1、计算机控制系统课程设计计算机控制系统课程设计 电机速度电机速度控制系统控制系统 一、一、选定题目：选定题目：电机速度控制系统 二二、设计目的和要求：设计目的和要求：计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程， 它不仅需要微型机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的 生产工艺知识。 课程设计包括确定控制任务、 系统总体方案设计、 硬件系统设计、 控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。 三、三、系统总体方案：系统总体方案： 系统简介：系统简介： 采用由达林顿管组成的 H 型 PWM 电路，用 A T89C51 单片机控制达林顿管使之工 作在占空比
2、可调的开关状态，精确调整电动机转速。设计需要使用的软件资源比较 简单，只需要完成编码器采样部分、键盘控制部分以及显示输出功能。采用 A T89C51 进行 控制比较简单、易控制、可靠性高、抗干扰能力强、精度高且体积大大减小。输出速度的调 节是通过键操作。A T89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性 能 CMOS8 位微处理器.具有 4K 字节可编程闪烁存储器,可擦除的的只读存储器(PEROM), A TMEL 的 A T89C51 是一种高效微控制器. A T89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一 种灵活性高且价廉的方案. 三级程序存储器锁定、128*
3、8 位内部 RAM、32 可编程 I/O 线、 两个 16 位定时器/计数器、5 个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和 电模式、片内振 荡器和时钟电路。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。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。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。 结构框图：结构框图： 五、五、各个硬件模块设计及原理图各个硬件模块设计及原理图 5.1
4、、电源电路、电源电路 （1）芯片介绍 芯片采用 7805,7815 就代表它所输出的电压值，能降低电压 4-5V 用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还 有过流、过热及调整管的保护电路。该系列集成稳压 IC 型号中的 78 或 79 后面 的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如 7805 表示输出电压为+5V，7905 表示输出电压为-5V。 （2）电路原理图 电源电路采用 78 系列芯片产生+5V、+15V。电路图（使用 Multisim 绘制） ： 5.5.2 2、H H 桥驱动电路桥驱动电路 图 1 所示的 H 桥式电机驱动电路包括 4 个三极管和一
5、个电机， 电路得名于“H 桥驱动电 路”是因为它的形状酷似字母 H。如图 1 所示，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。 键 盘 显示器 接 口 电 路 单 片 机 PWM 控制 驱动电路 电动机 速度采集电 路 图 1 H 桥驱动电路 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图 2 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，
6、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）。 图 2 H 桥驱动电机顺时针转动 图 2 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的情况，电流将从右至左流过电机。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 3 H 桥驱动电机逆时针转动 基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用 H 桥功率驱动电路，H 桥 功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动永磁步进电机 或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电， 也就是说绕组有时需正 向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用 H 桥驱动。直流电机控制使用 H 桥驱动电路，当 PWM1 为低电平,通过对 PWM2 输出占空比不同的矩形波使三极管 Q1、 Q6 同时导通 Q5 截止， 从而实现电机正向转动以及转速的控制； 同理， 当 PWM2 为高电平,通过对 PWM1 输出占空比不同的矩形波使三极管 Q1、Q6 同时导通，Q6 截止，从而实现电机反向转动以及转速的控制。 H 桥的电机驱
