arm的直流电机调速系统设计硬件部分
直流电机具有良好的启动、制动性能，大范围平滑调速，在很多领域中得到了广泛应用。直流电机调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。本系统以ARM单片机为核心。ARM系列单片机具有很高的性能，较低的功耗，丰富的可选择芯片以及广泛的第三方支持等优点。这篇论文主要就是介绍基于ARM单片机的直流电机调速系统，并且集启动、加速、减速、停止、显示、测量等功能于一体。该系统结构简单，抗干扰能力强，体积小巧轻便，有良好的应用前景。关键词 直流电机，速度控制，ARM单片机。
目 录
1 绪论1
1.1直流电机调速的发展概况1
1.2直流电机的调速方法2
1.3直流电机调速的研究现状2
1.4单片机发展历程3
1.5课题研究内容4
2 ARM单片机介绍4
2.1 STM32F103C8T6介绍5
2.2 STM32F103C8T6的低功耗模式9
3 硬件总体设计10
4 系统硬件各模块设计10
4.1主控制器电路10
4.2 STM32F103C8T6系统板13
4.3串口通讯18
5 直流电机驱动系统18
5.1电机驱动模块18
5.2电流传感器20
5.3硬件总体接线图21
6 软硬件调试21
7 系统软件设计25
结论 26
致谢 27
参考文献28
附录一 硬件总体接线图29
附录二 PCB图30
1 绪论
在现代地工业生产当中，为了实现各种工艺的生产需求，大家都是通过采用电机来拖动设备，来完成相应的生产任务。伴随着社会经济的飞速发展，对于生产工艺的要求也越来越高，与之相对应的就是对生产机械和拖动电机提出了更高的要求：有的要求电动机能迅速启动、制动和停止[1]；有的要求电动机达到启动、制动平稳，并且能够准确的停止在给定的位置。直流电动机拥有杰出地被控制性能，在很多领域中获得了非常广泛的应用。
ARM系列单片机具有很高的性能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，较低的功耗，丰富的可选择芯片以及广泛的第三方支持，体积小，质量轻，集成度高这些特点。把ARM单片机作为直流调速系统的控制部件具有体积小巧轻便，抗干扰能力强等特点，具有良好的发展前景。
1.1 直流电机调速的发展概况
直流电机调速的意思就是以直流电动机作为对象，在用一些控制手段，来控制电机的启动，停止，加速，减速以及正反转。自从直流电机被发明以来，直流调速技术一直被咱们所研究利用。就现在的这些现象来讲，把晶闸管作为控制器已经不能满足俺们的需求了，现在的直流调速控制器，都是以小型电子器件作为核心部件例如单片机之类的，在将从自动控制系统中所学的知识作为理论指导，通过整合，作为一个电气控制装置[3]。因为直流调速系统具有很高的操作精度，广阔的调速范围，调速控制装置相对于其他调速控制装置来说，相对要简单得多，保养维护和操作也很方便。所以长久以来，一直在电机控制方面占据着非常重要的地位。处于一些对于生产设备的生产精度要求很高的地方，正常情况下都是采用的直流调速来作为控制方法。眼下来讲，随着社会经济的发展，通过对电机的控制，把电能转换为机械能并且达到给定的运动规律来达到生产目的，当今社会，这样的控制手段已经广泛的应用在了工业生产中了。跟随着工业生产的要求不断提高，直流调速技术也在不断地发展中。第一方面是实现了整流器的更新换代， 然后是用晶闸管整流装置来代替传统的整流装置。第二方面随着生产工艺水平不断地提高，以及微型电子设备的诞生，直流调速技术在微型电子设备的加持下，开始变得高度集成化，体积也变小了很多，变得比以前更加的可靠，随着技术的不断发展，这些设备的集成度越来越高，体积也变小了许多，所带来的是成本也相应的减少。使用的范围也越来越广。直流调速技术在不断的变得成熟1.2 直流电机的调速方法
直流电动机得调速方程是[2]，将公式带入上面的式子得到结果由该式可得，直流电机调速方法分为三种1改变电枢电路中串联的总电阻；2改变磁通量；3改变电枢电路两端电压Ua。本文采用的方法是通过单片机改变占空比来达到调速的目的。
1.3 直流电机调速研究现状
直流调速技术的发展是基于电力电子技术的，电力电子技术是直流调速技术发展的关键推动技术。国外在该项技术上起步的比较早，中国由于西方国家的技术封锁，起步相对晚一些，从第一个晶闸管制成开始，我国的直流调速技术飞速发展，广泛应用于经济生产中[4]。随着国民经济的飞速发展，用于大功率调速的晶闸管已经得到了应用以及大范围的生产。随着改革开放的进行，以及国外先进技术的学习和吸收，这使得我国的发展方向也开始向着标准化生产，减小体积以及实现高度集成化和智能化发展。
随着数字技术的飞速发展，直流调速装置又再一次进行的新的变革，数控技术再加上微型控制装置的改进，是的直流调速技术进入了一个崭新的阶段。
我国的数字直流调速技术相对国外来说起步较晚，虽然起步较晚，不过这并不影响我国的数字直流调速技术的发展,并且还取得了非常优异的成就。主要的成就有，综合性能下的最优控制，补偿PID算法，PID算法优化等等[5]。在一些对于电动机控制要求较高的场合中，传统的控制手段已经很难满足现有的工业生产需要。为了适应时代的发展，提高生产效率以及生产质量，现有的电机调速系统也开始被要求做到精度要高，性能要好，网络化，信息化以及智能化。微处理器可以用来实现数值控制器，微处理器不仅可以完成数字运算，还可以实现一些其他控制算法以及PID算法，在不同的速度设定和变化规律下，微处理器可以实现存储和计算等功能。除了这些，还可以用来检测，显示各种工艺参数。用计算机连接总线还可以实现同时控制多台调速装置的功能。现在的数字控制器都是用单片机来制成的，ARM系列是其中的一个重要分支，ARM系列相对于普通的单片机制成的数字控制器来说。ARM的集成度高，不需要扩展任何模块就能达到相应的控制需求，从而大大的降低了成本，其结构简单，操作方面，维护费用低。符合工业上要求的经济实用的指标。
目 录
1 绪论1
1.1直流电机调速的发展概况1
1.2直流电机的调速方法2
1.3直流电机调速的研究现状2
1.4单片机发展历程3
1.5课题研究内容4
2 ARM单片机介绍4
2.1 STM32F103C8T6介绍5
2.2 STM32F103C8T6的低功耗模式9
3 硬件总体设计10
4 系统硬件各模块设计10
4.1主控制器电路10
4.2 STM32F103C8T6系统板13
4.3串口通讯18
5 直流电机驱动系统18
5.1电机驱动模块18
5.2电流传感器20
5.3硬件总体接线图21
6 软硬件调试21
7 系统软件设计25
结论 26
致谢 27
参考文献28
附录一 硬件总体接线图29
附录二 PCB图30
1 绪论
在现代地工业生产当中，为了实现各种工艺的生产需求，大家都是通过采用电机来拖动设备，来完成相应的生产任务。伴随着社会经济的飞速发展，对于生产工艺的要求也越来越高，与之相对应的就是对生产机械和拖动电机提出了更高的要求：有的要求电动机能迅速启动、制动和停止[1]；有的要求电动机达到启动、制动平稳，并且能够准确的停止在给定的位置。直流电动机拥有杰出地被控制性能，在很多领域中获得了非常广泛的应用。
ARM系列单片机具有很高的性能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
，较低的功耗，丰富的可选择芯片以及广泛的第三方支持，体积小，质量轻，集成度高这些特点。把ARM单片机作为直流调速系统的控制部件具有体积小巧轻便，抗干扰能力强等特点，具有良好的发展前景。
1.1 直流电机调速的发展概况
直流电机调速的意思就是以直流电动机作为对象，在用一些控制手段，来控制电机的启动，停止，加速，减速以及正反转。自从直流电机被发明以来，直流调速技术一直被咱们所研究利用。就现在的这些现象来讲，把晶闸管作为控制器已经不能满足俺们的需求了，现在的直流调速控制器，都是以小型电子器件作为核心部件例如单片机之类的，在将从自动控制系统中所学的知识作为理论指导，通过整合，作为一个电气控制装置[3]。因为直流调速系统具有很高的操作精度，广阔的调速范围，调速控制装置相对于其他调速控制装置来说，相对要简单得多，保养维护和操作也很方便。所以长久以来，一直在电机控制方面占据着非常重要的地位。处于一些对于生产设备的生产精度要求很高的地方，正常情况下都是采用的直流调速来作为控制方法。眼下来讲，随着社会经济的发展，通过对电机的控制，把电能转换为机械能并且达到给定的运动规律来达到生产目的，当今社会，这样的控制手段已经广泛的应用在了工业生产中了。跟随着工业生产的要求不断提高，直流调速技术也在不断地发展中。第一方面是实现了整流器的更新换代， 然后是用晶闸管整流装置来代替传统的整流装置。第二方面随着生产工艺水平不断地提高，以及微型电子设备的诞生，直流调速技术在微型电子设备的加持下，开始变得高度集成化，体积也变小了很多，变得比以前更加的可靠，随着技术的不断发展，这些设备的集成度越来越高，体积也变小了许多，所带来的是成本也相应的减少。使用的范围也越来越广。直流调速技术在不断的变得成熟1.2 直流电机的调速方法
直流电动机得调速方程是[2]，将公式带入上面的式子得到结果由该式可得，直流电机调速方法分为三种1改变电枢电路中串联的总电阻；2改变磁通量；3改变电枢电路两端电压Ua。本文采用的方法是通过单片机改变占空比来达到调速的目的。
1.3 直流电机调速研究现状
直流调速技术的发展是基于电力电子技术的，电力电子技术是直流调速技术发展的关键推动技术。国外在该项技术上起步的比较早，中国由于西方国家的技术封锁，起步相对晚一些，从第一个晶闸管制成开始，我国的直流调速技术飞速发展，广泛应用于经济生产中[4]。随着国民经济的飞速发展，用于大功率调速的晶闸管已经得到了应用以及大范围的生产。随着改革开放的进行，以及国外先进技术的学习和吸收，这使得我国的发展方向也开始向着标准化生产，减小体积以及实现高度集成化和智能化发展。
随着数字技术的飞速发展，直流调速装置又再一次进行的新的变革，数控技术再加上微型控制装置的改进，是的直流调速技术进入了一个崭新的阶段。
我国的数字直流调速技术相对国外来说起步较晚，虽然起步较晚，不过这并不影响我国的数字直流调速技术的发展,并且还取得了非常优异的成就。主要的成就有，综合性能下的最优控制，补偿PID算法，PID算法优化等等[5]。在一些对于电动机控制要求较高的场合中，传统的控制手段已经很难满足现有的工业生产需要。为了适应时代的发展，提高生产效率以及生产质量，现有的电机调速系统也开始被要求做到精度要高，性能要好，网络化，信息化以及智能化。微处理器可以用来实现数值控制器，微处理器不仅可以完成数字运算，还可以实现一些其他控制算法以及PID算法，在不同的速度设定和变化规律下，微处理器可以实现存储和计算等功能。除了这些，还可以用来检测，显示各种工艺参数。用计算机连接总线还可以实现同时控制多台调速装置的功能。现在的数字控制器都是用单片机来制成的，ARM系列是其中的一个重要分支，ARM系列相对于普通的单片机制成的数字控制器来说。ARM的集成度高，不需要扩展任何模块就能达到相应的控制需求，从而大大的降低了成本，其结构简单，操作方面，维护费用低。符合工业上要求的经济实用的指标。
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