直流电机调速与控制设计报告
1、直流电机正反转及调速设计报告
本章介绍了直流电机的特点及其发展概况，然后介绍了直流电机在工业控制等领域中的具体应用，同时阐述了直流电机控制中有待研究的问题。并在此基础之上介绍了本课题的选题背景和意义，最后列出了本文研究的主要内容及全文的结构安排。
1.1直流电动机控制的发展历史及研究现状
1.1.1直流电动机控制的发展历史
常用的控制直流电动机有以下几种:第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机-电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等，特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机、电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积大，维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机、电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电机、电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点:维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(放大倍数1000)高10倍;在响应快速性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。[14]
直流电机驱动与控制电路设计报告MMZ
直流电机驱动与控制电路设计报告MMZ 摘要
本文主要介绍了直流电机驱动和控制电路的设计，该电路应用于基于MMZ系列直流电机的应用。
在电源连接之后，通过控制器连接电机和接收端，在控制器中的PWM调速模式控制直流电机的转速。
通过对电路图的分析，可以知道该电路可以实现直流电机的变频控制和调速控制功能。
该电
路的优点包括低成本，高可靠性，简单的操作等。
关键词：MMZ系列直流电机，变频控制，控制器，PWM调速
1绪论
随着信息技术的发展和人们生活水平的提高，各行业对电机的要求越
来越高，直流电机的应用非常广泛。
直流电机有很多优点，首先它的功耗低，其次它的抗干扰性强，可以承受比较大的风扇或水泵负荷，同时它还
具有可调速度和方向控制的特性，这使其在工业生产中起到了重要作用。
MMZ系列直流电机是一种新型的高性能直流电机，它具有较高的功率
和较低的噪声，大大降低了系统损耗，而且还具有良好的稳定性和可靠性，所以在工业自动化控制领域有着广泛的应用。
为了使电机具有良好的方向
控制特性和速度控制的功能，必须进行变频控制和调速控制，这就要求电
机配备有电源模块、控制器模块和接收端模块。
最小拍控制系统及直流电机闭环调速控制系统设计和实现实验报告
最小拍控制系统及直流电机闭环调速控制系统设计和实现实验报告班级：xx姓名：xx学号：xx时间：第16周周日9-12节指导老师：xx老师最小拍控制系统一．实验目的1.掌握最小拍有纹波控制系统的设计方法。
2.掌握最小拍无纹波控制系统的设计方法。
二．实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三．实验原理典型的最小拍控制系统如图4.1-1所示，其中 D(Z)为数字调节器，G(Z) 为包括零阶保持器在内的广义对象的Z 传递函数，Φ (Z)为闭环Z 传递函数，C(Z) 为输出信号的Z 传递函数，R(Z) 为输入信号的Z 传递函数。
1．最小拍有纹波系统设计。
图4.1-2是一个典型的最小拍控制系统。
针对阶跃输入，其有纹波系统控制算法可设计为：2．最小拍无纹波系统设计。
有纹波系统虽然在采样点上的误差为零，但不能保证采样点之间的误差值也为零，因此存在纹波现象。
无纹波系统设计只要使U(Z) 是Z-1的有限多项式，则可以保证系统输出无纹波。
即：式中 Pi 、Z i――分别是G(Z) 的极点和零点。
为了使U(Z) 为有限多项式，只要Φ (Z)的零点包含G(Z) 的全部零点即可，这也是最小拍无纹波设计和有纹波设计的唯一不同点。
如图4.1-2所示，针对单位斜波输入，无纹波系统控制算法可设计为：3．实验接线图。
图4.1-2所示的方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。
上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部 1 ＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259的7 号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX 的I/O 管脚P1.0 ，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。
4．数字控制的实现。
图4.1-4是数字控制器实现的参考程序流程图。
四．实验步骤1. 参考流程图4.1-4编写程序，检查无误后编译、链接。
直流电动机调速实验报告
直流电动机调速实验报告摘要：本次实验通过对直流电动机调速系统的设计与搭建，探索了采用不同控制方法对电动机进行调速的效果与特性。
通过实验验证，得出了电流调速和电压调速方法在直流电动机调速中的应用特点和优缺点。
一、引言直流电动机是一种广泛应用于工业生产中的电动机，其具有调速范围广、响应快、工作可靠等特点。
直流电动机调速是工业自动控制系统中的常见问题，其调速性能直接影响到生产设备的工作效率和质量。
因此，对直流电动机调速系统进行研究与实验具有重要的意义。
二、实验目的1.熟悉直流电动机的基本结构和工作原理；2.掌握电流调速和电压调速在直流电动机调速中的应用特点；3.进行实验验证，分析电流调速和电压调速的优缺点。
三、实验原理直流电动机的调速方法主要包括电流调速和电压调速两种。
电流调速通过改变电机的输入电流来调节电机的转速，而电压调速则是通过改变电机的输入电压来调节电机的转速。
电流调速适用于负载变化较大的场合，而电压调速适用于负载稳定的场合。
四、实验设备与材料1.直流电动机；2.调速器；3.控制器；4.多用表；5.实验电路板等。
五、实验步骤1.搭建电流调速实验电路，连接电动机、调速器和控制器；2.按照实验要求调节控制器的参数；3.打开电源，设置控制器的输入信号；4.在实验过程中记录电机的转速、电流和输出功率等参数；5.将实验数据整理并进行分析。
六、实验结果与讨论根据实验数据，绘制了电流调速和电压调速的转速-负载特性曲线。
分析实验数据发现，电流调速方法在负载变化较大时，保持了较稳定的转速，且响应速度较快。
而电压调速方法在负载较稳定时能够保持较好的速度稳定性，但对于负载变化较大的情况，则转速会有较大波动。
七、结论通过本次实验研究发现，电流调速和电压调速方法在直流电动机调速中具有不同的应用特点和优缺点。
电流调速适用于负载变化较大的场合，能够保持转速的稳定性和响应速度；而电压调速适用于负载较稳定的场合，能够保持较好的转速稳定性。
课程设计报告之直流电机控制(C语言版)
单片机课程设计学院：电气与信息工程学院班级：07级电气工程及其自动化3班设计者：设计名称:直流电机调速指导老师：张志文教授目录一. 课程设计题目及其实现目标 (3)二. 设计原理图 (4)三. 设计原理及其实现方法 (5)四. 流程图 (6)五. 程序清单 (7)六.课程设计心得 (13)一. 课程设计题目及其实现目标课程设计题目：直流电机调速实现的目标1）.通过键盘改变脉冲的占空比从而达到改变转速使得电机转速从高到低，从低到高2）.通过改变pwm的极性从而改变电机的转向，实现正反转3）.能够通过数码显示管显示电机的转速和电机的转向4）.通过启动键唯一启动电机，从而达到防止电机误启动的目的5）.能够通过键盘快速达到电机预先设定的速度和转向备注：由于没有传感器，所以本课程设计中没有设计测速模块，所显示的速度为理论速度，并非电机的实际转速二. 设计原理图注：本原理图采用proteus绘制三. 设计原理及其实现方法1. 速度调节的实现通过控制L298的使能端“允许”或者“禁止”，通过改变a （脉冲宽度）的值，从而达到控制PWM脉冲宽度调节电机转速的目的2. 转向的控制通过L298中的H桥，从AT89C51中的P1_6和P1_7输出控制信号控制BJT的基极电压，控制L298中H桥的BJT通断，从而达到控制电机转向的目的附：A. L298的原理图B.本设计所需要芯片以及作用AT89C51：单片机L298：控制电机驱动和转向74L408：四与门芯片8255A：用于扩展51端口，作显示用2803：显示缓冲用MAX239：串口通讯芯片四. 流程图五.程序清单#include<at89x51.h>#include<motor_ctr.h>#include<absacc.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#define PA XBYTE[0x1FFF] //A口地址;#define PB XBYTE[0x3FFF] //B口地址;#define PC XBYTE[0x5FFF] //C口地址;#define CON XBYTE[0x7FFF] //*控制字地*/ ;uchar key=0; //定义key为全局变量uint a=100;uchar n=5; //单次增加的步长，用于输出脉冲占空比控制uint k1=0,mn=10; //设置mn为转向标志位uchar bai,shi,ge;uint seg_code[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98,0xff}; //0~9的七段显示代码; /*THE MAIN PROCESS*/void main(){CON=0x80;P1_5=0; //使电机停转;TMOD=0x15; //定时器1工作在模式1TH1=0xFF; //定时器1的溢出中断时间为50ms；TL1=0xb0;ET1=1;TR1=1;while(1){key=GetKey();/*case 1~case 9是预先设定的速度，方便电机直接调节到该速度，避免通过’+’键调节*/ switch(key){ case '1': { a=10;break; }case '2': { a=25; break; }case '3': { a=40; break; }case '4': { a=55; break; }case '5': { a=70; break; }case '6': { a=90; break; }case '7': { a=110;break; }case '8': { a=130;break; }case '9': { a=150;break; }case '+': { P1_4=0;control();break; } //电机加速case '-': { control(); break;} //’-‘代表减速case '=': { P1_7=0; P1_6=1; mn=0;control(); break;} //电机顺时针转case 'c': { P1_7=1; P1_6=0; mn=1;control() ; break;} //逆时针转case '/': { control();} //‘/‘键按下时，电机开始转动default: break; //不影响电机运行}}}/*THE END OF MAIN PROCESS*//*THE INTERRUPTION FUNCTION*/void time()interrupt 3 //中断号为3，即是定时器1溢出中断{ //此处是计时50ms中断一次TR1=0; //此函数用于显示速度k1+=TL0;display(a/100,a%100/10,a%10,mn);/*if(count==51){sprintf(s,"%04d",k1%1000); //注意sprintf的用法；//确保有四位输出count=1;k1=0;}display(a,bai,shi,ge); */TH1=0x3c;TL1=0xb0;TH0=0x00;TL0=0x00;TR1=1;}/* THE INTERRUPTION FUNCTION *//*THE GETKEY FUNCTION WHICH W AS USED TO GET THE INFORMA TION FROM THE KEY *//*行信号从P1口的低四位读进，列信号从P2口的高四位读进*/uchar GetKey(){P1_0=0;P1_1=1;P1_2=1;P1_3=1;P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;_nop_();_nop_(); // 适当的延时以便消除抖动if(!P2_0)return '7';if(!P2_1)return '8';if(!P2_2)return '9';if(!P2_3)return '/';P1_0=1;P1_1=0;P1_2=1;P1_3=1;_nop_();_nop_();if(!P2_0)return '4';if(!P2_1)return '5';if(!P2_2)return '6';if(!P2_3){P1_4=0;return '*'; }P1_0=1;P1_1=1;P1_2=0;P1_3=1;_nop_();_nop_();if(!P2_0)return '1';if(!P2_1)return '2';if(!P2_2)return '3';if(!P2_3)return '-';P1_0=1;P1_1=1;P1_2=1;P1_3=0;_nop_();_nop_();if(!P2_0)return 'c';if(!P2_1){P1_4=0;return '0'; } // P1_4和P1_5脚通过一个“与”门用来防止误启动if(!P2_2)return '=';if(!P2_3)return '+';return 0;}/*延时程序*//*THE DELAY FUNCTION*/void delay(uint i){uint j,k;for(;i>0;i--)for(j=10;j>0;j--)for(k=10;k>0;k--);}/*THE DISPLAY FUNCTION*/void display(uchar bai,uchar shi,uchar ge ,uint mn){PB=0x08; //0000 1000PA=seg_code[ge];delay(2);PB=0x04;//0000 0100PA=seg_code[shi];delay(2);PB=0x02;//0000 0010PA=seg_code[bai];delay(2);PB=0x01;//0000 0001PA=seg_code[mn];delay(2); //注意这儿的延时越短越好，应为处理终端的时间越短，对电机// 的实时性显示就越好；}/*THE CONTROL FUNCTION*//*由于参数a 是一个全局变量，代表着脉冲的占空比，每次调用函数时;必须注意参数a 值;*//* 如果按键为‘-’，‘+’（加速减速）以及‘c'，’=‘（正转反转）时，不需跳出循环，按其他键时，需要跳出循环，必须需要重新设置占空比*//* P1_4和P1_5脚通过一个“与”门用来防止误启动*/void control(){EA=1;while(1){if(a>=150)a=150; //设置了a 的最大值，限定了电机的最高速度if(a<=10)a=10; // 设置了a 的最小值，限定了电机的最高速度P1_5=1; // 与P1_4信号形成控制L298的控制信号达到控制转速的目的delay(a); // 调用延时，形成脉宽的调节P1_5=0; //电机逐渐停转;delay(160-a);/*以下的程序改变a 的值达到改变脉冲宽度的目的*/key=GetKey();if(key=='-') // 减速a=a-n;else if(key=='+'){a=a+n;} // 加速else if(key=='=') // 如果按下’=‘键，则电机顺时针转;{P1_6=1;P1_7=0;mn=0;}else if(key=='c') //反转{ P1_7=1;P1_6=0;P1_4=1;mn=1;}else if(key=='*'||key=='0') //如果按下停止键’*‘或者’0’;{ P1_5=0;P1_4=1; //ENA=0（P1_5=0）电机停转;break;}else if(key!=0) //如果没有按键按下，则继续在此while循环中运行{switch(key){case '1': { a=10; break; }case '2': { a=25; break; }case '3': { a=40; break; }case '4': { a=55; break; }case '5': { a=70; break; }case '6': { a=90; break; }case '7': { a=110; break; }case '8': { a=130; break; }case '9': { a=150; break; }default : break ;}}}EA=1;}附：motor_ctr.h FILEtypedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint ;extern uchar GetKey();extern void delay(uint i);extern void control();void display(uchar bai,uchar shi,uchar ge ,uint mn);六.课程设计心得两周的课程设计结束了，总得算来，这两周的课程设计体会颇多。
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM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、霍尔测速电路以及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秒内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；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM 调速控制装置。
1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
直流调速系统设计实训报告
直流调速系统设计实训报告直流调速系统是一种用于调节直流电机转速的系统。
在直流调速系统中，通常会采用电子调速器来控制电机的转速，通过调节电机的电压和电流来实现调速控制。
本次实训的目标是设计并搭建一个简单的直流调速系统，以实现对电机转速的控制。
首先，我们需要准备一些实验所需的器件和设备。
我们需要一个直流电机、一个电子调速器、一个电压源、一台示波器和一台频率计。
其中，电子调速器是用来控制电机转速的关键设备，电压源用来提供电机的工作电压，示波器用来观察电压、电流及转速波形，频率计用来测量电机转速。
其次，我们将电子调速器与直流电机进行连接。
首先，将电机的外壳接地，并将电机的两根输出线与电子调速器相应的输出端口相连。
然后，将电子调速器的输入端口连接到电压源的正负极，将电源的负极连接到地。
接下来，我们需要设置电子调速器的控制参数。
根据实验的要求，可以通过电子调速器上的调节按钮或旋钮来设置电机的转速。
我们可以根据实际需求来设置转速，观察电机的转速与频率计测到的数值是否一致。
然后，我们可以给电压源供电，并观察电子调速器是否正常工作。
可以通过示波器来观察电压和电流的波形，以及电机的转速。
如果波形和转速都正常，则说明直流调速系统可以正常工作。
最后，我们可以进行一些实际的调速实验。
可以通过改变电子调速器的控制参数，来改变电机的转速。
同时，可以通过示波器观察电机的电压和电流波形，以及频率计测到的转速数值，来验证实验结果的准确性。
通过这次实训，我们学到了直流调速系统的基本原理和设计方法。
这对于今后的工程实践和研究工作都有一定的帮助。
同时，我们也学会了如何使用电子调速器和相关的仪器设备，提高了我们的实验操作能力。
这次实训的结果也证明了我们的实验设计和操作的准确性和有效性。
以后，我们可以通过对实验结果的观察和分析，来进一步优化和改进直流调速系统的设计。
电机调速控制系统实训报告
一、实验目的1. 理解电机调速控制系统的基本原理和结构。
2. 掌握电机调速控制系统的设计方法和步骤。
3. 熟悉电机调速控制系统的调试与优化方法。
4. 提高实际操作能力和分析解决问题的能力。
二、实验原理电机调速控制系统是利用电力电子技术、微电子技术和计算机技术实现电机转速的精确控制。
常见的调速方式有直流调速、交流调速和变频调速等。
本实验以直流调速系统为例，通过PWM（脉宽调制）技术实现对直流电机的调速。
三、实验内容1. 实验器材- 直流电机- 电机驱动器- PWM控制器- 测速传感器- 电脑- 数据采集卡2. 实验步骤（1）搭建实验电路：将直流电机、电机驱动器、PWM控制器、测速传感器和数据采集卡连接起来，形成电机调速控制系统。
（2）编写程序：利用编程软件编写PWM控制器程序，实现对电机转速的控制。
（3）调试系统：通过调整PWM控制器的占空比，观察电机转速的变化，直至达到预期转速。
（4）采集数据：利用数据采集卡采集电机转速、电流等数据，进行分析和处理。
（5）优化系统：根据实验结果，调整PWM控制器的参数，优化电机调速控制系统。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，成功搭建了电机调速控制系统，并实现了对直流电机的精确调速。
2. 数据分析（1）电机转速与PWM占空比的关系：实验结果表明，电机转速与PWM占空比呈线性关系。
当占空比增大时，电机转速提高；当占空比减小时，电机转速降低。
（2）电机电流与PWM占空比的关系：实验结果表明，电机电流与PWM占空比呈非线性关系。
当占空比增大时，电机电流先增大后减小；当占空比减小时，电机电流先减小后增大。
（3）电机转速与负载的关系：实验结果表明，电机转速与负载呈非线性关系。
当负载增大时，电机转速降低；当负载减小时，电机转速提高。
五、实验总结1. 本实验成功搭建了电机调速控制系统，并实现了对直流电机的精确调速。
2. 通过实验，掌握了电机调速控制系统的基本原理和设计方法。
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综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术与仪器班级：0820801学号：指导老师：成绩：设计时间：2011 年12 月重庆邮电大学自动化学院制一、题目直流电机调速与控制系统设计。
二、技术要求设计直流电机调速与控制系统，要求如下：1、学习直流电机调速与控制的基本原理；2、了解直流电机速度脉冲检测原理；3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路；4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信；5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。
6、要求电机能实现正反转控制；7、系统具有实时显示电机速度功能；8、电机的设定速度由电位器输入；9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。
三、给定条件1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料；2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等；3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计1. 确定总体方案；2. 画出系统结构图；3. 选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路；4. 设计串口及通信程序，完成和上位机的通信；5. 画出程序流程图并编写调试代码，完成报告；直流电机调速与控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。
无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。
据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。
同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。
电动机与人的生活息息相关，密不可分。
电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。
这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。
还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。
本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示与控制由上位机实现。
经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。
具有一定的实际应用意义。
关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298一、系统原理及功能概述1、系统设计原理本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速与转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C 语言的编程语言，能实现系统与上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停止、正反转等。
单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM 控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD 转换器、一个SPI 接口等，能非常方便的满足本次电机控制的需求，其PWM 端口用于输出一定频率且脉宽可调的PWM 波用于控制电机转速，单片机自带的A/D 端口作为设定速度的模拟信号输入口，定时器用于串口通信和速度的定时采样以及上位机的定时显示等。
系统的电机驱动单元选择了LM298N 大功率驱动芯片，再利用TLP521光耦合器和整流二极管设计的驱动电路能实现电器隔离与控制，能提高控制效率和精度极大减少了挠动干扰，而且可以实现电机的正反装和刹车功能。
系统测速模块基于槽型光耦GK105设计，将电机的转速转换成不同频率的脉冲信号，在经过基于LM324的电压比较器和74HC573锁存器进行信号波形的整形，最后通过检测单片机的I/O 口的脉冲实现速度的测量。
1．1直流电机基本工作原理图1.1直流电机的基本结够图1．2直流电机调速原理直流电机转速n 的表达式为:Φ-=K IR U n (1 - 1) 式中:U-电枢端电压；I-电枢电流；R-电枢电路总电阻；Φ-每极磁通量；K-与电机结构有关的常数，因此直流电机转速n 的控制方法有三种，主要以调压调速为主。
本控制器主要通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
本系统采用了定频调脉宽方式的PWM 控制，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。
与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差率（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以大大提高。
直流电机的速度控制方案如图1所示。
二、系统硬件设计1．系统总体设计框图本系统采用STC12C5A60S作为控制核心，用上位机显示设定转速和测量转速以及控制电机。
采用LM298驱动芯片作为本系统的驱动电路和用槽型光耦GK105作为该系统的测量电路。
框图如2所示。
图22.1单片机最小系统电路单片机主要擅长系统控制，选用STC12C5A60S2位DIP-40单时钟./机器周期（1T）容之前较低版本的所有51指令，但速度快5—8倍，内部集成有MAX801专用复位电路、同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路高速10位AD转换器、一个SPI接口等，应用于电机控制等强干扰场合。
本系统的单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路、外围总线接口等部分组成。
图3为单片机最小系统结构框图。
图3 51最小系统电路2.1.1系统时钟电路单片机内部具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。
通常在引脚XTALl和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，系统时钟电路结构如图6所示，可以根据情况选择6MHz、8MHz或12MHz等频率的石英晶体，本系统采用12MHz的晶振。
补偿电容通常选择20-30pF左右的瓷片电容。
2.1.2复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。
上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。
手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。
复位电路结构如图6所示。
上电自动复位通过电容充电来实现。
手动按键复位是通过按键将电阻与VCC接通来实现。
2.2电机驱动模块直流电机驱动采用常用的H桥电路，通过控制信号选通对管与否实现电机的正反转，并改变所加电压的占空比来改变电机转速。
如图4所示，这里采用电机驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路5‐36V的直流电机或者一路四拍的步进电机。
同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP521‐4隔离消除干扰信号。
在STC12C5A60S2上配置好串口、PWM，实现串口接收的数据直接赋值给PWM定时器CCAP1L、CCAP1H。
利用串口调试助手发送控制信息给STC12C5A60S2，同时辅助外界6V电源更改L298N的IN1和IN2共同完成L298N电机驱动模块的调试。
图4 LM298N电机驱动电路2.3直流电机测速电路2.3.1槽型光耦GK105测速电路图 5 槽型光耦GK105电路图 6 电机转速编码装置如图5和图6所示，光电对管采用槽型光耦GK105电路由一只特殊的发光二极管和光电三极管构成，当二极管发出的光打在光电三极管的基极B上时三极管CE导通。
而正常情况下二极管的光不能到达光电管的基极上，故通过装在电机转轴上得圆形编码片即可实现对小车的测速。
假设编码片儿有n片个缺口，测得光电三极管的输出脉冲频率为f，则车速=f/n。
由图7可知,电机每转一圈,槽型光耦产生4个脉冲,因此可以利用槽型光耦传感器信号得到电机的实际转速。
为尽可能缩短一次速度采样的时间,则电机的实际转速为：V=(N/4)*60;V:速度 R/minN:每秒采样的脉冲个数图7 电机转1圈GK105光耦管信号2.3.2速度脉冲信号调理电路给电机加电让其带动编码盘旋转，将光电对管靠近编码盘，用示波器观测输出脉冲信号的有无与好坏。
信号调理电路主要利用LM324运算放大器设计的比较器，如图8所示，调节比较器偏置电压使脉冲最接近于方波且幅度大于3.3V。
为了提高测速的精度，在信号后级添加比较器调理信号为标准的方波，调节比较器运放的偏置电压使方波信号最适合于测速。
图 8 基于LM324的信号调理电路2.4串口电路设计MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5V 单电源供电。
其内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路，由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道，由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电，15脚GND、16脚VCC（+5V）。
电路如图9所示。
图 9 串口电路图2.5系统电源设计本系统要求有5V和6—7V的电源输入，因此我们选用了LM317作为电源芯片。
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。
其应用电路如图10所示。
图11为电源滤波电路。
图10 3.3V稳压电路图11 滤波电路稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo=1.25（1+R2/R1）。
本系统中取R1为240n,R2取5K的可调电位器。
通过调节R2的阻值大小，进而可以改变输出电压的大小，实现电压可调，其可调范围是Vo=1.25V—37V。
在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。