1、1 目 录 摘摘 要要 . 2 1 设计工作分析 . 3 1.1 1.1 国内外发展概况国内外发展概况 3 1.2 1.2 本文的主要工作本文的主要工作 4 2 直流调速系统概述 4 2.1 直流电机的工作原理 5 2.2 直流电机的调速方法 6 2.3 H 桥电机驱动的概述 9 3 系统的硬件设计 10 3.1 系统设计方案论证 10 3.2 系统硬件电路设计 11 3.3 系统各模块设计 . 12 3.3.1 时钟电路 . 12 3.3.2 复位电路 . 13 3.3.3 稳压电源电路 14 3.3.4 信号输入电路 . 15 3.3.4 电机 PWM 驱动模块的电路 17 4 系统的软件
2、设计 18 4.1 单片机选择 . 18 4.2 系统软件设计分析 19 5 单片机系统综合调试 . 22 5.1 PROTEUS 设计与仿真平台 . 22 5.2 PROTEUS 设计与单片机传统开发过程比较. 23 5.3 仿真结果与分析 24 6 结束语 26 参考文献 27 附 录 . 28 附录 A 程序清单 28 附录 B 设计任务分配 36 2 摘摘 要要 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
3、 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
4、，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。 关键词:直流电机；调速；PWM;单片机 3 1 设计工作分析设计工作分析 1.1 1.1 国内外发展概况国内外发展概况 电力电子技术、功率半导体器件的发展对电机控制技术的发展影响极大，它们是密 切相关、相互促进的。近 30 年来，电力电子技术的迅猛发展，带动和改变着电机控制 的面貌和应用。驱动电
5、动机的控制方案有三种：工作在通断两个状态的开关控制、相位 控制和脉宽调制控制，在单向通用电动机的电子驱动电路中，主要的器件是晶闸管，后 来是用相位控制的双向可控硅。在这以后，这种半控型功率器件一直主宰着电机控制市 场。到 70 和 80 年代才先后出现了全控型功率器件GTO晶闸管、GTR、POWER-MOSFET、 IGBT和MCT等。利用这种有自关断能力的器件，取消了原来普通晶闸管系统所必需的 换相电路，简化了电路结构，提高了效率，提高了工作频率，降低了噪声，也缩小了电 力电子装置的体积和重量。后来，谐波成分大、功率因数差的相控变流器逐步由斩波器 或PWM变流器所代替，明显地扩大了电机控制的
6、调运范围，提高了调速精度，改善了快 速性、效率和功率因数。 直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速系统产生于 70 年代中 期。最早用于不可逆、小功率驱动，例如自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等 。近 十多年来，由于晶体管器件水平的提高及电路 技术的发展，同时又因出现了宽调速永 磁直流电机，它们之间的结合促使PWM技术的高速发展，并使电气驱动技术推进到一 个新的高度。 在国外，PWM最早是在军事工业以及空间技术中应用。它以优越的性能，满足那 些高速度、高精度随动跟踪系统的需求。近八、九年来，进一步扩散到民用工业，特别 是在机床行业、自动生产线及机器人等领域中广泛应用。 如今，电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显，促进电机控 制技术以更快的速度发展着。随着市场的发展，客户对电机驱动控制要求越来越高，希 望它的功能更强、噪声更低、控制算法更复杂，而可靠性和系统安全操作也摆上了议事 日程， 同时还要求马达恒速向变速发展， 还要符合全球环保法规所要求的严格环境标准。 进入 21 世纪后，可以预期新的更高性能电力电子器件还
