基于单片机的PWM直流可逆调速系统设计

学士学位毕业设计（论文）基于单片机的PWM直流可逆调速系统设计学生姓名：学号：指导教师：所在学院：专业：电气工程及其自动化摘要—I—摘要本设计主要介绍了该系统的硬件以及软件具体设计，并对硬件方框图和软件流程图作了一定的描述。根据硬件方框图设计了以下功能模块STC89C52芯片，通过L298全桥驱动芯片，对脉冲进行处理，放大，输出控制电机的转速。控制L298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。系统设计合理、功能完善、性能优越，在实际生产中应用效果良好，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。关键词：STC89C52单片机PWM调速ABSTRACT—II—ABSTRACTThispaperintroducesthedesignofthesystemhardwareandsoftwaredesign,andthehardwareblockdiagramandsoftwareflowchartandgivessomedescription.AccordingtothehardwareblockdiagramofthefollowingfunctionmodulesofSTC89C52chip,thedesign,theL298fullbridgedriverchip,thepulseprocessing,amplification,outputtocontrolthespeedofmotor.ControloftheL298highpowerHbridgedriveDCmotorhastocontrolthespeedofthe.Throughthedigitaltubedisplayspeedgrade,alsocanthroughthebuttoncontrolmotorstoryofinversion,andthemotorspeedtoaddandsubtract.Thesystemdesignisreasonable,completefunctions,superiorperformance,goodresultsintheactualproduction,easytocontrol,simpleandflexibleconfigurationadvantages.Keywords:STC89C52MCUPWMspeedcontrol目录—III—目录摘要....................................................IABSTRACT...............................................II前言...................................................IV1绪论..................................................11.1课题研究的背景.....................................11.2国内外技术发展的现状...............................21.3本设计的目标任务...................................22系统总体方案..........................................32.1主控制芯片的选择...................................32.2显示电路的比较与选择...............................32.3电机调速控制模块...................................32.4电源电路与电机驱动电路.............................43系统硬件方案设计......................................53.1系统总电路框图设计.................................53.2系统模块电路设计及原理.............................54系统的软件设计.......................................164.1系统的整体程序流程图..............................164.2数码管LED显示程序设计............................174.3电机控制子程序....................................185系统调试.............................................195.1常见的故障分析....................................195.2系统调试注意事项..................................19结论...................................................20参考文献...............................................21致谢...................................................22附录一硬件原理图......................................23附录二程序源代码......................................24前言—IV—前言近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点[1]。随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。本设计主要介绍了该系统的硬件以及软件具体设计，并对硬件方框图和软件流程图作了一定的描述。根据硬件方框图设计了以下功能模块STC89C52芯片，通过L298全桥驱动芯片，对脉冲进行处理，放大，输出控制电机的转速。控制L298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。XXXX大学毕业设计（论文）—1—1绪论1.1课题研究的背景近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点[2]。现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术[3]。随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。XXXX大学毕业设计（论文）—2—1.2国内外技术发展的现状直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故[4]。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。1.3本设计的目标任务本系统已STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。功能主要包括：（1）直流电机的正转控制；（2）直流电机的反转控制；（3）直流电机的加速控制；（4）直流电机的减速控制；（5）数码管显示电路设计与实现；（6）单片机最小系统设计；（7）电机驱动电路设计。XXXX大学毕业设计（论文）—3—2系统总体方案2.1主控制芯片的选择本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为为控制，STC12C5A60S2单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统