直流电机pwm调速系统设计硬件子系统(附件)
如今，直流电机因为速度可调控，有良好的线性调速特性，简单的控制性能等种种优点,在实际生产中得到了广泛的应用。本次设计就是以单片机STC89C52RC和驱动芯片L298N及其逻辑电路操控的直流电机脉宽调制调速系统。利用STC89C52RC单片机的定时器产生PWM脉冲，经过光耦的隔离之后，放大其功率，构成H桥驱动电路，从而驱动直流电机，方便地对直流电机的转速进行调节。进而实现电机的正转与反转，停止与启动,以及电机的预设转速和实际转速在LCD上的显示。关键词 直流电机,线性调速特性,单片机,PWM脉冲
目 录
1 引言 1
1.1 国内外发展状况 1
1.2 本课题研究的目的及意义 2
1.3 PWM调速技术 3
2 系统介绍 3
2.1 系统组成 4
2.2 工作原理 5
2.3 方案选择 6
2.4 PWM信号的发生 7
3 硬件部分设计 8
3.1 STC89C52RC单片机 9
3.2 供电电源模块 10
3.3 电机驱动模块 11
3.4 LCD1602显示器 13
3.5 独立键盘控制模块 15
3.6 硬件的调试 16
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
附录 PCB图 20
1 引言
如今随着直流电机的运用范围越来越广泛，并且相比于其他类型的电机，它具有优良的调速特性，稳定的启动、制动调速平滑、经济、方便等优点。因此，如何提高电机的效率和产品的产量已成为一个值得关注的问题。推出崭新的电机操控的技术变得越来越急迫。
现在已经有一些关于直流电机速度调节的完善方法。这些方法总结起来可归为几大类：改变电枢电路的供电电压，改变电机电路的总电阻，以及改变电机励磁磁通[12]。如果使用改变电机电路电阻的方法，会导致很大一部分电能转换成热能，大大降低了效率；如果采用励磁控制的发法，尽管可以减小电动机的控制功率和节省电力，但是会阻碍到可控制的速度大小。在低速时受到磁饱和的限制，而在高速时又受到了换向火花和换向器强度的限制， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
而且，会因励磁线圈电感导致系统的动态响应很差[3]。因此，改变电机电路的总电阻和改变电机励磁的磁通量已不能满足现代科学技术的要求，人们开始关注电枢电路的电压变化方法。这时用PWM操控直流电机来调节速度的方法就水到渠成得出现了。?
脉冲宽度调制（pulse width modulation），即PWM就是如今使用最广泛的一种改变电枢电路的电压的方法。该方法的基本原理是通过电枢两端电压的接通时间和断开时间的之比（即占空比）来控制直流电动机的转动速度。它可以经由接通电源使电动机加速转动，断开电源使电机减速转动，这样就达到了电动机调节速的目的。综于上述方法，本次设计了一种以STC89C52RC单片机为核心的直流电机PWM 速度调节系统。
国内外发展状况
在电力电子技术、功率半导体器件这两个领域的研究成果，很大程度上影响着电控技术的研究方向与发展前景，两者紧密相连而又强化彼此。在这发展的几十年里，随着电力电子技术领域进步迅速，电机控制也跟着被带动起来，已经展现出新的发展态势。驱动电机有三种控制方案：工作在通断状态的开关控制、相位控制和脉宽调制控制，在单向通用电机的电子驱动电路中，主器件是晶闸管，后来进过改良后用了相位控制的双向可控硅[4]。自那时以来，半控功率器件已经占据了电机控制市场。七十年代之后晶闸管、GTR、POWERMOSFET和IGBT等这些器件才慢慢被人们所关注使用。采用这类拥有自我关断特性的器件，换下了以前一般电路系统所需要的换相电路，精简了整个电路布局，提高了工作质量，减轻了噪音音量，还使得电子器件更加精致和小巧。一段时间之后，含有许多干扰谐波、低功率因数的相控变流器渐渐被PWM变流器所取代，这之后电动机所能控制的范围被大大地增加了，还让速度调整更加准确，工作效率和功率因数也跟以往进步甚大[56]。?
PWM调速系统这个概念在相当早以前就已经有人提出过了，但是电力电子器件发展水平没有达到它的要求，一直被制约到上世纪80年代，这项技术都没有被实现。直到进入上世纪80年代随着全控型电子器件的运用和飞跃式进步，PWM控制技术才实际意义上被采用[7]。它首先用于不可逆和低功率驱动，如天文望远镜的自动跟踪、自动记录仪器等。在最近的一段时间里，晶体管技术一直在被优化，其他各项技术也渐渐发展起来，又随着脉冲宽度调速永磁直流电机的出现，两者相辅相成让PWM技术的开始迅速崛起，电机驱动领域也得到了很大的突破，并让它到达了一个新的巅峰。
在国外，PWM脉宽调制技术最先并不是在民间被运用，而是在军事和航天领域得到开发使用。它拥极其优越的性能，能够让高级别跟踪系统正常运行。在过去的八或九年中，它已进一步扩展到民用工业，特别是在风力发电、电机调速、直流电源等领域。目前，电子技术、计算机技术和电控技术的结合已经是大势所趋，促使电控技术飞速进步[8]。在市场日渐发展的当下，电机驱动控制在应用中开始变得无力，人们渴求它的一次大进步，对它的期望也不断提高。希望它具有功能多、噪音低、控制算法多样等特点，稳定可靠和系统安全运行也被要求早日提上议事日程。同时，要马大由恒定速度运转转变为变速运转，还要它能完全达到全球环境保护法提出的各项环境准则。人们相信在二十一世纪到来后，高性能的电子器件会逐渐展现在他们的眼前。而现有的电力电子元器件也将不断继续做出改进。
1.2 本课题研究的目的及意义
由于交流技术的出现，交流调速一直冲击着直流，但它目前在国内的应用非常有限，在相当一段时间内很难取代直流调速。特别是我国在这个方面的情况和PWM脉宽调制系统的出现，使其拥有优良的线性调速特性、方便易懂的操作、高效率、优良的动态特性，完美弥补了这一空白，提高了它的精确度和安全可靠度。直流调速系统仍是最受人们欢迎和使用的调控电机的方式。随着单片机技术的逐步发展，直流PWM脉宽调制系统在各个领域尤其在工业领域中得到了广泛的运用，操控方法渐渐地被人们所熟练掌握。系统对单片机的各项提出了要求：运行速度要足够快，有PWM端口自动生成PWM波。有捕捉功能，用于测频。采用A/D转换器对电机的输出转速、输出电压、电流的模拟输出进行模拟/数字转换[9]。有种类各式的同步串行接口，充足的内部ROM和RAM来减低控制系统尺寸的不可控性。
目 录
1 引言 1
1.1 国内外发展状况 1
1.2 本课题研究的目的及意义 2
1.3 PWM调速技术 3
2 系统介绍 3
2.1 系统组成 4
2.2 工作原理 5
2.3 方案选择 6
2.4 PWM信号的发生 7
3 硬件部分设计 8
3.1 STC89C52RC单片机 9
3.2 供电电源模块 10
3.3 电机驱动模块 11
3.4 LCD1602显示器 13
3.5 独立键盘控制模块 15
3.6 硬件的调试 16
结 论 17
致 谢 18
参 考 文 献 19
附录 PCB图 20
1 引言
如今随着直流电机的运用范围越来越广泛，并且相比于其他类型的电机，它具有优良的调速特性，稳定的启动、制动调速平滑、经济、方便等优点。因此，如何提高电机的效率和产品的产量已成为一个值得关注的问题。推出崭新的电机操控的技术变得越来越急迫。
现在已经有一些关于直流电机速度调节的完善方法。这些方法总结起来可归为几大类：改变电枢电路的供电电压，改变电机电路的总电阻，以及改变电机励磁磁通[12]。如果使用改变电机电路电阻的方法，会导致很大一部分电能转换成热能，大大降低了效率；如果采用励磁控制的发法，尽管可以减小电动机的控制功率和节省电力，但是会阻碍到可控制的速度大小。在低速时受到磁饱和的限制，而在高速时又受到了换向火花和换向器强度的限制， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
而且，会因励磁线圈电感导致系统的动态响应很差[3]。因此，改变电机电路的总电阻和改变电机励磁的磁通量已不能满足现代科学技术的要求，人们开始关注电枢电路的电压变化方法。这时用PWM操控直流电机来调节速度的方法就水到渠成得出现了。?
脉冲宽度调制（pulse width modulation），即PWM就是如今使用最广泛的一种改变电枢电路的电压的方法。该方法的基本原理是通过电枢两端电压的接通时间和断开时间的之比（即占空比）来控制直流电动机的转动速度。它可以经由接通电源使电动机加速转动，断开电源使电机减速转动，这样就达到了电动机调节速的目的。综于上述方法，本次设计了一种以STC89C52RC单片机为核心的直流电机PWM 速度调节系统。
国内外发展状况
在电力电子技术、功率半导体器件这两个领域的研究成果，很大程度上影响着电控技术的研究方向与发展前景，两者紧密相连而又强化彼此。在这发展的几十年里，随着电力电子技术领域进步迅速，电机控制也跟着被带动起来，已经展现出新的发展态势。驱动电机有三种控制方案：工作在通断状态的开关控制、相位控制和脉宽调制控制，在单向通用电机的电子驱动电路中，主器件是晶闸管，后来进过改良后用了相位控制的双向可控硅[4]。自那时以来，半控功率器件已经占据了电机控制市场。七十年代之后晶闸管、GTR、POWERMOSFET和IGBT等这些器件才慢慢被人们所关注使用。采用这类拥有自我关断特性的器件，换下了以前一般电路系统所需要的换相电路，精简了整个电路布局，提高了工作质量，减轻了噪音音量，还使得电子器件更加精致和小巧。一段时间之后，含有许多干扰谐波、低功率因数的相控变流器渐渐被PWM变流器所取代，这之后电动机所能控制的范围被大大地增加了，还让速度调整更加准确，工作效率和功率因数也跟以往进步甚大[56]。?
PWM调速系统这个概念在相当早以前就已经有人提出过了，但是电力电子器件发展水平没有达到它的要求，一直被制约到上世纪80年代，这项技术都没有被实现。直到进入上世纪80年代随着全控型电子器件的运用和飞跃式进步，PWM控制技术才实际意义上被采用[7]。它首先用于不可逆和低功率驱动，如天文望远镜的自动跟踪、自动记录仪器等。在最近的一段时间里，晶体管技术一直在被优化，其他各项技术也渐渐发展起来，又随着脉冲宽度调速永磁直流电机的出现，两者相辅相成让PWM技术的开始迅速崛起，电机驱动领域也得到了很大的突破，并让它到达了一个新的巅峰。
在国外，PWM脉宽调制技术最先并不是在民间被运用，而是在军事和航天领域得到开发使用。它拥极其优越的性能，能够让高级别跟踪系统正常运行。在过去的八或九年中，它已进一步扩展到民用工业，特别是在风力发电、电机调速、直流电源等领域。目前，电子技术、计算机技术和电控技术的结合已经是大势所趋，促使电控技术飞速进步[8]。在市场日渐发展的当下，电机驱动控制在应用中开始变得无力，人们渴求它的一次大进步，对它的期望也不断提高。希望它具有功能多、噪音低、控制算法多样等特点，稳定可靠和系统安全运行也被要求早日提上议事日程。同时，要马大由恒定速度运转转变为变速运转，还要它能完全达到全球环境保护法提出的各项环境准则。人们相信在二十一世纪到来后，高性能的电子器件会逐渐展现在他们的眼前。而现有的电力电子元器件也将不断继续做出改进。
1.2 本课题研究的目的及意义
由于交流技术的出现，交流调速一直冲击着直流，但它目前在国内的应用非常有限，在相当一段时间内很难取代直流调速。特别是我国在这个方面的情况和PWM脉宽调制系统的出现，使其拥有优良的线性调速特性、方便易懂的操作、高效率、优良的动态特性，完美弥补了这一空白，提高了它的精确度和安全可靠度。直流调速系统仍是最受人们欢迎和使用的调控电机的方式。随着单片机技术的逐步发展，直流PWM脉宽调制系统在各个领域尤其在工业领域中得到了广泛的运用，操控方法渐渐地被人们所熟练掌握。系统对单片机的各项提出了要求：运行速度要足够快，有PWM端口自动生成PWM波。有捕捉功能，用于测频。采用A/D转换器对电机的输出转速、输出电压、电流的模拟输出进行模拟/数字转换[9]。有种类各式的同步串行接口，充足的内部ROM和RAM来减低控制系统尺寸的不可控性。
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