直流电机单片机调速系统毕业设计说明书.doc

1 设计说明 1.1 直流电机概述[18] 在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天中，还是日常生活的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%用于电动机。电动机与人们的生活息息相关，密不可分。而直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率，优异的动态特性；尽管近年来不断受到其他电动机（如交流变频电动机、步进电动机等）的挑战，但到目前为止，它仍然是大多数调速控制电动机的最优先选择。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉冲调制（PWM）控制方式已成为绝对主流。这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。 图1是一个最简单的直流电动机模型。在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕Z-Z'轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的两端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环1和2上。换向片1和2之间是彼此绝缘的，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间是滑动接触的。来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈里。 图1：直流电动机模型 当电刷A和B分别与直流电源的正极和负极接通时，电流从电刷A流入，而从电刷B流出。这时线圈中的电流方向是从a流向b，再从c流向d。我们知道，载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则来决定。 当电枢转到使线圈的ab边从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与线圈a端联接的换向片1跟电刷B接触，而与线圈d端联接的换向片2跟电刷A接触，如图2（b）所示。这样，线圈内的电流方向变为从d流向c，再从b流向a，从而保持在N极下面的导体中的电流方向不变。因此转矩的方向也不改变，电枢仍然按照原来的反时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电机中起着改换电枢线圈中电流方向的作用。 图2：换向器在直流电机中的作用 1.2 系统工作过程 图3为系统原理总框图，总体方案确定后，经过一段时间的设计流程，流程图如图4所示： 搜索资料 ↓ 原理分析 ↓ 应用Protel制作原理图 ↓ 将原理图转换成PCB ↓ 装配元件，进行焊接，完成实物 ↓ 应用KEIL C51编写程序，进行调试 ↓ 完成设计目标 图3：系统设计流程 系统的连接情况：ST89C52单片机的P0口连接数码管的a-h、P1.0-P1.3连接数码管的四个位选端，P1.4，P1.5连接H桥PWM功率放大电路的两端、系统的工作工作： （1）按加速控制键，电机转速加快。 （2）按减速控制键，电机转速减慢。 1.3 系统资源 单片机直流电机调速系统资源主要包括硬件资源和软件资源，分别介绍如下。 1.硬件部分： （1）PWM波形整形电路。 （2）LCD1602显示电路。 （3）PWM功率放大电路。 2.软件部分： （1）主程序。 （2）2个中断子程序。 （3）显示子程序。 2 系统芯片选择 2.1 ST89C52单片机 2.1.1 单片机的现状及发展趋势[14] 单片机诞生于20世纪70年代，所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(Center Processing Unit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。 纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。 所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多人来接受它