单片机直流电机的调速和控制汇总

湖北理工学院电气学院

课程设计报告

课程名：单片机课程设计

题目：直流电机调速控制器设计与仿真班级：2011级电信专

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学号：************

目录

一、设计题目 (1)

二、课程设计内容 (1)

三、设计方案 (1)

四、单元模块设计 (2)

五、硬件电路设计 (4)

六、设计软件模块 (7)

七、设计中的问题 (9)

八、设计总结 (9)

九、附录 (10)

一、设计题目

主标题：直流电机调速控制器设计与仿真

附标题：1、PWM控制 2、正反转控制 3、A/D采样及开关机控制 4、负载保护功能

二、课程设计内容

（一）、直流电机调速控制器

直流电机伺服控制系统、PWM直流调速系统是采用数字控制调速技术的高精度电子调速装置，要采用国际标准技术规范，并要求具有结构简单、体积小、重量轻等特点，具有多重保护功能，安全、稳定、可靠。以完全满足实际需要。

（二）、设计要求

1、PWM脉宽调制技术。

2、限流保护、过流报警。

3、软启/软停时间设置功能。（0.2—20秒可调）

4、使能闭锁控制功能（接通工作，断开停止工作）

5、可实现快速换向功能

6、可实现快速刹车制动功能

（三）、主要技术参数

1、输入电压：DC 12V。

2、输出电压：DC 0—12V。

3、输出电流：DC 10A 其它电流（最大15A）可设定。

4、精度：≤1%

5、环境温度：-10ºC~+60ºC

6、环境湿度：相对湿度≤80RH。

三、设计方案

采用由三级管组成的H型PWM电路（图1）。用单片机控制三级管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。我们采用了定频调宽方式，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。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。

单片机（速度的测量计算、输入 设定及系统控制） 单片机（PID 运算控制器、 PWM 模拟发生器） 电机

速度采集电路 电机驱动电路

按键 显示器

图1 PWM 波调速电路

其结构图如图2所示：

图2 电机调速系统框图 四、单元模块设计

（一）H 桥驱动电路设计方案

图3所示的H 桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机，电路得名于“H 桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H 。如图3所示，要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

图3 H桥驱动电路

（二）调速设计方案

调速采用PWM脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。PWM的定义:脉宽调制(PWM)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。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V,5V}这一集合中取值。

模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。

尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

五、硬件电路设计

（一）电源电路

1、芯片介绍

78XX,XX就代表它所输出的电压值，能降低电压4-5V

电子产品中常见到的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路。该系列集成稳压IC型号中的78

或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。

有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24,用来区别输出电流和封装形式等，其中78L调系列的最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1.5A。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

2、电路原理图

电源电路采用78系列芯片产生+5V、+15V。电路图如图4所示：

图4 78系列的电源电路

（二）H桥电机驱动电路

基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用H桥功率驱动电路，H桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动．永磁步进电机或混合式步进电机的励磁绕组都必须用双极性电源供电，也就是说绕组有时需正向电流，有时需反向电流，这样绕组电源需用H桥驱动。直流电机控制使用H桥驱动电路（图5），当PWM1为低电平,通过对PWM2输出占