基于单片机的直流电机调速系统的课程设计.doc

《基于单片机的直流电机调速系统》 本课程设计主要涉及的是一个基于8051单片机的直流电机调速系统。该系统利用霍尔元件作为测速元件，L298N作为电机驱动芯片，通过PWM调速技术来控制直流电机的转速，并通过矩阵键盘实现对电机的启停、加速、减速、反转和制动等功能，同时通过LCD显示器实时显示电机的转速变化。 直流电机调速原理主要基于电枢控制法。对于直流电动机，其转速与电压、励磁绕组内阻、每极磁通、电势常数和转矩常数等因素有关。通常，电枢控制法是工业生产中常用的控制方式，因为它可以通过调节电枢电压来改变电机转速，而磁场控制法则因为受低速时磁场饱和和高速时换向火花的限制，以及励磁线圈电感大导致动态响应差，较少被采用。 系统硬件设计包括以下几个关键部分： 1. **调速系统总体设计**：核心是8051单片机，它通过H桥电路芯片L298来驱动电机。霍尔器件用于速度检测，转换为脉冲信号，PWM模拟发生器则用于生成调速所需的脉宽调制信号。LCD显示器和3*4的键盘作为人机交互界面，实现各种操作功能。 2. **PWM信号发生电路**：PWM调速是通过控制电源开关频率，改变电机两端的电压平均值，从而调整电机转速。占空比D（t1/T）决定了电机的平均速度，通过调整占空比，可以实现电机速度的连续调节。 3. **单元模块设计**： - **驱动主电路模块**：采用L298N芯片，它可以接受TTL逻辑电平信号，最大输出电流可达2.5A，能够驱动电感性负载。通过控制1脚和15脚的发射极接入电流采样电阻，实现电流传感。此外，L298N的输入端需用光耦合隔离电路保护，防止电机反向电动势对电路的影响。 - **人机接口电路**：80C51单片机通过扩展8155A接口与矩阵键盘和LCD显示器通信，8155A的I/O口和RAM单元通过地址线和数据线连接，实现灵活的数据交换。 整个系统设计巧妙地结合了硬件电路和软件控制，实现了对直流电机的高效、精确调速，同时也提供了直观的人机交互界面，使得操作更为便捷。这种基于单片机的调速系统在自动化设备、工业机器人等领域有广泛应用。