基于增强型51单片机的直流电机PWM调速设计报告（运动控制系统课程）.doc

基于增强型51单片机的直流电机PWM调速 运动控制系统课程 题目：基于增强型51单片机的直流电机PWM调速 目 录 1 设计要求 PAGEREF _Toc294253371 \h 1 TOC \o 1-2 \u 2 系统方案论证与选择 PAGEREF _Toc294253371 \h 1 3 系统的原理与应用 PAGEREF _Toc294253372 \h 2 4 硬件部分 PAGEREF _Toc294253375 \h 3 4.1 单片机的选型 PAGEREF _Toc294253376 \h 3 4.2 驱动模块 PAGEREF _Toc294253377 \h 4 4.3 测速模块 PAGEREF _Toc294253378 \h 5 4.4 显示模块 PAGEREF _Toc294253382 \h 6 5 软件部分 PAGEREF _Toc294253384 \h 7 5.1主程序及系统初始化模块 PAGEREF _Toc294253385 \h 7 5.2程序代码（Keil51编译） PAGEREF _Toc294253386 \h 7 6 报告总结 PAGEREF _Toc294253372 \h 10 7 参考文献 PAGEREF _Toc294253372 \h 10 附件 PAGEREF _Toc294253372 \h 11 基于增强型51单片机的直流电机PWM调速 17 - 基于增强型51单片机的直流电机PWM调速 1 设计要求 设计一套电机功率15W可逆直流调速系统。要求：必须要有完整地系统原理框图，实际电路图、实用电路接线图（要求标注清晰电路元件参数，说明选择依据），最好能找到相应动画或者视频影像资料证明相对应的设计。 根据设计要求我们设计出基于增强型51单片机控制的可逆直流调速系统，电机功率为15W，利用PWM调速。 2 系统方案论证与选择 方案一：根据电动机在其额定电压时，电动机有一定的额定转速，随着其输入电压的减小，其转动速度也相应的减小。该方案通过直接外加可调电阻改变直流电源来控制电机的转动速度，达到人们所需要的大约速度。 方案二：以旋转变流机组作为可调电源来控制直流电动机的转动速度。由交流电动机（称原动机，通常采用三相交流异步电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节发电机的励磁电流If的大小，就能够方便地改变其输出电源U，从而调节电动机的转速n。 图1 方案三：采用单片机进行控制。单片机控制输出PWM脉冲，利用脉宽调制的方法使直流电机电枢电压平滑调节。在单片机控制部分通过单片机内部的A/D转换器检测到电位器的电压URp，根据URp的大小输出占空比可调的PWM波，然后通过驱动电路驱动直流电机。数码显示电动机的转速。由于增强型51单片机STC12C5204AD内部集成8路A/D转换、2路PWM输出，因此采用STC12C5204AD进行控制比较简单、可靠性高、抗干扰能力强、精度高且体积大大减小。 图2 系统原理框图 方案分析：方案一只能以减小所给电压值而能使电动机的转速有相应的减小，此方案操作性差且不安全。方案二所需的设备多、体积大、效率低、运行噪声大、安装维护困难。方案三硬件电路简单，控制主要通过软件编程来实现，主要完成ADC采样部分、PWM占空比控制部分以及转速显示功能，修改方便。所以设计采用方案三。 3 系统的原理与应用 脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制（PWM）的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。桥式可逆PWM变换器电路如图3所示。这是电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。 图3 桥式可逆PWM变换器电路 晶体管的驱动信号为：左边VT1和VT2的驱动信号Ug1=－Vg2，正、负交替的脉冲波形，使VT1和VT2交替导通；右边VT3和VT4的驱动信号则按电动机的转向施加不同的控制信号：电动机正转时， Ug3恒为负，Ug4 恒为正，VT3截止，VT4常通；电动机反转时，则相反。单极性可逆PWM变换器的电力电子器件VT3和VT4两者中总有一个常通、一个截止，运行中无需频繁交替导通，因此和双极性可逆PWM变换器相比，减少了开关损耗，提高了装置工作的可靠性。 图4 单极性PWM控制方式波形 4 硬件部分 4.1 单片机的选型： STC12C5204AD单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）、高速/超强抗干扰的新一代增强型8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路