液晶显示的PWM直流电机调速报告
课程名称：微机原理课程设计
题目：基于51单片机的PWM直流电机调速
直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。而51单片机却没有PWM 输出功能，采用定时器配合软件的方法可以实现51单片机PWM的输出功能。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，直流电机（搭建H桥电路驱动）和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机PWM可调速的直流电机。该可调直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。该可调直流电机布置合理，全部器件分布在7*9cm洞洞板上，看起来小巧精简。采用的是单片机内部定时器产生方波并且两个P口交换输出，可以方便灵活地调速度和方向。该可调直流电机从0到最大速度1200转每分钟一共设置了60个档次的转速，采用1602蓝光液晶，可以直观地显示出来（显示的是每分钟的转速）。有红光和绿光的两个二极管作为转速指示灯。四个控制按键就可以控制电机的转速，方向与暂停。每按一个键，该可调电机就会实现相对应的功能，操作非常简单。
关键词：直流电机，51单片机，C语言，1602液晶
一、设计任务与要求 (4)
1.1 设计任务 (4)
1.2 设计要求 (4)
二、方案总体设计 (5)
2.1 方案一 (5)
2.2 方案二 (5)
2.3 系统采用方案 (5)
三、硬件设计 (7)
3.1 单片机最小系统 (7)
3.2 液晶显示模块 (7)
3.3 系统电源 (8)
3.4驱动电路 (8)
3.5 整体电路 (9)
四、软件设计 (10)
4.1 keil软件介绍 (10)
4.2 系统程序流程 (10)
五、仿真与实现 (13)
5.1 proteus软件介绍 (13)
5.2 仿真过程 (13)
5.3 实物制作与调试 (15)
5.4 使用说明 (16)
六、总结 (17)
6.1 设计总结 (17)
6.2 经验总结 (17)
七、参考文献 (19)
一、设计任务与要求
1.1 设计任务
1).对更多小器件的了解
2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用
3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制
4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力
5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力
6).熟悉设计报告的编写过程
1.2 设计要求
1).四个按键分别实现改变转向，加速，减速与暂停的功能
2).H桥电路驱动直流电机
3).一个红光和一个绿光二级管指示电机转向
4).1602液晶显示转速
二、方案总体设计
设计一个基于51单片机的可调直流电机。设计一个电路来驱动直流电机；利用单片机内部精确到微妙的定时计数器来实现产生一个周期为100毫秒的PWM由P1^0和P3^2互换输出；红光和绿光指示灯来标明转向；P0和P2口控制1602液晶显示转速；利用P3^4,P3^5,P3^6和P3^7连接四个按键实现转向，加速，减速与暂停的功能；利用复位按键功能来实现复位操作。调节蓝白滑动变阻器来调节液晶亮度。
2.1 方案一
51单片机的定时/计数器工作在模式2时是一个可以自动重装载的8位定时/计数器。工作时高八位和低八位装入相同的初值，当低八位装满时，高八位的值自动装入到第八位中，从而可以省去用户软件中重装初值常数的语句，可产生相当精确的定时时间。由于只有八位参与计数，所以其计数周期最大为256微妙。采用初值装入0x38，每个200微妙进入一次中断，500次中断为100毫秒，即产生波形周期为100毫秒的PWM。ULN2003是一个驱动芯片，内部含有七个反向器。每个反向器都是有两个大功率NPN三极管组成的。可以选用这七个反向器中的两个作为放大作用。再接两个三极管作为开关作用，组成一个直流电机的驱动电路。P1^0和P3^2一个高电平一个低电平来控制转向与转速。再在P1^0和P3^2分别接一个红色和绿色发管二极管来表明转向。P0口控制1602液晶的数据口，P2的三个引脚控制1602液晶的数据/命令选择端、读/写选择端、使能端来显示速度。P3^4,P3^5,P3^6和P3^7连接四个按键控制转向，加速，减速与暂停。
2.2 方案二
51单片机的定时/计数器工作在模式0时是一个16位位定时/计数器。工作时高八位和低八位各装入初值，当低八位装满时，高八位加1。由于是16位参与计数，所以其计数周期最大为65536微妙。由于要把占空比从0每次加1%加到100%，所以形成一个波形周期至少要中断100次。采用初值高八位装入0xfc，初值低八位装入0x18，每个1000微妙进入一次中断，100次中断为100毫秒，即产生波形周期为100毫秒的PWM。利用两个NPN两个PNP搭建一个H桥电路来驱动直流电机，再在H桥两边的基极公共端各接一个上拉电阻，用来增大流入基极的电流。组成一个驱动直流电机的电路。P1^0和P3^2一个高电平一个低电平来控制转向与转速。再在P1^0和P3^2分别接一个红色和绿色发管二极管来表明转向。P0口控制1602液晶的数据口，P2的三个引脚控制1602液晶的数据/命令选择端、读/写选择端、使能端来显示速度。P3^4,P3^5,P3^6和P3^7连接四个按键控制转向，加速，减速与暂停。
2.3 系统采用方案
1）总体设计
图1为设计总体框架图，通过该图大致的介绍了一下整个可调直流电机各个主要部分。
图1 系统总体框架
2）总体工作原理
由于定时器工作模式2是八位，可装入的值太小，每形成一个周期的方波需要进入500次定时器中断，由于进入中断的次数太多，所以很容易出现在低八位装满本应触发而程序还在中断子程序中运行，而无法触发中断的情况，所以不采用工作模式2。工作模式0只需要进入定时中断100次就可以形成一个周期的方波，所以选择功能模式0。方案一和方案二中的驱动电路都可以驱动直流电机。方案一中用到一块ULN2003芯片和两个三极管，而方案二中可以有两个三极管实现放大作用来取代ULN2003，无需使用驱动芯片，电路更加精简，制作成本更低。所以使用方案二中的驱动电路。指示灯，控制按键，液晶和复位方面的设计在方案一和方案二中一样。综上考虑，最终方案确定为方案二。
三、硬件设计
3.1 单片机最小系统
单片机要正常工作，首先要产生片内时钟信号。在单片机内部的振荡器的输入端XTAL1和输出端XTAL2之间接一个石英晶振就可以够成一个自激振荡器。再在两端之间串联接个电容并且在两个电容之间接地以便于稳定频率还对振荡频率有微调作用。电容通常选30PF 左右，振荡脉冲频率范围为0~24MHZ。该电路中选用12MHZ晶振。时钟电路图如下：
图2 时钟电路图
单片机在启动时与其他微处理器一样，要让CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始开始工作。这就需要复位操作。复位电路有两种方式：上电自动复位和按键自动复位。上电自动复位只是在开始接通电源瞬间复位，接下来想要再次复位就需要断电重启，不方便。按键自动复位不仅可以在开始接通电源瞬间复位还可以通过按下按键复位随时复位。所以选择按键复位方式。复位电路如下：
图3 复位电路图
3.2 液晶显示模块
该可调直流电机最大速度为每分钟1200转，采用1602液晶显示。控制1602液晶亮度的是蓝白滑动变阻器。1602液晶有16个管脚。编号为1,2管脚为电源正负极管脚，15,16为背光源正负极管脚；7~14为dataI/O管脚与单片机的P0口相连，负责液晶与芯片之间的信息传送；4,5,6分别为数据/命令选择端、读/写选择端、使能端，与单片机的, P2^0、P2^1、P2^2相连，负责控制液晶与芯片之间数据命令的读写操作；3为液晶显示偏压信号端，用于调整液晶显示对比度。1602液晶显示原理图如下：
G N D 1V C C 2V O 3R S 4R W 5E N 6D B 07D B 18D B 29
D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714B
L A 15B L K 16
1602液晶
GND VCC GND VCC
1
12233RV1
P 2.0
V O
P 2.1
P 2.2
P 0.0
P 0.1
P 0.2
P 0.3
P 0.4
P 0.5
P 0.6
P 0.7
图4 液晶显示系统图 3.3 系统电源
为了方便控制系统的上电与断电，系统电源中连接了一个蓝白自锁开关。此开关两边各有三个引脚，不同的连接方式，开关的控制方法就不同。电源的正负极各接在此开关的两边。为了方便观察电源是否接上，在电路中的VCC 与GND 之间接一个发光二极管并且加一个限流电阻防止发光二极管烧坏，电源通电时发光二极管亮，断电时，则暗。再接四个排针便两边的两个排针用于外部电源给系统上电，中间的两个排针是用于单片机烧录程序。如图所示：
图5 系统电源图
3.4驱动电路
直流电机直接接在单片机引脚上是驱动不了电机的，所以要搭建一个驱动电路。图6为该设计中用来驱动直流电机H 桥电路，所用元器件为两个 S9012三级管，两个S9013三极管，两个1K 电阻，两个470电阻。三极管为开关和放大作用，470电阻为限流作用，由于单片机的拉电流太小，1K 为上拉电阻为基极提供电流。左右两端分别接P3.2和P1.0单片机引脚，只要P3.2和P1.0单片机引脚交换着一个输PWM ，一个低电平就可以控制电机的转速和转向了。
Q1
S9013Q2S9013
Q3
S9012Q4S9012R8470
R61K
R7
470R51K VCC
GND P3.2P1.012直流电机
图6 直流电机驱动电路
3.5 整体电路
这是采用网络标号的画出的以一张整体电路图。它将整张可调直流电机的电路原理图分为八个部分：电源模块，P0口上拉电阻，1602液晶模块，51单片机，复位晶振电路，控制按键，转向指示灯和电机驱动电路。整张原理看起来美观，并且根据标号很容易找到与之对应的引脚。
图7 整体电路图
四、软件设计
4.1 keil软件介绍
Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种Keil软件图标是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。运行Keil 软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件、而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
4.2 系统程序流程
1) 主程序流程
图8为PWM调控直流电机的主程序流程图。通过该图可以直观的了解到整个调控程序的大致走向为先判断暂停键，控制转向键，加速键和减速键是否按下，并在判断每个键是否按下后执行相应的命令，让直流电机做出相应的调整。再让液晶显示此时直流电机的转速（转向是由一个红色和一个绿色的放光二极管接在分别接在控制直流电机的两个引脚上，程序在控制转向时，自动跟随引脚的电平变化亮灭，不需要程序特意控制），接着又重新回到判断按键的程序中，如此不断重复循环。
图8 主程序流程图
2）中断程序流程
图9为PWM调控直流电机的中断程序流程图。方波主要是由单片机内部精确到毫秒的定时器每次以间隔相同的时间进入中断，并在主程序中由控制按键调控与高电平持续时间的相关参数，从而控制每个周期的方波高电平和低电平各自持续的时间，即控制了方波的占空比。通过该图也可以清晰明了的知道，该中断程序主要涉及的就是方波的调控。先是判断高电平是否未达到调控的时间，如果未达到则让gdp+1,即让继续高电平保持。如果gdp为100则说明主程序已经把方波调控到一直保持高电平，就让gdp为0，就可以一直输出高电平了。如果高电平达到了调控的时间，就让控制电机的两个引脚都为低电平并让ddp+1,即让继续低电平保持。如果低电平未达到了调控的时间，就进入主程序继续保持低电平等待下一次中断。如果低电平达到了调控的时间，就让ddp=gdp=0，即重新开始下一个方波。
图9 定时器中断程序流程图
五、仿真与实现
5.1 proteus软件介绍
Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A VR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持KEIL,IAR和MPLAB等多种编译器。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。
5.2 仿真过程
图10为使用keil软件编写程序时的调试过程图。我用的是C语言来编写。第一次编写完程序后，然后编译一下，出现的对话框中显示有几个错误，点击错误提示，主程序会出现光标只向错误的地方，根据这个错误提示，然后进行更改，再编译一下，程序还是显示有错误，再重复上次的操作，进过了几次修改后，就如图所示没有错误提示了。编写程序就是这样，需要不断修改，程序才能准确。程序编写好，还要编译成HEX文件。只有HEX文件才能烧录到到单片机上。
图10 keil软件仿真图
图11为proteus仿真原理图。连接好电路图后，箭头放在单片机上单击右键，在出现的对话框中点击EDIT PROPOTES再在出现的对话框中点击program file那行的那个文件图标，从里面找出先前已经在KEIL软件中编译的HEX文件。点击文件后，然后在单击edit component对话框的右上角的OK选项。然后点击Proteus的首界面的左下角形状是黑色三角型的play键，仿真图上的显示系统就出现了初始状态，单击控制开关，秒表开始计数，再单击一下控制开关后，计时停止。也可以点击play键右边那个step键，让程序一步一步执行step键右边是pause键，按一下这个键程序就暂停运行，再按一下程序就又开始运行。仿真完后按一下stop键结束仿真。当看到仿真电路上出现现象和操作时所达到的效果和我在编程时所预想的情况一样后，再保存所画的电路图，单击左上角的file中，再在出现的选项中单击save，可以选择自己想要保存的地方。下次打开proteus时可以单击file，再在出现的选项中单击open design的选项，可以从保存的地方直接选择所画的电路图打开，并且可以直接仿真。
做这次设计我学会了利用示波器的使用，感觉proteus真的是非常强大。虽说Proteus 仿真软件是一款功能强大很好用的软件，但仿真毕竟是仿真，和实际还是有差距的，我在proteus中调试电机的时候发现电机，明明电机两端的电路连接是一样但电机却不稳定，有时候转着转着就停，还有时候会自己反转，我仔细检查了电路和所以的元器件参数，没有问题。我知道可能我连接的驱动电路本身就有问题，但我没操作控制按键，电机就自动变化。于是我直接在电机两端接VCC和GND，电机还是不稳定，转着转着有时候就停了。感觉最让人头疼就是，在仿真软件中可以实现设计的功能，都等到做出板子来却不行，而且不是器件的参数选择的问题，而是电路连接错误。这样又要把焊上的器件去下来，板子都焊得乱七八槽了。
图11 proteus仿真图
5.3 实物制作与调试
图12为实物图的背面，图13为实物图的正面。
洞洞板图画好，程序写好后在proteus仿真能够有效的调控直流电机后就可以开始焊接了。经过上次了制作数码管显示的可调直流电机，进一步确定了驱动直流电机的电路，所以在整个液晶显示的可调直流电机中还是比较顺利的。但是整个电路要焊接在一块7*9CM的洞洞板上，还是会显得比较密密麻麻，连线比较多，很容易忽略某些短线的连接。在刚按照洞洞板图焊接好后，检查一遍后初步认为焊接正确，接着顺利的烧录进去了程序然后开始调试，调试的结果是，显示系统正常，当绿灯闪烁时直流电机正常转动，但当按下控制转向按键时，红灯会闪烁，但是转速明显变慢。我想这是对称的电路怎么会转速不一样呢，刚开始我想会不会P1和P3口会有些不同呢，于是我统一用P1两个引脚控制直流电机，可调直流电机还是一样的状态。我再检查了一下电阻。也使用都正确。虽然在做数码管显示的可调直流电机的时候也出现过怎样的问题，但那次可能是由于三极管烧坏的原因，这次不可能是器件的原因。那我想肯定是焊接的问题，于是我对着洞洞板图仔细检查驱动电路那一块，果然在P3^2的那个控制引脚初没有焊接好上拉电阻。把这个疏忽的解决后，在通电调试一下，果然正反转都正常了。但是显示系统却不稳定很容易出错。我想是由于之前那个晶振焊得有点高，以至于单片机没有完全安下去，我再焊一下把晶振压了下去，再把单片机完全压去，再一次调试，可调直流电机就变得稳定了。整个液晶显示的可调直流电机的焊接到调试，一个晚上就全部搞定了，比之前制作数码管显示的可调直流电机节省了一个礼拜的时间。所以在焊接板子之前一定要确定电路是正确的，才不至于后面的调试花费大量的的时间。但是另一方面讲，不做出实物来由很难发现电路的问题。所以首先得学好书上的理论知识，再从实践中学习，最后才能做到游刃自如。
图12 实物图背面
图13 实物图正面
5.4 使用说明
如图13所示：此可调直流电机包含的元器件有：STC89C52单片机一块，直流电机一个，40个脚IC插座一个，排阻一个，一个16脚的排母，1602液晶一块，六个排针，四个两脚轻触开关，一个四脚轻触开关，八个电阻，一个电解电容，两个瓷片电容，两个红色的放光二极管，一个绿色的放光二极管，一个蓝白自锁开关，一个晶振和四个三极管。一个蓝白滑动变阻器。
整个可调直流电机布置在一块70×90大小的洞洞板上。1602液晶用于显示直流电机的转速，单片机下方的四个按键为控制按键，从左往右第一个为转向控制键，第二个为加速键，第三个为减速按键，第四个为暂停键。控制按键左边为有两个S9013,，两个S9012，两个1K电阻和两个470欧电阻组成的直流电机驱动电路，直流电机两端接在驱动电路中间的两个排针上。驱动电路右边有一个红光二极管和一个绿光二极管作为转向指示灯。单片机右边蓝白滑动变阻器，通过调节蓝白滑动变阻器来调节液晶亮度。那个按键为复位按键，每按一次系统就复位一次，回到初始状态。复位按键下方的蓝白自锁开关为电源开关，当排针接好电源后，按下蓝白自锁开关则系统上电，按起蓝白自锁开关则系统断电。蓝白自锁开关上方的红色发光二极管为电源指示灯，当系统接通电源时，指示灯亮，当系统断开电源时，指示灯暗。蓝白自锁开关下方的四个排针从上至下依次接5V的VCC,RXD,TXD,GND。
使用前应先上电。接上电源后由于开关断开系统还未上电，按下蓝白自锁开关后，电源接通。通上电时，首先单片机连接电源时，先是1602液晶第一行显示welcome to use的字样，第二行显示速度为0，红色放光二极管闪烁。可以按加速键，每按一次速度加六十分之一，直到增加到最大的1200每分钟转速为止就不能再加了，发光二极管在此过程中闪烁得越来越快，最后发光二极管一直亮。也可以按减速键，每按一次速度减少六十分之一，直到速度减为0，不能再减了，发光二极管在此过程中闪烁得越来越慢。按一下转速控制键，直流电机的转向就改变了，同时两个转向指示灯的状态也互换了。该可调直流电机主要就是由这四个控制键调控。
六、总结
6.1 设计总结
我的课题是基于51单片机的PWM直流电机调速的设计。当我选择了这个课题的时候，我就先开始想在平常生活中直流电机是怎样的，可以怎样控制直流电机，需要一些什么器件。在确定了自己要设计一个怎样的可调直流电机之后就开始列出做这个秒表所需要的元器件。这个可调直流电机是基于给定的显示系统上设计的，所以在设计电路原理图之前，我先要掌握给定的显示系统原理图的连接方式和连接原理。这一些都弄明白之后，我再考虑如何在现有的基础上进行外围设计使之达到预想的功能。经过一番斟酌，确定我的外围硬件只需添加四个轻触开关，一些电阻，四个三极管，两个发光二极管就可以实现可调直流电机的功能。由于我的可调直流电机的元器件是焊接在一个70×90大小的洞洞板上，所以为了以后方便焊接，减少焊接错误，需要在洞洞板软件中的一个70×90大小的洞洞板底图上画出洞洞板图，设计线路的时候要尽量减少飞线的使用，画完之后和给出的图进行对照，确定我没有连接错误之后，修正洞洞板图，使线路没有断路并且更加笔直，接点处没有连线出头，修正完后保存洞洞板图。硬件设想好了，接下来，我就要给我所要设计的可调直流电机进行软件设计，使之实现智能化。进过了几次调试之后，在keil软件中我的程序显示0 error。没有错误的程序，不代表它就能实现我预期的功能。为了初步验证我的编写的程序所达到的效果，就需要用仿真软件在电脑进行仿真。而在前面已经介绍过了，在仿真软件当中，proteus软件是一款非常适合我们的软件，所以我们一般选择使用proteus软件进行仿真。在proteus软件界面画好电路图之后，检查一下，确定连接符合洞洞板原理图后，再加载之前在keil软件中编译好的HEX文件，，单击play键开始程序运行，观察数码管显示的初始状态，操作秒表的原理图上的控制按键，观察运行过程中数码管显示出的状态，以及蓝色和红色小方点所显示的电平变化。根据现象进行调试，直到仿真软件上的秒表和预想的一致。仿真的步骤完成后，就开始画DXP原理图，采用网络标号的形式更加方便，只需要把系统分成各个小模块，在元器件的接口上标明该接口所连接单片机的对应的引脚，再分区放置标明模块。图的大体结构画完之后再和给出的图进行对照，确定我没有连接错误之后，修正DXP原理图，使线路没有断路并且更加笔直。DXP原理图画完后，整个电路设计就算完成了。我的设计过程与思路大体就是这样子。
6.2 经验总结
我觉得一个课题设计中的心得体会是非常重要的一部分，这是一个经验的积累与总结。通过这次单片机课程设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。们安排了这次单片机课程设计，给了我们学以致用的做好的实践。对于这次课程设计，我们花费了比较多的心思，既是对课程理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等，在摸索中学习，在摸索中成长，在学习的过程中带着问题去学我发现
效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获，在真正设计之前我们做了相当丰富的准备，首先巩固一下课程理论，再一遍熟悉课程知识的构架，然后结合加以理论分析、总结，有了一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图之后才着手设计。在设计程序时，我们不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；养成注释程序的好习惯是非常必要的，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也能为资料的保存和交流提供了方便；我觉得在设计课程过程中遇到问题是很正常，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计又出错了。此次的设计，其实也是我们所学知识的一次综合运用，让我深深的认识到了学习单片机要有一定的基础，要有电子技术方面的数字电路和模拟电路等方面的理论基础，特别是数字电路；也要有编程语言的汇编语言或C语言。要想成为单片机高手，我们首先要学好汇编语言，然后转入C语言学习，所以我们不能学到后面就忘了前面的知识，更应该将所学的知识紧紧的结合在一起，综合运用，所谓设计，就是要求创新，只有将知识综合运用起来才能真正的设计好。
七、参考文献
[1] 杨长兴、刘卫国.C++程序设计：中国铁道部出版社
[2] 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）：北京航空航天大学出版社
[3] 康华光.电子技术基础（第五版）：高等教育出版社
[4] 刘坤、赵红波、张宪栋.51单片机C语言运用（第二版）:人民邮电出版社
[5] 阎石数字电子计数基础（第五版）：高等教育出版社
基于STM32的直流电机PWM调速控制
电动摩托车控制器中的电机PWM调速 摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。 1.总体设计概述 1.1 直流无刷电机及工作原理 直流无刷电机（简称BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。 工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示 随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 1.2 总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。
直流电机PWM调速
直流电机转速的PWM控制测速 王鹏辉 姬玉燕
摘要 本设计采用PWM的控制原理来完成对直流电机的正转、反转以及其加速、减速过程的控制，在此过程中是通过单片机的定时器加上中断的方式产生不同时长的高低电压脉冲信号来完成。并通过霍尔传感器对直流电机的转速进行测定，最后将实时测定的转速数值1602液晶屏上。 关键词： PWM控制直流电机霍尔传感器 1602液晶显示屏 L298驱动 一、设计目的： 了解直流电机工作原理，掌握用单片机来控制直流电机系统的硬件设计方法，熟悉直流电机驱动程序的设计与调试，能够熟练应用PWM方法来控制直流电机的正反转和加减速，提高单片机应用系统设计和调试水平。 1.1系统方案提出和论证 转速测量的方案选择,一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。本说明书中给出两种转速测量方案，经过我和伙伴查资料、构思和自己的设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。 1.2 方案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。霍尔转速传感器的结构
原理图如图3.1, 霍尔转速传感器的接线图如图3.2 。 传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。 图3.1 霍尔转速传感器的结构原理图 方案霍尔转速传感器的接线图 缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。 1.3方案二：光电传感器 整个测量系统的组成框图如图3.2所示。从图中可见,转子由一直流调速电机驱
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计 第一章:前言 1.1前言： 直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。 近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。 采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。 随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 1.2本设计任务: 任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统 设计的主要内容以及技术参数: 功能主要包括： 1)直流电机的正转； 2)直流电机的反转； 3)直流电机的加速； 4)直流电机的减速； 5)直流电机的转速在数码管上显示； 6)直流电机的启动； 7)直流电机的停止； 第二章：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。
直流电机PWM调速系统参考论文
毕业论文 基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计 所在学院 专业名称 年级 学生姓名、学号 指导教师姓名、职称 完成日期
摘要 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。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统，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。另外，本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，经过处理后，将测量值送到液晶显示出来。 关键词：PWM信号，霍尔元件，液晶显示，直流电动机 I
目录 目录 ................................................................................................................................ III 1 引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.2 开发背景 (1) 1.1.3 选题意义 (2) 1.2 研究方法及调速原理 (2) 1.2.1 直流调速系统实现方式 (4) 1.2.2 控制程序的设计 (5) 2 系统硬件电路的设计 (6) 2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6) 2.2 STC89C51单片机简介 (6) 2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6) 2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (7) 2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (8) 2.2.4 STC89C51引脚功能 (8) 3 PWM信号发生电路设计 (11) 3.1 PWM的基本原理 (11) 3.2 系统的硬件电路设计与分析 (11) 3.3 H桥的驱动电路设计方案 (12) 5 主电路设计 (14) 5.1 单片机最小系统 (14) 5.2 液晶电路 (14) 5.2.1 LCD 1602功能介绍 (15) 5.2.2 LCD 1602性能参数 (16) 5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (18) 5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (19) 5.3 按键电路 (20) 5.4 霍尔元件电路 (21) III
直流电机PWM调速电路汇编
《电子技术》课程设计报告课题：直流电机PWM调速电路 班级电气1107 学号 1101205712学生姓名王海彬 专业电气信息类 学院电子与电气工程学院 指导教师电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子与电气工程学院 2012年05月
直流电机PWM调速电路 一）设计任务与要求： 1.设计电机驱动主回路，实现直流电机的正反向转动； 2.设计PWM驱动信号发生电路； 3.设计电机转速显示电路； 4.设计电机转速调节电路，可以按键或电位器调节电机转速； 5.安装调试。 二）系统原理及功能概述 1）直流电机脉宽调速电路原理 对小功率直流电机调速系统，使用单片机是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称 PWM。 改变占空比的方法有 3 种： （1）定宽调频法，这种方法是保持 t1 不变，只改变 t2 ，这样周期 T（或频率）也随之改变； （2）调宽调频法，保持 t1 不变，而改变 t2 ，这样也使周期 T（或频率）改变； （3）定频调宽法，这种方法是使周期 T（或频率）不变，而同时改变 t2 和 t1 由，当控制频率与系统的固有频率接近于前两种方法都改变了周期（或频率）时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，速度逐渐减小。只要按一定规律，改变通断电时间，即可实现对电机的转速控制。设电机永远接通电源时，其最大转速为 Vmax，设占空比 D＝ t1 /T ，则电机的平均速度为 Vd，平均速度 Vd 与占空比 D 的函数曲线如图 1－2 所示，从图可以看出，VD 与占空比 D 并不是完全线性关系（图中实线），当系统允许时，可以将其近似的看成线性关系（图中虚线），本系统采用近似法。
直流电动机的PWM调压调速原理
直流电动机的PWM调压调速原理 直流电动机转速N的表达式为：N=U-IR/Kφ 由上式可得，直流电动机的转速控制方法可分为两类：调节励磁磁通的励磁控制方法和调节电枢电压的电枢控制方法。其中励磁控制方法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制方法。 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体器件的使用上又可分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式。 线性放大驱动方式是使半导体功率器件工作在线性区。这种方式的优点是：控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小；但是功率器件在线性区工作时由于产生热量会消耗大部分电功率，效率和散热问题严重，因此这种方式只用于微小功率直流电动机的驱动。绝大多数直流电动机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。 在PWM调速时，占空比α是一个重要参数。以下3种方法都可以改变占空比的值。 （1）定宽调频法 这种方法是保持t1不变，只改变t2，这样使周期T（或频率）也随之改变。 （2）调频调宽法 这种方法是保持t2不变，只改变t1，这样使周期T（或频率）也随之改变。 （3）定频调宽法 这种方法是使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 直流电动机双极性驱动可逆PWM控制系统 双极性驱动则是指在一个PWM周期里，作为在电枢两端的脉冲电压是正负交替的。 双极性驱动电路有两种，一种称为T型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆控制系统的组合。但由于T型双极性驱动中的开关管要承受较高的反向电压，因此只用在低压小功率直流电动机驱动。 另一种称为H型。 H型双极性驱动 一、显示接口模块 方案一：液晶显示器也是一种常用的显示器件。它的优点是功耗低，寿命长，本身无老化问题，显示信息量大（可以显示字母和数字），在显示字符上没有限制。但价格高，接口电路较为复杂。其只在一些（袖珍型）设备上作为显示之用。
基于PWM控制的直流电机调速
基于PWM控制的直流电机调速摘要：直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。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。 本文设计了直流电机控制系统的基本方案，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，主要研究直流电机的控制和测量方法。本设计系统以单片机AT80C52为核心，实现直流电机调速的系统。 关键字：直流电机 PWM 控制 AT80C52 DC motor is a rotary motor that can convert a direct current into a mechanical energy (a DC motor) or a mechanical energy into a direct current (DC generator). It is capable of achieving the conversion of DC electric energy and mechanical energy to each other. When the motor is running, it is a direct current motor, the electric energy can be converted into mechanical energy; the generator is a direct current generator, the mechanical energy can be converted to electric energy. The structure of the DC motor is composed of two parts, the stator and the rotor. Operation of the DC motor are still part of the said stator, stator's main function is produces a magnetic field, is composed of a frame, a main pole, Huan Xiangji, an end cover, a bearing and an electric brush device and composition. Said operation, the rotating part of the rotor, the main role is electromagnetic torque and induction electromotive force generated, the DC motor is the hub of energy conversion, so is often referred to as the armature and is composed of a shaft, the armature core, an armature wining and commutator and fan.
直流电机PWM调速电路
《电子技术》课程设计报告 课题：直流电机PWM调速电路 班级电气工程1101学号1101205304 学生姓名xxx 专业电气信息类 系别电子与电气工程学院 指导老师电子技术课程设计指导小组 xxxxx 电子与电气工程学院 2012年5月 一、设计目的 a)培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b)学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 c)进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d)培养学生的创新能力。 二、设计任务与要求 1．设计电机驱动主回路，实现直流电机的正反向驱动； 2．设计PWM驱动信号发生电路； 3．设计电机转速显示电路； 4. 设计电机转速调节电路；可以按键或电位器调节电机转速； 5.安装调试； 6.撰写设计报告。
三、设计思想及设计原理 1．信号可以采用数字方法给定，也可以采用电位器给定。建议采用数字方法。 2．PWM信号可以采用三角波发生器和比较器产生，也可采用数字电路及可编程器件产生。建议采用数字方法。 3．正反转主回路可以采用双极型器件实现，也可以用MOS器件实现； 4．转速测量电路可以采用增量型光电编码器，也可采用自行制作的光电编码电路、霍尔传感器以及其它近似测速方法。建议采用光电编码器。 5．显用数字方法显示电机转速。采用光电编码等方法的脉冲测速方法时，可采用计数法测量电机转速；电机转速信号为模拟信号时，可采用数字表头显示转速。建议采用数字方法。 6．(提高部分)可以采用反馈控制技术对系统进一步完善。 四、单元电路设计 4.1 LM324组成的PWM直流电机产生电路 4.1.1 它主要由U1（LM324）和Q1组成 图4.1中，由U1a、U1d组成振荡器电路，提供频率约为400Hz的方波/三角形波。U1c产生6V的参考电压作为振荡器电路的虚拟地。这是为了振荡器电路能在单电源情况下也能工作而不需要用正负双电源。U1b这里接成比较器的形式，它的反相输入端(6脚)接入电阻R6、R7和VR1，用来提供比较器的参考电压。这个电压与U1d的输出端(14脚)的三角形波电压进行比较。当该波形电压高于U1b的6脚电压．U1b的7脚输出为高电平；反之，当该波形电压低于U1b的6脚电压，U1b的7脚输出为低电平。由此我们可知，改变U1b的6脚电位使其与输入三角形波电压进行比较。就可增加或减小输出方波的宽度，实现脉宽调制(PWM)。电阻R6、R7用于控制VR1的结束点，保证在调节VR1时可以实现输出为全开(全速或全亮)或全关(停转或全灭)，其实际的阻值可能会根据实际电路不同有所改变。 图4.1中，Q1为N沟道场效应管，这里用作功率开关管(电流放大)，来驱动负载部分。前面电路提供的不同宽度的方波信号通过栅极(G)来控制Q1的通断。LED1的亮度变化可以用来指示电路输出的脉冲宽度。C3可以改善电路输出波形和减轻电路的射频干扰(RFI)。D1是用来防止电机的反电动势损坏Q1。 当使用24v的电源电压时，图1电路通过U2将24V转换成12V供控制电路使用。而Q1可以直接在21v电源上，对于Q1来讲这与接在12v电源上没有什么区别。参考图1，改变J1、J2的接法可使电路工作在不同电源电压(12V或24V)下。当通过Q1的电流不超过1A时，Q1可不用散热器。但如果Q1工作时电流超过1A时，需加装散热器。如果需要更大的电流（大于3A），可采用IRFZ34N
直流电机PWM调速控制
§1.1 直流电机调速原理 §1.1.1 直流电机电压调速原理 图1.2为按电机惯例标定的直流电机稳定运行量各物理量的正方向。由图可见电机的电枢电动势Ea 的正方向与电枢电流Ia 的方向相反，为反电动势；电磁转矩T 的正方向与转速n 的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n 相反，是制动转矩。 根据基尔霍夫第二定律，对图中的电枢回路列回路电压方程可得直流电动的电动势平衡方程式： U=Ea-Ia （Ra+Rc ） （1.4） 式1.4中，Ra 为电枢回路电阻，电枢回路串联绕阻与电刷接触电阻的总和；Rc 是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为： n =Ua-IR/Ce Φ （1.5） 由1.1式和1.2式得 n =Ea/Ce （1.6） 由式子1.6可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由电枢电压Ea 决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V 时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。总之电机的调速可以通过控制电枢电压实现 错误！未找到引用源。。 说明: U ………………> 电压 Ea ……… >电枢电动势 n …………………>转速 I ………………>电枢电流 r a ……… >电枢回路电阻 Rc ……… >外在电枢电阻 T1，T2………>负载转矩 T0………… > 空载转矩 Φ………………> 磁通量 图1-3 PWM 调速原理 §1.1.2 直流电机PWM 调速原理
所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)。 对于直流电机调速系统，使用FPGA进行调速是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比）来控制电机速度。PWM调速原理如图1-3所示。 在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为 Vd=Vmax?D （1.7）式中，Vd——电机的平均速度 Vmax——电机全通时的速度（最大） D=t1/T——占空比 平均速度Vd与占空比D的函数曲线，如图1.4所示。 图1-4 平均速度和占空比的关系 由图1-4可以看出，Vd与占空比D并不是完全线性关系（图中实线），理想情况下，可以将其近似地看成线性关系（图中虚线）。因此也就可以看成电机电枢电压Ua与占空比D成正比，改变占空比的大小即可控制电机的速度。 由以上叙述可知：电机的转速与电机电枢电压成比例，而电机电枢电压与控制波形的占空比成正比，因此电机的速度与占空比成比例，占空比越大，电机转得越快，当占空比α＝1时，电机转速最大。
直流电机pwm调速代码
#include
EN1=1; EN2=1; pro_right=70; pro_left=70; M1=0; M2=1; M3=0; M4=1; } void turnleft() { EN1=1; EN2=1; pro_right=20; pro_left=99; M1=0; M2=1; M3=1; M4=0; } void turnright() { EN1=1; EN2=1; pro_right=99; pro_left=20; M1=1; M2=0; M3=0; M4=1; } void init() { TMOD=0x01; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; EA=1;
直流电机PWM调速电路
《电子技术》课程设计报告 班级电气1107 学号1101205712学生海彬 专业电气信息类 学院电子与电气工程学院 指导教师电子技术课程设计指导小组 工学院 电子与电气工程学院 2012年05月
直流电机PWM调速电路 一）设计任务与要求： 1.设计电机驱动主回路，实现直流电机的正反向转动； 2.设计PWM驱动信号发生电路； 3.设计电机转速显示电路； 4.设计电机转速调节电路，可以按键或电位器调节电机转速； 5.安装调试。 二）系统原理及功能概述 1）直流电机脉宽调速电路原理 对小功率直流电机调速系统，使用单片机是极为便的。其法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种法称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。 改变占空比的法有3 种： （1）定宽调频法，这种法是保持t1 不变，只改变t2 ，这样期T（或频率）也随之改变； （2）调宽调频法，保持t1 不变，而改变t2 ，这样也使期T（或频率）改变； （3）定频调宽法，这种法是使期T（或频率）不变，而同时改变t2 和t1 由，当控制频率与系统的固有频率接近于前两种法都改变了期（或频率）时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，速度逐渐减小。只要按一定规律，改变通断电时间，即可实现对电机的转速控制。设电机永远接通电源时，其最大转速为Vmax，设占空比D＝t1 /T ，则电机的平均速度为Vd，平均速度Vd 与占空比D 的函数曲线如图1－2 所示，从图可以看出，VD 与占空比 D 并不是完全线性关系（图中实线），当系统允时，可以将其近似的看成线性关系（图中虚线），本系统采用近似法。
直流电机PWM-调速实验报告
实验报告
直流电机PWM调速实验 一、实验目的: 1、掌握脉宽调制的方法； 2、用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制 二、实验设备： PC机一台，单片机最小系统，驱动板，直流电机，连接导线等 三、实验原理： 1、PWM(Pulse Width Modulation)简称脉宽调制。即，通 过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。 2、实验线路图： 四、实验内容： 1、利用实验时提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控 制程序，实现直流电机PWM调速控制。 2、连接实验电路，观察PWM调控速度控制，实现的加速、减速等调速 控制。 五、实验步骤： 1、按系统电路图连线，调试完成； 2、开启单片机，按下键盘启动按钮，电机正常旋转；
3、按动键盘加速、减速、正转、反转、停止按键，分别实现预定功能。 4、实验完成，收拾实验器械，整理。 六、实验程序： #include
液晶显示的PWM直流电机调速报告
课程名称：微机原理课程设计 题目：基于51单片机的PWM直流电机调速
直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。而51单片机却没有PWM 输出功能，采用定时器配合软件的方法可以实现51单片机PWM的输出功能。本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，直流电机（搭建H桥电路驱动）和1602液晶为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机PWM可调速的直流电机。该可调直流电机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。该可调直流电机布置合理，全部器件分布在7*9cm洞洞板上，看起来小巧精简。采用的是单片机内部定时器产生方波并且两个P口交换输出，可以方便灵活地调速度和方向。该可调直流电机从0到最大速度1200转每分钟一共设置了60个档次的转速，采用1602蓝光液晶，可以直观地显示出来（显示的是每分钟的转速）。有红光和绿光的两个二极管作为转速指示灯。四个控制按键就可以控制电机的转速，方向与暂停。每按一个键，该可调电机就会实现相对应的功能，操作非常简单。 关键词：直流电机，51单片机，C语言，1602液晶
一、设计任务与要求 (4) 1.1 设计任务 (4) 1.2 设计要求 (4) 二、方案总体设计 (5) 2.1 方案一 (5) 2.2 方案二 (5) 2.3 系统采用方案 (5) 三、硬件设计 (7) 3.1 单片机最小系统 (7) 3.2 液晶显示模块 (7) 3.3 系统电源 (8) 3.4驱动电路 (8) 3.5 整体电路 (9) 四、软件设计 (10) 4.1 keil软件介绍 (10) 4.2 系统程序流程 (10) 五、仿真与实现 (13) 5.1 proteus软件介绍 (13) 5.2 仿真过程 (13) 5.3 实物制作与调试 (15) 5.4 使用说明 (16) 六、总结 (17) 6.1 设计总结 (17) 6.2 经验总结 (17) 七、参考文献 (19)
直流电机调速的PWM实现方法
直流电机调速的PWM实现方法 PWM在控制中使用非常广泛，可以以数字量对模拟电路进行控制。这里对PWM的原理进行讲述，并举例说明PWM的重要应用。 1、PWM简介 采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。通俗的说PWM是采用数字量对模拟量进行合成的方法。 数字量是怎么样对模拟量进行合成的呢？请看下例： 用PWM波代替正弦冲半波： 上图中用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。这两种波作用于电路时，所产生的效果基本相同。 2、PWM的应用 基于面积相等的原理实际上可以对任意波形进行合成，再如下图： 上图中用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。这两种波作用于电路时，所产生的效果基本相同。 3、PWM的应用 基于面积相等的原理实际上可以对任意波形进行合成，再如下图： ******************************************************************** #define V_TH0 0XFF #define V_TL0 0XF6 #define V_TMOD 0X01 void init_sys(void); /*系统初始化函数*/ void Delay5Ms(void);
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计 I
摘要 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。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统，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。另外，本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，经过处理后，将测量值送到液晶显示出来。 关键词：PWM信号，霍尔元件，液晶显示，直流电动机 II
目录 目录 ................................................................................................................................ III 1 引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.1.2 开发背景 (1) 1.1.3 选题意义 (2) 1.2 研究方法及调速原理 (2) 1.2.1 直流调速系统实现方式 (4) 1.2.2 控制程序的设计 (5) 2 系统硬件电路的设计 (6) 2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6) 2.2 STC89C51单片机简介 (6) 2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6) 2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (6) 2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (7) 2.2.4 STC89C51引脚功能 (7) 3 PWM信号发生电路设计 (10) 3.1 PWM的基本原理 (10) 3.2 系统的硬件电路设计与分析 (10) 3.3 H桥的驱动电路设计方案 (11) 5 主电路设计 (13) 5.1 单片机最小系统 (13) 5.2 液晶电路 (13) 5.2.1 LCD 1602功能介绍 (14) 5.2.2 LCD 1602性能参数 (15) 5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (17) 5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (18) 5.3 按键电路 (19) 5.4 霍尔元件电路 (20) III
直流电机PWM调速控制系统
直流电机PWM调速控制系统 摘要：为了验证控制策略和电机参数设计的合理性，基于matlab/simulink平台，从无刷直流电机的基本原理出发，详细介绍电机各个模块的组成，构建了无刷直流电机pwm调速控制系统的建模与仿真模型，给出仿真曲线并验证该模型的正确性。 关键词：无刷直流电机模型仿真 1、引言 随着无刷直流电机（bldcm）应用领域的不断扩大，要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短。本文主要研究反电势近似梯形波的永磁无刷直流电机模型的建立与仿真，根据电机的参数和实际运行状况，通过matlab软件的simulink和psb 模块，快捷地创建一些电机控制系统模型，并与simulink结合，实现电机控制算法的仿真。文章介绍了如何创建无刷直流电动机的动态数学模型和pwm调速控制系统模型，并利用该模型，进行了pwm 调速控制系统的仿真试验。 2、无刷直流电机的数学模型 以两相导通三相六状态的无刷直流电机为例。方波无刷直流电动机的主要特征是反电动势为梯形波，包含有较多的高次谐波，这意味着定子和转子的互感是非正弦的，并且无刷直流电动机的电感为非线性[1]。采用直、交变换理论己经不是有效的分析方法，因此应该利用电机本身的相变量来建立数学模型。为简化数学模型的建
立，在电动机模型建立时，认为电动机气隙是均匀的。并作以下假设[2]： (1)电动机的气隙磁感应强度在空间呈梯形(近似为方波分布)； (2)定子齿槽的影响忽略不计； (3)电枢反应对气隙磁通的影响忽略不计； (4)忽略电动机中的磁滞和涡流损耗； (5)三相绕组完全对称。 无刷直流电动机在运行过程中，每相绕组通过的不是持续不变的电流，该电流和转子作用产生的转矩，以及绕组上的感应电动势也都不是持续的。因此转矩和反电动势都采用平均值的概念。由以上假设，根据无刷直流电动机的特性，可建立其电压方程、转矩方程、状态方程以及等效电路结构。 对于三相无刷直流电机，其电压平衡方程可表示为[3] 式中：为定子相绕组电压（v）；为定子相绕组电流（a）；为定子相绕组反电动势（v）；r为每相绕组的电阻（）； l为每相绕组的电感（h）；m 为每相绕组间的互感（h）。 在通电期间，无刷直流电机的带电导体处于相同的磁场下，各相绕组的反电动势为理想梯形波，其幅值为 式中：为反电动势系数；为转子的机械角速度。 无刷直流电动机的电磁转矩方程为： 式中：为电磁转矩；转子的机械角速度。
直流电机PWM调速电路驱动与保护部分
前言 上个世纪50年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸管(SCR)的派生器件越来越多，到了70年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低（一般低于400Hz），大大限制了它的应用。此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、效率和可靠性降低。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主。 随着关键技术的突破以及需求的发展，早期的小功率、低频、半控型器件发展到了现在的超大功率、高频、全控型器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，大大提高了开关控制的灵活性。自70年代后期以来，可关断晶闸管(GTO)、电力晶体管(GTR或BJT)及其模块相继实用化。此后各种高频全控型器件不断问世，并得到迅速发展。这些器件主要有电力场控晶体管(即功率MOSFET)、绝缘栅极双极晶体管(IGT或IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等。与此同时，脉冲宽度调制（PWM）技术与开关功率电路成为功率应用中的主流技术；长期以来，直流电机以其良好的线性特性，优异的控制性能、低成本等特点成为大多是变速运动控制系统和闭环位置伺服系统的最佳选择。因此，基于PWM（Pulse Width Modulation）的直流电机调速技术在现代电气传动系统中被广泛运用。 电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向。而驱动电路则是调速电路的重要组成部分，其处在主电路和控制电路之间，将控制电路的信号进行放大。保护电路以及检测电路是对电机速度精确控制的前提，本次课程设计是对直流电机调速驱动电路进行设计，下面是驱动电路设计的具体过程。 一、设计目的： 1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生
基于51系列单片机的直流电机PWM调速系统设计说明
课程设计 设计题目：基于51系列单片机的直流电机PWM 调速系统设计 学院：机电工程学院 专业：机械工程及自动化 班级：机自07级01班 姓名：强艳梅 学号： 指导老师：敏 完成时间：2011年1月11日
目录 1 直流电动机调速概述 (4) 1.1直流电机调速原理 (4) 1.2直流调速系统实现方式 (5) 1.3 89C51单片机 (6) 2 硬件电路设计 (6) 2.1 PWM波形的程序实现 (6) 2.2直流电动机驱动 (7) 2.3续流电路设计 (8) 3 软件设计 (8) 3.1主程序设计 (8) 3.2 数码显数设计 (10) 3.3 功能程序设计 (11) 3.4仿真图 (15) 3.5 仿真结果分析 (16) 心得体会 (17) 参考文献 (18)
1 直流电动机调速概述 1.1直流电机调速原理 直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以 —励磁绕组本身的电阻；下公式：n=U/C cφ-TR/C r C cφ其中：U—电压；R 内 φ—每极磁通(Wb)；C c—电势常数；C r—转矩常量。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，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。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 图1-1 直流电机的工作原理图 电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动
直流电机PWM调速系统的设计与仿真
直流电机PWM调速系统的设计与仿真 一、引言 1本课题设计的目的和要求 1. 直流电机PWM调速系统的目的： （1）熟悉直流电机PWM调速系统的整体运行过程和总体布局 （2）掌握该硬件电路的设计方法 （3）掌握电机PWM调速系统程序的设计和调试 2. 直流电机PWM调速系统的要求 （1）可输入0~1范围的占空比，占空比可用电位器输入、拨码开关输入或键盘输入。 （2）设计电机驱动电路，根据输入的占空比控制电机转速。 （3）检测电机转速，并用LED或LCD显示。 （4）在PROTUES下仿真。 二、系统总体框图与原理说明 2.1 总体方案原理及设计框图 本设计是基于AT89c51为核心的直流调速器，由单片机控制和产生适合要求的PWM信号，该PWM信号通过驱动芯片电路进行直流调速，使输出电压平均值和功率可以按照PWM信号的占空比而变化，从而达到对直流电机调速的目的。拨码开关输入0~1范围的占空比，用LCD1602作为主液晶显示器，显示输入的占空比控制电机转速，能够实现较好的人机交互。
总体方案设计框图 三、硬件电路图 拨码开关输入模块 AT89c51单片机 LCD1602显示 电机驱动模块 直流电机 示波器显示 用压控振荡器（可用555电路构成）来模拟直流电机的运行
3.1 PWM 产生方式 （1）PWM （脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两 端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM 可以应用在很多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。 在PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开的电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。正因为如此，PWM 又被称为“开关驱动装置”。PWM 波形如图所示： PWM 波形图 设电机始终接通电路时，电机转速最大为V max ，设占空比为： T t D 1 = 则电机的平均转速为 D V V a *max = 其中V a 指的是电机的平均速度，V max 是指电机在全通电时最大速度，D 指的是占空比。 由上面的公式可见，当改变占空比D 时，就可以得到不同电机平均速度V a ,从而达到调速的目的。 （2）单片机片内软件生成PWM 信号 PWM 信号采用单片机定时中断的方式软件模拟产生，这样实现比较容易，可以节 约硬件成本。 //===================定时器0初始化设置=================== //===================定时器0初始化设置=================== void Time0_Init() //定时器0初始化函数 { TMOD=0x01; //定时器0为工作方式1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; //初始化为定时时间为50ms