电力拖动自动控制系统课程设计--基于单片机的直流电机 PWM 控制系统

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1、 1 摘要摘要 本文主要设计一个基于单片机的直流电机 PWM 控制系统。 PWM 控制提高了调速 范围，提高了调速精度，改善了快速性能、功率 和功率因数。系统在设计中被控对象采用 5V 的直流电机，以 MCS-51 单片机为控制核心，采用 LCD12864 液晶作为显示元件， 进行软硬件的设计。硬件电路由 protel 设计制作，主要设计了 液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路和驱动电路。 软件设计在 Keil 开发平台用 C 语言编写，程序采用模块化设计 方案，包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本 系统 PWM 控制直流电机采用调压调速的方法，整体设计包括软件 和硬件两

2、个部 分。通过利用单片机产生 PWM 控制信号控制直流 电机，详细介绍脉宽调制 ( PWM) 控 制原理，直流电机的工作原 理和数学模型以及用 H 型桥电路基本原理设计的驱动电路。 通过 硬件电路的模拟情况，说明系统运行正常，各个功能模块实现是 可行的，控制精度 比较高，能够满足系统的基本要求。 关键词：关键词： 单片机；PWM；直流电机；L298N； 2 目录 一、 设计任务.4 二、 设计方案.4 1、 任务分析 4 2、 方案设计 5 3、 方案流程图 5 三、 系统硬件设计.6 1、 STC12 最小系统.6 （1） STC12C5A60S2 芯片 6 （2） 系统时钟电路10 （3）

3、 复位电路10 （4） 最小系统原理图11 2、 电机模块 .11 3、 L298N 模块12 4、 测速模块 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 5、 测压模块 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 6、 液晶模块 .13 7、 按键模块 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 8、 灯光信号模块 .14 四、 系统软件设计14 1、 软件流程图 .14 2、 PWM 程序设计 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 3、 测压程序设计 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 4、 测速程序设计 .15 （1）1S 定时程序 15 （2） 光电开关信号采样程序15 （3

4、） 电机速度计算程序16 5、 液晶驱动程序设计 .16 6、 菜单程序设计 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 7、 按键程序设计 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 8、 电机反电动势系数计算程序 .18 9、 电机力矩系数计算程序 .18 10、 逼近算法控制程序 18 11、 比例控制程序 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 12、 PID 控制程序.19 五、直流调速系统动态数学模型的建立.19 3 六、调速数据.23 1、 比例调速数据 .23 2、 PID 调速数据24 3、 逼近算法调速数据 .24 4、 反电动势系数和电机力矩系数数据 .25 七、心得体会

5、.25 参考文献.27 附录一 硬件原理图.28 附录二 硬件 PCB 图.29 附录三 程序清单.30 4 一、一、设计任务设计任务 本课题设计主要的目的是为了能够准确及时的控制直流电动 机的正转、反转、停止、加速和减速功能可以准确调节控制直流 电机的转速。同时，本设计可以自动测量计算直流电机的反电动 势系数以及马达的力矩系数。直流电机的转速控制分别采用三种 可选择的调速方案：逼近算法调速、比例控制调速和 PID 控制调 速。本系统采取了菜单式选择界面，方便了使用者对系统各项功 能的使用与选择，同时加入了大量图片设计和动画效果，使人机 交流界面更加人性化。 二、二、设计方案设计方案 1 1、

6、任务分析任务分析 本设计要求中央控制芯片具有定时计数的功能，一定的程序 存储空间，还要有足够的 IO 外接端口。由于本设计以 LCD12864 作为人机交流的显示界面，所以要求中央控制芯片具有一定的电 流驱动能力。LCD、电机控制信号、LED 指示灯、独立按钮，电压 采集这些都需要占用大量 IO 接口，所以要求中央控制芯片要有足 够多的外部接口以满足需要。本设计将采用菜单界面设计方面， 涉及大量图片和文字，所以要求控制芯片要有足够大的内存空间。 大量变量标志将实现各项菜单的切换，所以要求控制芯片要有足 够的 RAM 空间来存储临时变量。 本设计要求能准确控制电机的转向以及转速， 所以要求电机的 控制芯片就有较强的调速控制功能以及转向控制功能。 本设计要求所采用的的直流电机转速具有一定的可调空间以 5 及足够的灵敏度。 本设计涉及直流电机转速的采集，电机输出电压的测量，所以 要求本系统具有测量电机转速和采集电压的功能。 2 2、方案设计方案设计 由于 STC12c5a60s2 单片机具有 1280B 的 RAM，60KROM，P0-P4 数量众多的 IO 口，高达 2