1、目录目录 一、一、 设计目的设计目的 二、二、 设计任务和要求设计任务和要求 三、三、 设计原理分析设计原理分析 四、四、 硬件资源及原理硬件资源及原理 五、五、 硬件图硬件图 六、六、 程序框图程序框图 七、七、 程序程序 八、八、 调试运行调试运行 九、九、 仿真截图仿真截图 十、十、 设计心得体会设计心得体会 一、设计目的一、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
2、，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、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
3、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
4、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。
5、 四、硬件资源及原理四、硬件资源及原理 1.1.1 1 直流电机调速原理直流电机调速原理 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下 公式： n=U/Cc-TR内/CrCc 其中：U电 压；R内励磁绕组本身的电阻；每极 磁通(Wb)；Cc电势常数； Cr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
6、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 期内“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 “开关驱动装置” 。 图 1-2 电枢电压占空比和平均电压的关系图 根据上图， 如果电机始终接通电源时， 电机转速最大为 m ax V ， 占空比为 D= 1 t /T， 则电机的平均速度为： Dmax V=V*D ，可见只要改变占空比 D，就可以得 到不同的电机速度，从而达到调速的目的。 1 12 2 直流调速系统实现方式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 d U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，
