arm的直流电机调速系统设计软件部分(附件)
本次设计是基于ARM的直流电机调速系统的软件设计。直流电机因为其高适应性，维护简单等特点一直在工业领域占据着重要的地位。而直流电机的调速系统使其能够在不同的需求情况下进行工作，尤其是在直流电机调速系统的的起动过程加入了电流调节器和转速调节器之后，由于电流环和转速环的双闭环作用，减小了系统的稳态误差，使得直流电机能够平稳运行。本次软件设计是通过ARM单片机STM32F4系列进行核心的调速编程控制，ARM 单片机功能强大，体积小，运行速度快。本次编程使用PID算法，并且使用PWM脉宽调制技术对直流电机进行调速，其本质就是通过改变占空比来改变直流电机的转速。最终能够实现软件程序的仿真和软硬件的联合调试。关键词 直流电机，调速，双闭环，ARM单片机
目 录
1 引言 1
1.1 直流电机控制系统的发展 1
1.2 课题研究意义 2
2 系统分析 2
2.1 系统方案选择与硬件总体结构设计 2
2.2 双闭环直流调速系统组成 3
2.3 双闭环系统调节器的设计 6
2.4 ARM单片机系统介绍 9
2.5 单片机硬件引脚概述 12
3 软件设计 15
3.1 主程序模块 16
3.2 子程序模块 17
3.3 PWM脉宽调制模块 21
4 软硬件联合调试 25
4.1 软件程序仿真 25
4.2 联合调试 25
总结 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32 1 引言
在当今工业领域里面各种工业自动化系统和智能产品中使用电机进行驱动，传输和控制是至关重要的。由于工业自动化涉及的领域比较多，对电机控制方面所提出的要求也越来越多，这要求电机控制的精准度和快速反应能力越来越强，与此同时也要求电机能够适应各种不同的工作环境。电动机（Electric machinery）俗称“马达”，是利用电磁感应原理进行工作。电动机根据供电电源种类可以分为直流电机和交流电机。目前，交流电机的发展因为控制简单和效率高，取得了有目共睹的成绩，但是直流电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
机优越的启动性能和制动性能是交流电机所达不到的。相互比较而言直流电机的发展已经十分成熟而且直流电机的控制系统也十分简单，直流电机相比于交流电机更加适合在平滑调速的工作场合使用。因此直流电机凭借这些优点仍然占领着电机应用的主流市场。
直流电机之所以能够占据电机主流市场是因为其有完善的、相对成熟的调速控制系统。并且电机的控制电路也与时俱进。整流器的更新换代使得晶闸管装置淘汰了老一代的水银整流装置，这样使得控制电路更加集成化，可靠性变高，成本变低。顺理成章使得直流调速能够在各个科技领域得到广泛的使用和认同。
直流电机控制系统的发展
人类真正意义上对电动机进行控制始于20世纪初，当时的电机控制系统用的就是静止变流器[9]。在1957年，第一只晶闸管（SCR）的诞生标志着电力电子时代的开始。此后不久电力电子领域又推出了门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅型双极性晶体管（IGBT）等一大批性能优于以前的电力电子器件。
变流技术的发展与此同时也取得了发展。以前使用的传统的方波逆变器电流的谐波分量比较大，开关损耗也比较大，难以取得理想的变流效果。此时PWM脉宽调制整流技术得到大家的青睐。脉宽调制整流技术不仅谐波分量小，损耗低，而且它的工作效率比较高，成本低，维护简单，适合在各个领域使用，因此发展前景巨大。
20世纪80年代，微处理器的引入和使用使得电气控制技术再一次发生巨大的改变，微处理器的使用使得模拟控制系统向数字化控制系统转化的技术得到发展，使用微处理器不仅可以降低了成本，提高了控制系统的可靠性，而且方便加入人工智能对系统的运行状态的诊断，利于人工控制微处理器实现复杂精密的控制方案。一款全新的微处理器需要被研发出来，TI公司的DSP便具有这样的功能，DSP依靠它的高速的数据处理能力和输入输出功能的强大，使得DSP运用在控制电动机领域时功能十分强大。
进入新世纪以来， ARM公司生产高性能微处理器芯片在单片机领域的崛起，使得单片机的性能得到了进一步的提升，ARM公司生产的单片机逐渐取代老一代单片机在电机控制中的地位。目前，产业之间的不断合作促使电子技术，计算机技术和电机的控制技术在一些技术领域的合作越来越多，这个趋势对于电机控制技术的飞速发展十分有利。 伴随着电机在各个生产领域的高度密集的使用，客户对电机的驱动控制也提出了越来越高要求，他们期望电机驱动的功能更加丰富，希望在电机控制算法方面能够有更复杂的驱动控制系统满足他们的需求，但是新的控制系统还有可靠性的问题和安全操作的问题急需得到解决。同时，电机也需要从恒定速度运行向变速运行的方向发展，必须执行全球环境标准法律法规所要求的严格标准。由于这些高标准的高需求，预计新的高性能电力电子器件将继续出现在电子领域，并且新一代电力电子器件将会在现有的电子电力器件的基础上得到不断的创新和发展。
1.2 课题研究意义
在现代工业设计中，自动化控制系统其核心技术大都是利用电机进行驱动、传输等。现代工业中客户应对自己的需求对电机提出了不同的要求，并且需要将电机改装成适合各种工作环境要求的新型电机。使电机的适应能力进一步加强。工业革命的进程促进了科学技术的进步与发展，通过对电机结构做出不同的改变，一些针对性更强的电机被引入不同的工业应用领域，就像伺服电机，步进电机等非传统电机在工厂里面的使用。在一些不需要高级控制的电机控制系统中，传统常规的电机控制系统对于传统的直流电机的使用还是十分普遍的。但是需要精确而且快速的控制电机的时候，选择复杂和稳定的管理控制系统就十分重要。
本人对此次课题的研究实现了理论研究与实践操作的相结合，巩固了对理论知识的认识与了解，提高了自己的设计能力和动手能力。
目 录
1 引言 1
1.1 直流电机控制系统的发展 1
1.2 课题研究意义 2
2 系统分析 2
2.1 系统方案选择与硬件总体结构设计 2
2.2 双闭环直流调速系统组成 3
2.3 双闭环系统调节器的设计 6
2.4 ARM单片机系统介绍 9
2.5 单片机硬件引脚概述 12
3 软件设计 15
3.1 主程序模块 16
3.2 子程序模块 17
3.3 PWM脉宽调制模块 21
4 软硬件联合调试 25
4.1 软件程序仿真 25
4.2 联合调试 25
总结 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32 1 引言
在当今工业领域里面各种工业自动化系统和智能产品中使用电机进行驱动，传输和控制是至关重要的。由于工业自动化涉及的领域比较多，对电机控制方面所提出的要求也越来越多，这要求电机控制的精准度和快速反应能力越来越强，与此同时也要求电机能够适应各种不同的工作环境。电动机（Electric machinery）俗称“马达”，是利用电磁感应原理进行工作。电动机根据供电电源种类可以分为直流电机和交流电机。目前，交流电机的发展因为控制简单和效率高，取得了有目共睹的成绩，但是直流电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
机优越的启动性能和制动性能是交流电机所达不到的。相互比较而言直流电机的发展已经十分成熟而且直流电机的控制系统也十分简单，直流电机相比于交流电机更加适合在平滑调速的工作场合使用。因此直流电机凭借这些优点仍然占领着电机应用的主流市场。
直流电机之所以能够占据电机主流市场是因为其有完善的、相对成熟的调速控制系统。并且电机的控制电路也与时俱进。整流器的更新换代使得晶闸管装置淘汰了老一代的水银整流装置，这样使得控制电路更加集成化，可靠性变高，成本变低。顺理成章使得直流调速能够在各个科技领域得到广泛的使用和认同。
直流电机控制系统的发展
人类真正意义上对电动机进行控制始于20世纪初，当时的电机控制系统用的就是静止变流器[9]。在1957年，第一只晶闸管（SCR）的诞生标志着电力电子时代的开始。此后不久电力电子领域又推出了门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅型双极性晶体管（IGBT）等一大批性能优于以前的电力电子器件。
变流技术的发展与此同时也取得了发展。以前使用的传统的方波逆变器电流的谐波分量比较大，开关损耗也比较大，难以取得理想的变流效果。此时PWM脉宽调制整流技术得到大家的青睐。脉宽调制整流技术不仅谐波分量小，损耗低，而且它的工作效率比较高，成本低，维护简单，适合在各个领域使用，因此发展前景巨大。
20世纪80年代，微处理器的引入和使用使得电气控制技术再一次发生巨大的改变，微处理器的使用使得模拟控制系统向数字化控制系统转化的技术得到发展，使用微处理器不仅可以降低了成本，提高了控制系统的可靠性，而且方便加入人工智能对系统的运行状态的诊断，利于人工控制微处理器实现复杂精密的控制方案。一款全新的微处理器需要被研发出来，TI公司的DSP便具有这样的功能，DSP依靠它的高速的数据处理能力和输入输出功能的强大，使得DSP运用在控制电动机领域时功能十分强大。
进入新世纪以来， ARM公司生产高性能微处理器芯片在单片机领域的崛起，使得单片机的性能得到了进一步的提升，ARM公司生产的单片机逐渐取代老一代单片机在电机控制中的地位。目前，产业之间的不断合作促使电子技术，计算机技术和电机的控制技术在一些技术领域的合作越来越多，这个趋势对于电机控制技术的飞速发展十分有利。 伴随着电机在各个生产领域的高度密集的使用，客户对电机的驱动控制也提出了越来越高要求，他们期望电机驱动的功能更加丰富，希望在电机控制算法方面能够有更复杂的驱动控制系统满足他们的需求，但是新的控制系统还有可靠性的问题和安全操作的问题急需得到解决。同时，电机也需要从恒定速度运行向变速运行的方向发展，必须执行全球环境标准法律法规所要求的严格标准。由于这些高标准的高需求，预计新的高性能电力电子器件将继续出现在电子领域，并且新一代电力电子器件将会在现有的电子电力器件的基础上得到不断的创新和发展。
1.2 课题研究意义
在现代工业设计中，自动化控制系统其核心技术大都是利用电机进行驱动、传输等。现代工业中客户应对自己的需求对电机提出了不同的要求，并且需要将电机改装成适合各种工作环境要求的新型电机。使电机的适应能力进一步加强。工业革命的进程促进了科学技术的进步与发展，通过对电机结构做出不同的改变，一些针对性更强的电机被引入不同的工业应用领域，就像伺服电机，步进电机等非传统电机在工厂里面的使用。在一些不需要高级控制的电机控制系统中，传统常规的电机控制系统对于传统的直流电机的使用还是十分普遍的。但是需要精确而且快速的控制电机的时候，选择复杂和稳定的管理控制系统就十分重要。
本人对此次课题的研究实现了理论研究与实践操作的相结合，巩固了对理论知识的认识与了解，提高了自己的设计能力和动手能力。
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