基于单片机的直流电机调速

目录题目：基于单片机的直流

电机调速系统班级：电信13-2班

姓名：王坤

学号：

指导教师：张沛泓

成绩：

工程实训报告

电子与信息工程学院

信息与通信工程系

一直流电机调速器简介

直流电机调速器

脉宽调制的全称为：PulseWidthModulator 简称PWM，直流电机调速器就是调节直流电动机速度的设备，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器、PWM调速器已经在：工业直流电机调速、工业传送带调速、灯光照明调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。

调速原理

直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的

机械特性曲线有所不同，对于直流电动机的转速有以下公式：

其中：

U —电压； R 内—励磁绕组电阻；φ—磁通(Wb)；

C c —电势常数；C r —转矩常量。

由上式可知，直流电机的速度控制分两种方法，有电枢控制法和磁场控制法。比较两种方法优劣，对于磁场控制法，其控制功率较小，低速传动时易受到磁极饱和限制，而高速传动时又受到换向火花和换向器结构限制。所以磁场控制法并不合适，电枢控制法在电机调速中是比较常用的方法。直流电动机的基本结构直流电机的结构是多种多样的,但任何直流电机都包括定子部分和转子 部分,这两部分间存在着一定大小的气隙,使电机中电路和磁场发生相对运 动.直流电机定子部分主要由主磁极,电刷装置和换向极等组成,转子部分 主要由电枢绕组,换向器和转轴等构成，如下图所示：

图1-1 直流电机工作原理图

电枢控制即在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。在电机调速中广泛使用，其中脉宽调制应用广泛。脉宽调速的概念是利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”

时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改

变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

图1-2 直流电机脉宽调制图

根据上图，当电动机始终接通电源时，电机转速最大为m ax V ，占空比为T

t D 1=，则电机的平均速度为：D V V D *max =可见只要改变占空比D ，就可以得到不同的电机速度，从而实现调速。

直流调速系统实现方式

PWM 为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM ，在PWM 调速系统中占空比是一个重要参数，电源电压不变时，电枢端电压的平均值取决于占空比的大小，改变的值可以改变电枢端电压的平均值：

1、定宽调频法：保持t1不变，只改变t ，使周期也随之改变。

2、调宽调频法：保持t 不变，只改变t1，使周期或频率也随之改变。

3、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1和t 。

1和2方法在调速时改变了控制脉冲的周期或频率，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因而不合适，用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。

控制程序的设计

软件采用定时中断进行设计。当单片机上电后，系统进入准备状态。当按动按钮后执行相应的程序，根据的高低电平决定直流电机正反转。根据加、减速按钮，调整输出高低电平的占空比，从而可以控制高低电平的延时时间，进而控制电压的大小来决定直流电机的转速。

二系统硬件电路的设计

系统总体设计框图及单片机系统的设计

本系统采用STC89C51控制输出数据，由单片机IO口产生PWM信号，送到直流电机，直流电机通过测速电路将实时转速送回单片机，进行转速显示，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。

具体使用器件如下：

1) 9*15万用板2) 51单片机 3)40脚IC座4) 1602液晶5) 16p母座

6) 16p排针7) 10k电阻*3 8) 1k电阻*5 9) 3v直流电机10) 磁铁*2

11) 塑料管12) 3144霍尔传感器13) 4148二极管*4 14) 8050三极管*4

15) 8550三极管*2 16) 103排阻17) 104独石电容18) 10uf电解电容

19）30pf瓷片电容*2 20) 12M晶振21) 按键*6 22) 自锁开关

23) DC电源插口24) 导线若干25) 焊锡若干26) USB电源线

所以，直流电机调速系统总体设计框图如下所示：

图2-1系统总体设计图

STC89C51单片机

STC89C51单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。

中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。

内部数据存储器：STC89C51芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H—7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。

内部程序存储器：STC89C51芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。

定时器：STC89C51片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。

中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。

其基本组成如下图所示:

图2-2 单片机的组成

STC89C51单片机引脚图及其功能

图2-3 单片机引脚图

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉