1、 1 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.1 课题背景 直流电机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电机的调速控制是电机 应用的一个重要技术保障。直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过 载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。 为此，本文设计了一个直流电机控制系统，可以实现对直流电机转动速度和 转动方向的高效控制。 1.2 毕业设计任务 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个直流电机控制系统。本系统采用 STC10F04 作为控制单元，通过键盘实现对直流电机转动方向及转动速度的控制， 并且将直流电机的转动速度动态显示在 LED 数码管上。 通过本课题，一方面我在查阅资料的基础上
2、，了解 STC10F04 单片机控制的 一些基本技术， 掌握其控制系统的分析方法与实现方法,能对单片机外围电路设计 进行系统学习与掌握；另一方面，通过设计直流电机控制系统的硬件电路，控制 程序和相应的电路图，培养自己的自学和动手能力，从而为今后参加工作或进一 步深造打下良好的基础。 设计的直流电机控制系统有以下功能： 1. 直流电机的启停控制 2直流电机的正反转控制 3. 直流电机的加速控制 4. 直流电机的减速控制 5. 直流电机转速的动态显示 1.3 方案的选择 直流电机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电机的调速控制是电机 应用的一个重要技术保障。直流电机具有良好的调速性能、较大的起
3、动转矩和过 2 载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。 目前，直流电机调速控制方法很多，随着计算机进入控制领域以及新型的电 力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation，简称 PWM)已成为直流电动机新的调速方式。这种调速方法具 有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种 调速方式很容易在单片机控制系统中实现，硬件比较简单，运算速度快，精度高， 因此具有很好的发展前景。本设计采用单片机产生 PWM 脉宽信号来控制直流电 机的转速。 1.4 系统方案的实现 单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路
4、组成。复位电路为单片机系统提 供可靠复位，使单片机能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个 功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。 键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的 P2.0、p2.1、p2.2 和 P2.3 相连。实现对直流电机的控制。并且键盘上连接有发光 二极管，以指示键盘状态。 数码显示模块采用共阴极数码管来动态显示直流电机的实际转动速度。利用 I/O 口为数码管的com端提供低电平。 二号单片机的P1口提供数码管的段选信号， P2.6 和 P2.7 控制数码管的位选信号。 测速模块采用开关霍尔片对安放在直流电机转盘上的小磁片
5、的磁信号进行检 测，直流电机转盘每次带动小磁片经过霍尔片时，其都将有脉冲信号从霍尔片输 出。单片机外部中断口对信号进行采集。 直流电机驱动模块选用驱动芯片 L298，驱动直流电机转动。该模块与单片机 的 P1.0P1.3 相连。 电源模块是通过将市电 220V 转变为直流 12V 和直流 5V 分别供给驱动模块 和单片机模块。采用电源模块 LM2576 和 L7805 3 第第 2 2 章章 硬件系统分析与设计硬件系统分析与设计 2.1 直流电机 2.1.1 2.1.1 直流电机的结构直流电机的结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到， 直流电机的结构应由定子和和转 子两大部分组成。直
6、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控制。 2.1.2 2.1.2 直流电机的特性直流电机的特性 1. 调速性能好 所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动 机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范 围较宽。 2. 起动力矩大 可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速 的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。 2.1.3 2.1.3 直流电机的种类直流电机的种类 直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、 产生励磁磁通势而建立主磁场的问 题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。 1他励直流电机 励磁绕组与电枢绕组无联接关系， 而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称 4
