基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计

基于单片机实现直流电机PWM调速系统1新疆工业高等专科学校毕业设计(论文)基于单片机实现直流电机PWM调速系统景天红系别：电气与信息工程系专业班级：电气自动化06—32（1）班指导教师：董晓红老师完成日期：2009年6月12日基于单片机实现直流电机PWM调速系统2新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）任务书一、题目：基于单片机实现直流电机PWM调速系统二、指导思想和目的：通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。三、设计任务或主要技术指标：利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。四、设计进度与要求：1）：布置设计任务，深入了解设计内容，搜集参考资料，学习有关内容。2）：学习学校毕业设计的的实际情况，和格式要求。3）：设计网络拓扑结构以及构思设计的基本思路和设计过程。4）：根据根据设计要求和构思思路查找设计内容。5）：根据要求和设计的基本方案对设计要求的材料进行预算。6）：完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计说明书。7）：对图纸进行校正和测绘，画合格的正式图纸。8）：总结，熟悉设计内容，准备毕业答辩，完成答辩。五、主要参考书及参考资料：[1]王离九，黄锦恩编著，晶体管脉冲直流调速系统，华中理工大学出版社出版[2]丁元杰主编,上海市教育委员会组编,单片微机原理及应用，机械工业出版社[3]李荣生主编，电气传动控制系统设计指导，机械工业出版社[4]吴守箴，臧英杰编著，电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社[5]陈伯时主编,自动控制系统---电力拖动控制,中央广播电视大学出版社专业班级：电气自动化06—32（1）班学生：景天红指导教师：董晓红老师教研室主任（签名）：系（部）主任（签名）：年月日基于单片机实现直流电机PWM调速系统3新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）评定意见书设计（论文）题目：基于单片机实现直流电机PWM调速系统专题：基于单片机实现直流电机PWM调速系统设计者：姓名景天红专业电气自动化班级06—32（1）班设计时间：2009年4月20日—2009年6月12日指导教师：姓名职称单位评阅人：姓名职称单位评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日评阅人（签名）：年月日答辩委员会主任（签名）：年月日基于单片机实现直流电机PWM调速系统4（上页背面）毕业设计评定意见参考提纲1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。基于单片机实现直流电机PWM调速系统5电气与信息工程系毕业答辩情况记录表答辩人姓名景天红班级电气自动化专业06—32（1）设计题目基于单片机实现直流电机PWM调速系统指导老师董晓红老师答辩日期年月日答辩时间时分—时分自述回答问题小结答辩组长：年月日基于单片机实现直流电机PWM调速系统6摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。关键词：PWM信号测速发电机PI运算基于单片机实现直流电机PWM调速系统7目录1.系统硬件电路的设计………………………………………………………11.1系统总体设计框图及单片机系统的设计…………………………………11.1.1系统总体设计框图……………………………………………………11.1.28051单片机简介………………………………………………………11.1.3单片机系统中所用其他芯片简介……………………………………31.1.48051单片机扩展电路及分析…………………………………………51.2PWM信号发生电路设计……………………………………………………81.2.1PWM的基本原理…………………………………………………………81.2.2PWM信号发生电路设计…………………………………………………81.2.3PWM发生电路主要芯片的工作原理……………………………………101.3功率放大驱动电路设计……………………………………………………121.3.1芯片IR2110性能及特点………………………………………………121.3.2芯片IR2110引脚图及功能……………………………………………121.4主电路设计…………………………………………………………………151.4.1延时保护电路…………………………………………………………151.4.2主电路…………………………………………………………………151.4.3输出电压波形…………………………………………………………171.5测速发电机………………………………………………………………171.6滤波电路…………………………………………………………………171.7A/D转换…………………………………………………………………181.7.1芯片ADC0809介绍………………………………………………………181.7.2ADC0809的引脚及其功能……………………………………………182.直流调速系统…………………………………………………………………202.1直流调速系统概述…………………………………………………………202.2单闭环直流调速系统………………………………………………………202.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较……………………………223.系统软件程序的设计…………………………………………………………253.1PI转速调节器原理图及参数计算………………………………………253.2系统中部分程序的设计……………………………………………………25基于单片机实现直流电机PWM调速系统83.2.1单片机资源分配………………………………………………………253.2.2程序流程图……………………………………………………………28总结……………………………………………………………………………30致谢……………………………………………………………………………31参考文献基于单片机实现直流电机PWM调速系统91.系统硬件电路的设计1.1系统总体设计框图及单片机系统的设计1.1.1系统总体设计框图图1.1系统总体设计框图1.1.28051单片机简介1.8051单片机的基本组成8051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。其基本组成如下图所示：图1.28051单片机基本组成2.CPU及8个部件的作用功能介绍如下8051单片机PWM信号的产生与放大直流电机测速发电机滤波电路A/D转换基于单片机实现直流电机PWM调速系统10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：8051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。特殊功能寄存器：是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80H—FFH。内部程序存储器：8051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。并行I/O口：8051芯片内部有4个8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的并行输入输出。串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。定时器：8051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。振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz。3.8051单片机引脚图基于单片机实现直流电机PWM调速系统11图1.38051单片机引脚图1.1.3单片机系统中所用其他芯片简介1.地址锁存器74LS37374LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如下图所示：图1.474LS373片内三态门的D锁存器当使能端G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时芯片的输出控制端____OE为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。以下是其引脚图：基于单片机实现直流电机PWM调速系统12图1.574LS37引脚图2.程序存储器27128(1)芯片引脚图1.6程序存储器27128引脚图（2）功能表引脚工作方式____CE（片选）____OE（允许输出）VPP_______PGM（编程控制）输出读LLVCCH数据输出维持H*VCC*高阻基于单片机实现直流电机PWM调速系统13编程LHVPPL数据输入编程校验LLVPPH数据输出编程禁止H*VPP*高阻表1.1功能表3．数据存储器6264（1）芯片引脚图1.7数据存储器6264芯片引脚（2）芯片功能表引脚工作方式_____1CE_____2CE_____OE_____WEI/O0-—I/O7未选中H***高阻未选中*L**高阻输出禁止LHHH高阻基于单片机实现直流电机PWM调速系统14读LHLH数据输出写LHHL数据输入写LHLL数据输入表1.2芯片功能表1.1.48051单片机扩展电路及分析图1.88051单片机扩展电路接线分析基于单片机实现直流电机PWM调速系统15P0.7---P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于传送CPU的I/O数据。第二种情况是8051带片外存储器，P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P2.7---P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7---P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：P3口的位第二功能注释P3.0RXD串行数据接收口P3.1TXD串行数据发送口P3.2______0INT外中断0输入P3.3______1INT外中断1输入P3.4T0计数器0计数输入P3.5T1计数器1计数输入P3.6_____WR外部RAM写选通信号P3.7____RD外部RAM读选通信号表1.3P3口功能表VCC为+5V电源线，VSS为接地线。ALE/_________PROG：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第