电路工作，同时LED1亮、LED2灭、LED3亮、LED4灭。外设电路工作后，温度下降，当温度降到正常温度后，LED1亮、LED2亮、LED3灭、LED4灭。温度继续下降，当温度降到下限温度值时，p1.0信号停止输出，外设电路停止工作，同时LED1灭、LED2灭、LED3灭、LED4亮。当外设电路停止工作后，温度开始上升，接着进行下一工作周期。 2、温度控制器程序设计本软件系统有1个主程序，6个子程序组成。6个子程序为定时/计数器0中断服务程序、温度采集及模数转换子程序ADCON、温度计算子程序CALCU、驱动控制子程序DRVCON、十进制转换子程序METRICCON 及数码管显示子程序DISP。（1）主程序主程序进行系统初始化操作，主要是进行定时/计数器的初始化。（2）定时/计数器0中断服务程序应用定时计数器0中断的目的是进行定时采样，消除数码管温度显示的闪烁现象，用户可以根据实际环境温度变化率进行采样时间调整。每当定时时间到，调用温度采集机模数转换子程序ADCON，得到一个温度样本，并将其转换为数字量，传送给89C51单片机，然后在调用温度计算子程序CALCU，驱动控制子程序DRVCON，十进制转换子程序MERTRICCON，温度数码显示子程序DISP。

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停

直流无刷电机的控制系统设计方案

直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言 1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。 1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来，计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。 1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下：

直流电机转速测量系统的设计

一、概述该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。二、方案论证本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示：在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路，光电转换电路整形电路闸门电路计数、译码、驱动、显示电路输入信号晶体振荡器电路分频电路控制电路图1 电机转速测量系统原理框图

产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来三、电路设计 1.光电转换电路在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示：图2 光电转换电路原理图图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如图3和图4所示：

直流电机控制电路集锦

直流电机控制电路集锦直流电机的类型按：直流电机在家用电器、电子仪器设备、电子玩具、录相机及各种自动控制中都有广泛的应用。但对它的使用和控制，很多读者还不熟悉，而且其技术资料亦难于查找。直流电机控制电路集锦，将使读者“得来全不费功夫”! 在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。本文将详细介绍各种直流电机的控制技术。站长的几句说明：本文内容比较详实完整，但遗憾的是原稿的印刷质量和绘图的确很差，尽管采取了很多措施，有些图仍可能看不太清楚。直流电机，大体上可分为四类：第一类为有几相绕组的步进电机。这些步进电机，外加适当的序列脉冲，可使主轴转动一个精密的角度(通常在1.8°--7.5°之间)。只要施加合适的脉冲序列，电机可以按照人们的预定的速度或方向进行连续的转动。步进电机用微处理器或专用步进电机驱动集成电路，很容易实现控制。例如常用的SAAl027或SAAl024专用步进电机控制电路。步进电机广泛用于需要角度转动精确计量的地方。例如：机器人手臂的运动，高级字轮的字符选择，计算机驱动器的磁头控制，打印机的字头控制等，都要用到步进电机。第二类为永磁式换流器直流电机，它的设计很简单，但使用极为广泛。当外加额定直流电压时，转速几乎相等。这类电机用于录音机、录相机、唱机或激光唱机等固定转速的机器或设备中。也用于变速范围很宽的驱动装置，例如：小型电钻、模型火车、电子玩具等。在这些应用中，它借助于电子控制电路的作用，使电机功能大大加强。第三类是所谓的伺服电机，伺服电机是自动装置中的执行元件，它的最大特点是可控。在有控制信号时，伺服电机就转动，且转速大小正比于控制电压的大小，除去控制信号电压后，伺服电机就立即停止转动。伺服电机应用甚广，几乎所有的自动控制系统中都需要用到。例如测速电机，它的输出正比于电机的速度；或者齿轮盒驱动电位器机构，它的输出正比于电位器移动的位置．当这类电机与适当的功率控制反馈环配合时，它的速度可以与外部振荡器频率精确锁定，或与外部位移控制旋钮进行锁定。唱机或激光唱机的转盘常用伺服电机。天线转动系统，遥控模型飞机和舰船也都要用到伺服电机。最后一类为两相低电压交流电机。这类电机通常是直流电源供给一个低频振荡器，然后再用低频低压的交流去驱动电机。这类电机偶尔也用在转盘驱动机构中。步进电机的基本工作原理

直流电机控制系统设计范本

直流电机控制系统设计

XX大学课程设计（论文）题目直流电机控制系统设计班级学号学生姓名指导教师

沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级学号姓名课程设计题目直流电机控制系统设计课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日课程设计的内容及要求： 1.内容利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求（1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。（2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。（3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。（4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。（5）完成系统硬件电路的设计。（6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真

无刷直流电机控制系统的Proteus仿真-机械制造论文无刷直流电机控制系统的Proteus仿真王家豪潘玉民（华北科技学院电子信息工程学院，河北三河101601）【摘要】基于Proteus软件仿真平台，提出了一种对无刷直流电机(BLDCM)控制系统实现了转速闭环控制的方案。该系统以AT89S52单片机为核心，采用IR2101芯片驱动及AD1674实现速度，并利用数码动态显示转速，通过增量式PID调节对无刷直流电机实现转速闭环稳定控制。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。关键词无刷直流电机(BLDCM)；Proteus；增量式PID；闭环控制０引言无刷直流电机（BLDCM）既有直流有刷电机的特性，又有交流电机无刷的优点，在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，近年来得到迅速推广[1]。BLDCM是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机，与传统的直流电动机相比，它具有过载能力强，低电压特性好，启动电流小等优点。近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势，所以研究无刷直流电机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。本设计采用增量式PID控制策略控制无刷电动机，并在Proteus平台上进行转速闭环系统仿真。搭建了无刷直流电动机转速控制系统的仿真模型，基于80C51控制核心，采用keil C51软件编写C程序。 1系统硬件组成控制系统的硬件组成如图1所示。采用Atmel公司的AT89S52单片机为系统

控制核心、IR2101驱动的MOSFET三相桥式逆变器、无刷直流电机、A/D转换转速检测、闭环PID控制、按键检测、档位和转速显示等部分组成。 2控制系统核心及外围电路系统核心AT89S52单片机最小系统及按键电路如图2所示。 AT89S52芯片是8位单片机，具有廉价、实用及运算快等优点，它有两个定时器，两个外部中断接口，24个I/O口，一个串行口。单片机首先进行初始化，将显示部分（转速显示、档位显示）送显“0”然后通过中断对按键进行检测当检测到启动键按下时，系统启动，控制核心输出初始控制码，与此同时通过AD转换器读取当前的实时转速，一方面用于显示，另一方面将当前转速与设定转速送入PID控制环节然后输出下一时刻的控制码。在本次设计中使用80C51的外部中断接口0（INT0）作按键检测（见图3），通过四个与门，当有任何一个按键按下去时tap端都会出现低电平引发中断。

单片机控制直流电机并测速(电压AD、DA转换以及pwm按键调速正转反转)

单片机原理及应用课程设计报告书题目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓名：徐银浩学号：1110702225 专业：电子信息工程指导老师：沈兆军设计时间：2014年 11月信息工程学院

目录 1. 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2. 方案设计 (1) 3. 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51最小系统 (3) 3.2 按键电路 (4) 3.3 A/D转换模块 (4) 3.4. D/A转换模块 (6) 3.5 电机转速测量电路 (7) 3.6 显示电路 (8) 3.7 总电路图 (10) 4. 软件设计 (111) 4.1 系统主程序设计 (12) 4.2 按键扫描程序设计 (12) 4.3 显示子程序 (12) 4.4 定时中断处理程序 (12) 4.5 A/D转换程序 (13) 5. 系统调试 (14) 6. 设计总结 (16) 7. 参考文献 (17)

8. 附录A；源程序 (18) 9. 附录B；电路原理总图、作品实物图片 (23)

用单片机控制直流电动机并测量转速 1 引言 1.1. 设计意义电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化，本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。 1.2.系统功能要求单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速。手动扩展。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电动机减速减。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。用显示器LED或LCD显示数码移动的速度，及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。 2 方案设计为了使用单片机对电动机进行控制，对单片机的基本要求应有足够快点速度；有捕捉功能。总体设计方案如图所示

(完整word版)基于51单片机的温度控制系统设计

基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求（1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。（2）当液位低于某一值时，停止加热。（3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。（4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标（1）温度显示误差不超过1℃。（2）温度显示范围为0℃—99℃。（3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。（4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案：方案一：采用静态显示的方案采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。方案二：采用动态显示的方案由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。