直流调速系统的控制与仿真(附件)【字数：7940】
本次设计课题是对直流调速系统的控制与仿真，其中处理单元表示选择的51单片机，对该直流调速系统的控制主要由硬件和软件这两个方面进行分析。硬件是控制系统的直接执行体，有控制模块、驱动模块、复位模块以及晶振电路通过合理的布线，实现各功能应表现的效果。软件则是对硬件需要执行的功能进行表达，51单片机常用C语言或者汇编语言来编程，此处可选C语言作为编程语言，根据该控制系统的要求，编制相对应的功能，然后将程序烧录进硬件里，直流调速系统便可运行了。
目录
引言 1
一、直流调速系统的概述 2
（一） 国内外研究现状 2
（二） 该课题的意义 2
二、硬件分析与设计 3
（一）控制方案比较 3
（二） 单片机选型 3
（三） 显示模块 4
（四） 控制模块 5
（五） 电机驱动模块 6
（六）转速采集模块 8
（七）PWM调速方法 9
三、控制系统软件设计 12
（一） 系统整体思路 12
（二） 系统仿真 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
引言
电子科技技术的快速发展，让生活、产业里都更加的便利了，而且在其中的地位也越来越高。本文则是对基于单片机的直流调速系统进行分析与设计。研究体是直流电机，直流电机的转动是由正负磁场的相互作用产生的，其中转子在转动时候会与导磁材料形成电流。电机在工业当中有着重大的作用，是各种设备的动力来源。直流电机中，目前已经大量使用可控硅对电机的供电就行调控。
单片机的介入，使得电机从以往繁琐的控制方式里转变的更便利了，特别是在对电动机调速的方式上，已经实现了数字化控制，使电动机调速技术发展到一个更高的高度。对电机调速技术的研究，也是往智能化和更高的稳定性方向研究，也是目前的发展趋势。直流电机调速技术相对于交流电机而言更简单，只需要对直流调速系统内部的电压进行改变，就可以实现转速的变化。其中常见的有PWM脉宽调制，是当前用的较多的一种方式。
一、直流调速系统的概述
（一） 国内外研究现状
现阶段电气设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
备中主要以微处理器对电机的速度进行数字化的控制，这种方式更直观，更精确。这方面在数字化研究，要从1980年代开始，那时候西门子、通用等较大的电气公司先后研发出了数字化控制的调速装置，再经过二十多年的发展，直流调速系统的调速技术已经很成熟了。现在的直流调速设备中，可控硅被用作功率元件，通过相位控制与电源焕相等技术，使直流调速系统在对转速的控制上能够达到，很精准的数据，而且在工作过程里的抗干扰能力也得到了挺大的提升。这种的方式是现在国内外对直流调速系统中使用的主要方式之一。这种的优势也让工程设备的工况有所提升。
尽管直流调速系统的发展比较成熟了，但是基于数字化一大技术方面，我国当前还没有足够成熟的技术来实现完全自主的全数字化调速设备的生产，又因为国外先进技术不容易被转让与设备的进口价格太贵，使得我国在直流调速技术的实际作用这方面还存在一定的缺陷，这也是我国当前在电机研发方面的一个主要研究方向之一。
（二） 该课题的意义
直流电机在结构上比交流电机简单许多，启动与制动的性能都更好，对于要求在一定速度要求内要求平滑调速或者快速实现正反向的工程设备里，起到了一定的重要性。甚至连交流调速系统都是在直流调速系统的基础上进行的。最开始的直流调速系统是以模拟电路作为控制方式，结合放大器和其他外围电路组成的。模拟电路最大的特点就是硬件结构之间的联系太复杂，不容易实现复杂的功能。在设备的调试阶段也十分繁琐，这对直流调速系统的发展有很大的阻碍。
但是在单片机技术的到来，让直流调速系统的设计与硬件连接上，都具备了更多的灵活性，让设备的性能有明显的提高。基于单片机的数字电路在抗干扰性上更强，对条数的精准性也很高，而模拟电路元器件容易老化，线路连接复杂，导致后期元件的更换很麻烦。
采用单片机控制的直流调速系统，与模拟电路控制的直流调速系统相比，在制造成本和人力资源方面，都有显著的提高，这样也提升了企业的效率。随着电子科技技术的快速发展，直流调速系统的数字化控制技术，已经慢慢地取代模拟化控制。现在，直流调速系统的控制技术正在往智能化、高稳定性，这两个方面发展。
二、硬件分析与设计
（一）控制方案比较
方案一：该方案选择了PWM集成芯片与IR2110驱动芯片配合的方式组成直流调速系统的控制核心，而且当前市面上也存在多款该方面的功能芯片，其中TL494型号和ZSK3131型号是该芯片中比较有代表性的型号。这类集成芯片除了基本的PWM信号控制的功能，还具有调节与保护电路的功能。这类集成性的芯片将这部分的功能都聚集在芯片上，就可以减轻单片机外围电路的复杂程度。但是这类芯片的制造成本较高，不适用于本次的设计。
方案二：该方案选择L298集成芯片与单片机配合。L298集成芯片是一款电压加电流模式的功率电路，以逻辑电平的控制方式，可以驱动直流电机、步进电机和电圈这类电感性的负载设备。可驱动46V内的电压，常与小功率的直流电机配合组成特定要求的电路。
对上面的两个方案分析以后，可选择方案二作为本次的设计方案，更能控制制作的成本。该方案以单片机作为控制器，通过按钮对电机的转速和转动方向进行控制，并利用显示模块将转数的数值显示出来。具体的电路流程如下图所示。
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图21总体设计框图
根据上面的流程图可知，电源部分分别对电机和单片机进行供电，这样的优势在于可以避免电机工作时候对单片机的信号干扰。对电机调速的过程利用键盘输入信号给单片机，单片机将信号通过P W M控制的方式，经过功率放大电路后传给电机，测量模块再将电机的转速传递回单片机，单片机将接收的信号处理后输给显示模块显示当前的转速，即完成一次工作周期。
（二） 单片机选型
目录
引言 1
一、直流调速系统的概述 2
（一） 国内外研究现状 2
（二） 该课题的意义 2
二、硬件分析与设计 3
（一）控制方案比较 3
（二） 单片机选型 3
（三） 显示模块 4
（四） 控制模块 5
（五） 电机驱动模块 6
（六）转速采集模块 8
（七）PWM调速方法 9
三、控制系统软件设计 12
（一） 系统整体思路 12
（二） 系统仿真 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
引言
电子科技技术的快速发展，让生活、产业里都更加的便利了，而且在其中的地位也越来越高。本文则是对基于单片机的直流调速系统进行分析与设计。研究体是直流电机，直流电机的转动是由正负磁场的相互作用产生的，其中转子在转动时候会与导磁材料形成电流。电机在工业当中有着重大的作用，是各种设备的动力来源。直流电机中，目前已经大量使用可控硅对电机的供电就行调控。
单片机的介入，使得电机从以往繁琐的控制方式里转变的更便利了，特别是在对电动机调速的方式上，已经实现了数字化控制，使电动机调速技术发展到一个更高的高度。对电机调速技术的研究，也是往智能化和更高的稳定性方向研究，也是目前的发展趋势。直流电机调速技术相对于交流电机而言更简单，只需要对直流调速系统内部的电压进行改变，就可以实现转速的变化。其中常见的有PWM脉宽调制，是当前用的较多的一种方式。
一、直流调速系统的概述
（一） 国内外研究现状
现阶段电气设 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
备中主要以微处理器对电机的速度进行数字化的控制，这种方式更直观，更精确。这方面在数字化研究，要从1980年代开始，那时候西门子、通用等较大的电气公司先后研发出了数字化控制的调速装置，再经过二十多年的发展，直流调速系统的调速技术已经很成熟了。现在的直流调速设备中，可控硅被用作功率元件，通过相位控制与电源焕相等技术，使直流调速系统在对转速的控制上能够达到，很精准的数据，而且在工作过程里的抗干扰能力也得到了挺大的提升。这种的方式是现在国内外对直流调速系统中使用的主要方式之一。这种的优势也让工程设备的工况有所提升。
尽管直流调速系统的发展比较成熟了，但是基于数字化一大技术方面，我国当前还没有足够成熟的技术来实现完全自主的全数字化调速设备的生产，又因为国外先进技术不容易被转让与设备的进口价格太贵，使得我国在直流调速技术的实际作用这方面还存在一定的缺陷，这也是我国当前在电机研发方面的一个主要研究方向之一。
（二） 该课题的意义
直流电机在结构上比交流电机简单许多，启动与制动的性能都更好，对于要求在一定速度要求内要求平滑调速或者快速实现正反向的工程设备里，起到了一定的重要性。甚至连交流调速系统都是在直流调速系统的基础上进行的。最开始的直流调速系统是以模拟电路作为控制方式，结合放大器和其他外围电路组成的。模拟电路最大的特点就是硬件结构之间的联系太复杂，不容易实现复杂的功能。在设备的调试阶段也十分繁琐，这对直流调速系统的发展有很大的阻碍。
但是在单片机技术的到来，让直流调速系统的设计与硬件连接上，都具备了更多的灵活性，让设备的性能有明显的提高。基于单片机的数字电路在抗干扰性上更强，对条数的精准性也很高，而模拟电路元器件容易老化，线路连接复杂，导致后期元件的更换很麻烦。
采用单片机控制的直流调速系统，与模拟电路控制的直流调速系统相比，在制造成本和人力资源方面，都有显著的提高，这样也提升了企业的效率。随着电子科技技术的快速发展，直流调速系统的数字化控制技术，已经慢慢地取代模拟化控制。现在，直流调速系统的控制技术正在往智能化、高稳定性，这两个方面发展。
二、硬件分析与设计
（一）控制方案比较
方案一：该方案选择了PWM集成芯片与IR2110驱动芯片配合的方式组成直流调速系统的控制核心，而且当前市面上也存在多款该方面的功能芯片，其中TL494型号和ZSK3131型号是该芯片中比较有代表性的型号。这类集成芯片除了基本的PWM信号控制的功能，还具有调节与保护电路的功能。这类集成性的芯片将这部分的功能都聚集在芯片上，就可以减轻单片机外围电路的复杂程度。但是这类芯片的制造成本较高，不适用于本次的设计。
方案二：该方案选择L298集成芯片与单片机配合。L298集成芯片是一款电压加电流模式的功率电路，以逻辑电平的控制方式，可以驱动直流电机、步进电机和电圈这类电感性的负载设备。可驱动46V内的电压，常与小功率的直流电机配合组成特定要求的电路。
对上面的两个方案分析以后，可选择方案二作为本次的设计方案，更能控制制作的成本。该方案以单片机作为控制器，通过按钮对电机的转速和转动方向进行控制，并利用显示模块将转数的数值显示出来。具体的电路流程如下图所示。
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图21总体设计框图
根据上面的流程图可知，电源部分分别对电机和单片机进行供电，这样的优势在于可以避免电机工作时候对单片机的信号干扰。对电机调速的过程利用键盘输入信号给单片机，单片机将信号通过P W M控制的方式，经过功率放大电路后传给电机，测量模块再将电机的转速传递回单片机，单片机将接收的信号处理后输给显示模块显示当前的转速，即完成一次工作周期。
（二） 单片机选型
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