单片机控制直流电动机课程设计 

目录

一、 设计目的 二、 设计任务和要求 三、 设计原理分析 四、 硬件资源及原理 五、 硬件图 六、 程序框图 七、 程序 八、 调试运行 九、 仿真截图 十、 设计心得体会

一、设计目的

1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中，提高我们的动脑和动手的能力。

2、通过对单片机控制直流电动机控制系统的设计，掌握A/D转换、D/A转换的有关原理，加深对PWM波的理解和使用，同时对单片机的使用更加熟练，通过对简单程序的编写提高我们的逻辑抽象能力。 二、设计任务和要求

任务：采用单片机设计一个控制直流电动机并测量转速的装置。

要求: 1、通过改变A/D输入端的可变电阻来改变A/D输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。

2、手动控制。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电机减速键。在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。 3、键盘列扫描(4*6)。

三、设计原理分析 1. 设计思路

本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。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。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。设计以AT89C51单片机为核心，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、 基本原理

主体电路：即直流电机PWM控制模块。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。这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读

出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过80C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。 四、硬件资源及原理 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不同。但是对于直流公式： n=U/Cc?-TR内

R内—励磁绕组本压；

机机械特性曲线有所电动机的转速有以下/CrCc? 其中：U—电身的电阻；?—每极常数；Cr—转矩常量。机的速度控制既可采采用磁场控制法。磁

磁通(Wb)；Cc—电势由上式可知，直流电用电枢控制法，也可

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源的接通或断开，期内“接通”和“断即改变直流电机电比”来改变平均电制电动机的转速，“开关驱动装置”。

图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图

tV根据上图，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为max，占空比为D=1/T，

V=V*D则电机的平均速度为：Dmax，可见只要改变占空比D，就可以得

定的频率来控制电并通过改变一个周开”时间的长短，枢上电压的“占空压的大小，从而控因此，PWM又被称为

到不同的电机速度，从而达到调速的目的。 1．2直流调速系统实现方式

PWM为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法： A、定宽调频法：保持t1不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）B、调宽调频法：保持t不变，只改变t1，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1和t。（图1-2）

前两种方法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，因此常采用定频调宽法来改变占空 比从而改变直流电动机电枢两端电压。 1.3 89C51单片机

U419XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RST293031PSENALEEA12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51图 1-3 89C51单片机

2 硬件电路设计 2.1 pwm波的实现

随计算机技术及电力电子技术的发展，PWM波形采用软件方法实现显得非常灵

活和实用，以89C51单片机为控制核心,晶振频率为12MHz定 时计数器TO,T1作定时器使用，工作在方式1，定时时间为0.1ms，若PWM波形的频率为50 Hz ，占空比为1：1，则和 R0载入30H和31H单元的值初始100,若在程序中利用按键产生中断调用来改变30H和31H单元的值就可以改变占空比.系统流程图如图2-1所示 ：

开始 加速 发加速命令 系统初始化 减速

图 2-1 程序流程图

调用子程序 发减速命令