单片机电机加减速课程设计.doc

重庆大学城市科技学院 课程设计 课 题 直流电机调速控制 院 系 电气信息学院 班 级 02班 组 长 组 员 指导教师 李立成 2013. 年 7 月 8 号 目录 1. 引言……………………………………………………………………… 2 1.1 开发背景……………………………………………………………. 2 1.2 选题的目的和意义…………………………………………………. 2 1.3 研究方法……………………………………………………………. 3 2. 总体设计概述……………………………………………………………. 3 2.1总体硬件电路设计…………………………………………………… 4 2.1.1系统总体设计框图……………………………………………… 4 2.1.2 8051单片机简介………………………………………………… 4 2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型……………………………… 5 3. 系统软件部分的设计…………………………………………………… 5 3.1 主程序设计..............................................9 3.1.1主程序设计………………………………………………………….9 3.1.2程序设计……………………………………………………………10 3.1.3 Protues仿真图……………………………………………………14 3.1.3 实体实验成果………………………………………………………15 4. 系统调试……………………………………………………………………16 4.1软件调试………………………………………………………………16 4.2系统仿真………………………………………………………………16 结论………………………………………………………………………17 致谢………………………………………………………………………17 参考文献…………………………………………………………………18 1.设计内容及目的 开发背景 现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采 用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机 的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转 变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、 高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机 ），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉 宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。 1.2设计任务 1）.实现步进电机的加速和减速。 2）.用LCD1602显示电机当前的运动状态。 3）.要设计独立的启动.减速.加速及停止控制按钮。 1.3设计器材 52单片机 电机 LCD1602显示器 焊接板 电阻 开关若干 导线若干等 1.4选题的目的和意义 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速 或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是 交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、 非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一， 而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广 。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为 直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成 控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 2.设计过程 2.1研究方法 本文主要研究了利用MCS- 51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。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最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热 点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实 现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采 用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过L298芯片来驱动电机，实现电机的 调速控制。利用1602液晶显示屏显示电动机的实时状态。 2.2 总体设计概述 单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。P WM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制 要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断 开电源，并根据需要改变一个周期内" 该课程设计旨在通过单片机实现直流电机的加减速控制，使用8051单片机作为核心控制器，配合其他外围芯片，构建一个能够实时显示电机运行状态的系统。设计内容包括步进电机的加速与减速功能，LCD1602显示器用于显示电机的运动状态，以及独立的启动、减速、加速和停止控制按钮。 直流电机调速在现代工业生产中扮演着重要角色，其调速原理基于改变电机输入电压，常用的方法是PWM（脉冲宽度调制）。通过调整PWM信号的占空比，可以改变电机的平均电压，进而控制电机转速。这一方法相比传统的模拟电路控制，具有更简单、灵活的特性，且易于实现数字化和智能化。 设计任务包括：1) 实现步进电机的加速和减速，这通常涉及到精确的时序控制和脉冲生成；2) 通过LCD1602显示器显示电机的实时状态，如转速、方向等，这需要编写对应的显示程序并与单片机通信；3) 设计独立的控制按钮，这涉及到输入信号的处理和解析。 在硬件设计上，8051单片机是一种广泛应用的微控制器，具备丰富的I/O接口，适合用于电机控制。系统中还可能使用到L298这样的电机驱动芯片，用于驱动电机并实现调速。此外，还需要电阻、开关、焊接板和导线等基本电子元件。 软件设计部分，主程序将包括初始化设置、电机控制逻辑、状态更新和显示逻辑。在编写程序时，会使用到C语言或其他汇编语言，通过编程实现PWM的生成、电机状态的读取和显示更新等功能。在开发过程中，可能会使用到Protues进行仿真，以验证程序的正确性。 系统调试阶段，软件调试包括检查代码逻辑错误，确保电机控制指令正确执行。系统仿真则是验证整个硬件和软件系统的协同工作能力，确保电机按照预期加速、减速，同时LCD1602能准确显示电机状态。 此课程设计的意义在于，学生可以通过实践加深对单片机控制原理的理解，掌握直流电机调速技术，同时提升硬件设计和软件编程的技能。此外，采用单片机控制可以提高系统的可靠性和效率，降低成本，有利于未来在实际工程中的应用。 总结，这个课程设计是一个综合性的项目，涵盖了单片机控制、电机调速原理、硬件电路设计和软件编程等多个方面，对于电气信息学院的学生来说，是一次宝贵的理论与实践相结合的学习机会。通过这个项目，学生不仅能学到直流电机调速的基本知识，还能了解到单片机在控制系统中的重要作用，为未来从事相关工作打下坚实基础。