基于单片机的直流伺服电机脉冲宽度调制控制系统的设计课程设计.doc

课程设计任务书 "分院（系） "信息科学与工程 "专业 "自动化 " "学生姓名 "XXX "学号 "XXXX " "设计题目 "基于单片机的直流伺服电机脉冲宽度调制控制系统的设计 " " "——软件设计部分 " "课程设计内容及要求： " "内容： " "设计电路，选择器件 " "利用Proteus画原理图 " "编程、调试 " "焊接电路，调试 " "要求： " "1 控制直流伺服电机的正转还是反转 " "2 通过改变输出电压平均值调节直流伺服电机转速 " " " "进度安排:（10天） " "查资料（2天） " "2、设计电路画电路图（2天） " "3、编程与调试（2天） " "4、焊接硬件电路并调试（2天） " "5、写报告（2天） " "指导教师（签字）： "学院院长（签字）： " " " " "年 月 日 "年 月 日 " 摘 要 随着电子行业的飞速发展，单片机在我们的生活中出现的越来越多，更加成为了不可 或缺的主角。单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用 。从单片机的发展历程看，未来单片机技术将向多功能、高性能、高速度、低电压、低 功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。 直流伺服驱动器凭借其优异的驱动性能，在工业、医疗、国防等领域有着广泛应用。 传统的伺服驱动器使用运放为核心的模拟电路构成，其有结构复杂、参数调整不易和系 统性能易受环境影响等缺点。随着微处理器技术、模拟数字接口技术和功率半导体技术 的长足发展，现代的直流伺服驱动器普遍采用由微处理器为核心的数字控制系统。以微 处理器为核心的伺服驱动器不但可以方便实现以前用模拟电路无法实现的控制算法，并 且有着结构简单、参数调整方便、系统性能对环境参数不敏感等优点。 在自动化的学习中,将单片机的应用引入实验教学必将对微电子控制技术的研究与实 践注入强大活力。我们研制的直流伺服电机控制实验装置即以单片机作为核心部件,它可 完成对直流伺服电机转速、方向、行程的闭环控制。本文重点介绍了一种基于单片机的 直流伺服电机转速控制实验装置,论述了其硬件组成原理和软件设计思想。 关键字：单片机 直流伺服电机 转速 脉冲 目 录 引 言 1 1 系统设计介绍 2 1.1系统原理概述 2 1.2系统设计概述 3 1.2.1正反转控制设计 3 1.2.2加速控制设计 3 1.2.3减速控制设计 3 2 系统硬件设计 4 2.1硬件组成 4 2.2主要器件功能介绍 5 2.2.1直流伺服电机简介 5 2.2.2 PWM简介及调速原理 5 2.2.3 单片机简介 7 2.2.4 AT89C51简介 7 2.2.5 使用二极管简介 10 2.3 电路组成 11 2.3.1 晶振电路 11 2.3.2 复位电路 12 2.3.3 单相桥式整流电路 12 2.3.4 调制电路 13 3 系统软件设计 13 3.1伟福仿真器简介 13 3.1.1 主界面介绍 13 3.1.2仿真头介绍 14 3.2.2 仿真器介绍 15 3.2 Proteus介绍 15 3.2.1 Proteus简介 15 3.2.3 具有4大功能模块 18 3.2.4 Proteus提供了丰富的资源 19 3.2.5 电路功能仿真 20 3.3 程序流程图 21 3.4 汇编设计 22 3.5 仿真结果图 24 设计总结 25 参考文献 26 引 言 脉冲宽度调制(PWM)，是英文"Pulse Width Modulation"的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制 的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 随着PWM技术得到了高速发展，各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而 生，许多单片机也都有了PWM输出功能。而MCS—51系列单片机作为应用最广泛的单片机之 一，却没有PWM输出功能，本课设采用配合软件的方法实现了MCS—51单片机的PWM输出调 速功能，这对精度要求不高的场合时非常实用的。 设计的原理分析及实现 1 系统设计介绍 1.1系统原理概述 该课设是基于单片机利用脉冲宽度调制来控制伺服直流电动机的转速以及转向，是一 个典型的控制系统。 脉冲宽度调制主要是改变脉冲信号的占空比来实现控制的。当增加脉冲的占空比，伺 服直流电动机转速增加；反之，其速度降低。所以通过控制脉冲的占空比可以控制伺服 直流电动机的转速。 下图是系统的原理图，图中单片机AT89C51，其主要功能就是将开关的模拟信号转化 成数字信号，并通过固定程序，通过对信号的识别，输出相应的控制信号。系统图的最 右侧是采用IGBT作为开关器件的单相桥式PWM逆变电路。以电动机作为负载，工作时Q1, Q3的通断状态互补，Q2,Q4的通断状态也互补。PWM逆变