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单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案.doc
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单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案.doc
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单片机原理与应用课题设计
——P W M 直 流 电 动 机 调 速
控 制 系 统
专业:铁道机车车辆
班级: 函机车 2011-1 班
学号:
:斌

. . .
2 / 26
摘 要
直流电机具有良好的启动性能和调速特性,它的特点是启动转矩大,能在宽
广的围平滑、经济地调速,转速控制容易,调速后效率很高。
本文设计的直流电机调速系统,主要由 51 单片机、电源、H 桥驱动电路、LED
液晶显示器、霍尔测速电路以与独立按键组成的电子产品。电源采用 78 系列芯
片实现+5V、+15V 对电机的调速采用 PWM 波方式,PWM 是脉冲宽度调制,通过 51
单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控
制,LED 实现对测量数据(速度)的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方
波,通过 51 单片机对 1 秒的方波脉冲个数进行计数,计算出电机的速度,实现
了直流电机的反馈控制。
关键词:直流电机调速;H 桥驱动电路;LED 显示器;51 单片机

. . .
3 / 26
ABSTRACT
DC motor has a good startup performance and speed characteristics,
it is characterized by starting torque, maximum torque, in a wide
range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control
after the high efficiency. This design of DC motor speed control
system, mainly by the microcontroller 51, power supply, H-bridge
driver circuits, LED liquid crystal display, the Hall velocity and
independent key component circuits of electronic products. Power
supply with 78 series chip +5 V, +15 V for motor speed control using
PWM wave mode, PWM is a pulse width modulation, duty cycle by
changing the MCU 51. Achieved through independent buttons start and
stop the motor, speed control, turning the manual control, LED
realize the measurement data (speed) of the display. Motor speed
using Hall sensor output square wave, by 51 seconds to 1
microcontroller square wave pulses are counted to calculate the speed
of the motor to achieve a DC motor feedback control.
Keywords: DC motor speed control;H bridge driver circuit;LED display

. . .
4 / 26
目 录
摘 要 2
ABSTRACT3
目 录 4
第 1 章 引 言 5
1.1 概况 5
1.2 国外发展现状 5
1.3 要求 6
1.4 设计目的和意义 7
第 2 章 方案论证和选择 9
2.1 电机调速控制模块 9
2.2 PWM 调速工作方式 9
2.3 PWM 调脉宽方式 9
2.4 PWM 软件实现方式 9
第 3 章 系统硬件电路设计 11
3.1 信号输入电路 12
3.2 电机 PWM 驱动模块的电路 13
第 4 章 系统的软件设计 14
4.1 单片机选择 14
4.2 系统软件设计分析 14
第 5 章 单片机系统综合调试 17
5.1 PROTEUS 设计与仿真平台 17
5.2 PROTEUS 设计与单片机传统开发过程比较 18
5.3 仿真结果与分析 18
结束语 21
致 22
参考文献 23
附录 24

. . .
5 / 26
第 1 章 引 言
1.1 概况
现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化,因此必然要与各种控
制元件组成的自动控制系统联系起来,而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统
的简称。在这一系统中可对生产机械进行自动控制。
随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以与现代控制理论的应用,自动
化电力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、
高效率地生产。在大多数综合自动化系统中,自动化的电力拖动系统仍然是不可
缺少的组成部分。另外,低成本自动化技术与设备的开发,越来越引起国外的注
意。特别对于小型企业,应用适用技术的设备,不仅有益于获得经济效益,而且
能提高生产率、可靠性与柔性,还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更
是低成本自动化系统的重要组成部分。
在如今的现实生活中,自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展,
其中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那
样结构简单、价格便宜、制造方便、容易维护,但是它具有良好的起、制动性能,
宜于在广泛的围平滑调速,所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形
式。现在电动机的控制从简单走向复杂,并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为
广泛,例如:军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制;工业
方面的数控机床、工业机器人、印刷机械等设备的控制;计算机外围设备和办公
设备中的打印机、 机、复印机、扫描仪等的控制;音像设备和家用电器中的
录音机、数码相机、洗衣机、空调等的控制。
随着电力电子技术的发展,开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件
MOSFET和IGBT成为主流,脉宽调制技术表现出较大的优越性:主电路线路简单,
需要用的功率元件少;开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗和发热都
较小;低速性能好,稳速精度高,因而调速围宽;系统快速响应性能好,动态抗
扰能力强;主电路元件工作在开关状态,导通损耗小,装置效率较高;近年来,
微型计算机技术发展速度飞快,以计算机为主导的信息技术作为一崭新的生产力,
正向社会的各个领域渗透,直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。
1.2 国外发展现状
电力电子技术、功率半导体器件的发展对电机控制技术的发展影响极大,它
们是密切相关、相互促进的。近 30 年来,电力电子技术的迅猛发展,带动和改
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