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1、计算机控制技术课 程 设 计直流电机PWM控制调速系统设计陈礼娥200830460203陈庭宇200830460205 李光文200830460216 李锦涛200830460217李宇宏200830460218 练 文200830460219 指导教师 邹恩、闫国琦学院名称工程学院 专业班级08级自动化2班设计提交日期2011年12月 设计答辩日期2011年12月目 录 1、设计题目及要求3 1.1课程设计题目：直流电机调速系统3 1.2设计要求3 2、电机调速系统的整体设计3 2.1 PWM 基本原理4 2.2直流电机PWM调速系统原理图4 3、电路硬件设计5 3.1键盘电路5 3.2晶振
2、电路5 3.3复位电路6 3.4数码管显示电路6 3.5接口电路7 3.6总电路图7 4、直流电机PWM调速系统软件设计8 4.1程序流程图8 4.2单片机PWM调速程序设计8 5、电路调试与结果8 5.1故障现象8 5.2故障排除9 5.3仿真波形图9 6、收获与心得10 7、小组分工10 8、参考文献11附1：硬件电路图12附2：PWM调速程序 13摘 要 脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)，就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间t对脉冲的宽度进行调制的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术等领域最广泛应用的控制方式。
3、本次课程设计，通过51单片机程序实现PWM控制调速，结合各种功能电路，实现直流电机的调速。关键词：脉冲宽度调制、单片机、直流调速系统 1、设计题目及要求1.1课程设计题目：直流电机调速系统 实现一个直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停以及速度开环控制，需要有速度显示电路。采用PWM方式控制。单片机系统采用ISP方式编程，自己制作接口电路。1.2设计要求（1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括芯片选用，系统构成框图，确定参数范围等；（2）系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路；（3）系统软件设计；（4）制作电路板，搭建系统，调试。（5）撰写课
4、程设计报告。2、电机调速系统的整体设计2.1、PWM基本原理脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。简而言之，就是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉
5、宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。PWM方式是在大功率开关晶体管的基极上，加上脉冲宽度可调的方波电压，控制开关管的导通时间t，改变占空比，达到控制目的。图1 PWM控制方式输出波形2.2直流电机PWM调速系统原理图调速按键电路单片机控制电路晶振电路复位电路数码显示电路232接口电路图2调速系统原理图3、电路硬件设计3.1键盘电路图3 键盘电路 两个开关并联电容的电路分别接入单片机的P1.0和P1.1口。 通过按动上下两个开关S3、S2，分别用于增加、减小占空比，从而实现直流电机的调速；此外，
6、为了减少机械弹性开关按钮按下时的机械动作对电路功能的影响，必须消除抖动，采用并联电容法，分别在两个开关的两端并联电容，使键盘电路更可靠。3.2晶振电路图4 晶振电路使用芯片内部时钟时，XTAL1、XTAL2两个引线端应外接晶振和微调电容，其中XTAL1为外部振荡电路的输入端，XTAL2为震荡电路的输出端，此时，晶振的固有频率就是振荡电路的频率。3.3复位电路图5 复位电路采用按键手动复位电路，按下按键时，利用RC微分电路产生的正脉冲（即高电平信号），接到单片机的RST口，使单片机复位回到初始状态。3.4数码管显示电路（速度显示电路）图6 数码管显示电路将单片机的P2的8个接口作为输出，外接到一
7、个数码管中，用于显示速度，也就是通过按键改变占空比调速的程度。3.5 232接口电路图7 接口电路MAX232芯片为电脑的RS232标准串口设计的接口电路，其中，13（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（TIOUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2OUT）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。在MAX232接口电路中，数据从T1IN输入转换RS-232数据从T1OUT、送到电脑的DP9插头；DP9插头的RS-232数据从R1IN输入转换成数据后从R1OUT输出，从而实现单片机与电脑串口之间的通信。3.6总电路图图8 总电路图4、直流电机
8、PWM调速系统软件设计4.1程序流程图开 始系统初始化，开中断INT0显示转速是否有按键？读取键值调整转速YNINT0中断关中断，保护现场读取计数值计算转速改变占空比恢复现场，开中断图9程序流程图4.2 51单片机PWM调速程序（见附件2）5、电路调试与结果5.1故障现象： 在电路调试过程中，我们组的电路板出现了一些异常现象，例如：单片机不能正常输出，按下按键时数码管熄灭等。5.2故障排除：在经过对电路原理图、软件程序代码以及对电路焊接的一系列检查以后，我们发现以上出现的故障主要由晶振电路出现虚焊、单片机没有设置接地引起。经过对上述原因的作出修改后，电路正常工作，实现了直流电机PWM控制调速，
9、调速级别为0到9十个档位。5.3仿真波形图（使用Protues软件）图10 波形图一图11 波形图二图13 波形图三6、收获与心得该系统调速精度与调速范围要求不是很高，但与传统的晶闸管可控调速系统相比，它具有调速范围宽、快速性能好、功率因数高、结构简单等优点，使之以广泛应用于各行各业的直流调速系统当中。通过结合各种功能电路的设计、以及单片机编程知识的理解，我们小组通过努力，终于完成了本次课程设计，虽然在这过程中也遇到过困难，但是我们组员还是耐心的检查电路出现故障，并通过排除故障，最终实现了所要求的功能。通过亲身体验做课程设计的目的，在于通过理论与实际的结合，进一步提高我们观察、分析和解决问题的
10、实际工作能力。大四了，马上就要面对社会开始工作，理论的学习我们或许已经掌握的很好，但实际的工作能力就是有待提高的了，通过本次设计以便积累一些经验对我们来说肯定是很有利的。7、小组分工硬、软件设计练文 电路板制作李光文、李锦涛 电路调试练文、李宇宏 论文撰写陈庭宇资料查阅陈礼娥参考文献1郭天祥 十天学会单片机和C语言编程 2王卫星 单片机原理与应用开发技术 中国水利水电出版社 20093刘川来 胡乃平 计算机控制技术 机械工业出版社 2011附1：硬件电路图附2：PWM调速程序/51单片机PWM调速程序2011-12-20 19:30/*/* 程序名：PWM直流电机调速 */* 晶振：11.00
11、592 MHz CPU型号：AT89C52 */* 直流电机的PWM波控制，可以直接的调速从0到9级的调速 */ /*/ #include#define TH0_TL0 (65536-1000)/设定中断的间隔时长unsigned char code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char count0 = 50;/低电平的占空比unsigned char count1 = 0;/高电平的占空比sbit Key_add=P10; /电机减速sbit Key_dec=P11; /电机加速sbit
12、PWM2=P00;/PWM 通道，正转脉冲unsigned int z;unsigned char Time_delay;/*函数声明*/void Delay(unsigned char x);void Timer0_init(void);/*延时处理*/void Delay(unsigned char x)Time_delay = x;while(Time_delay != 0);/等待中断，可减少PWM输出时间间隔/*定时器0初始化*/void Timer0_init(void)TMOD=0x01; /定时器0工作于方式1TH0=TH0_TL0/256;TL0=TH0_TL0%256;TR
13、0=1;ET0=1;EA=1;/*主函数*/void main(void)Timer0_init();while(1)/*数码管显示*/z=count0/10;P2=tablez;/*按键处理加pwm占空比，电机加速*/ if(Key_add=0) Delay(5); if(Key_add=0) count0+=10; if(count0=100) count0=100; while(!Key_add);/等待键松开/*按键处理减pwm占空比，电机减速*/if(Key_dec=0) Delay(5); if(Key_dec=0) count0 -= 10; if(count0 = 0) cou
14、nt0 = 0; while(!Key_dec );/*定时0中断处理*/void Timer0_int(void) interrupt 1 using 1TR0 = 0;/设置定时器初值期间，关闭定时器TL0 = TH0_TL0 % 256;TH0 = TH0_TL0 / 256 ;/定时器装初值TR0 = 1; if(Time_delay != 0)/延时函数用 Time_delay-; if(+count1 = 100) count1=0; 芁蚈蚇膁膇蚇蝿羃蒅螆袂腿莁螅羄羂芇螄蚄膇芃莁袆肀腿莀羈芅蒈荿蚈肈莄莈螀芄芀莇袂肇膆蒆羅衿蒄蒅蚄肅莀蒅螇袈莆蒄罿膃节蒃虿羆膈蒂螁膁蒇蒁袃羄莃蒀羆膀艿蕿
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