单片机的数字直流调速系统设计
摘 要本论文设计了基于对STC89C52单片机的研究从而能应用于直流电动机的单片机控制的数字直流调速系统，该系统可以实现控制电机的正转、反转、急停、加速、减速的作用。本论文以直流电机为控制对象，主要介绍了PWM控制技术的部分原理以及控制方法以及用STC89C52单片机实现数字直流调速系统的基本原理以及操作方法，设计出了数字直流调速系统的硬件电路和软件程序流程，进行了Proteus软件的调试与仿真，软件仿真所显示的结果表明系统能满足设计要求的各项性能指标要求。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1概况 1
1.2直流电机的发展背景 1
1.3 PWM调速的发展概况 2
1.4本文的目的和介绍 3
第二章 系统原理概述 4
2.1直流电机的工作原理 4
2.2直流电动机的调节方法 5
2.3 PWM调速原理 6
2.3.1 PWM调速方法 7
2.3.2 PWM实现方式 7
2.4 H桥电机驱动电路原理 8
第三章 系统电路设计与硬件的选择 10
3.1系统的功能 10
3.1.2系统主要任务分析 10
3.2系统硬件中单片机的选择 10
3.3 时钟电路 12
3.4复位电路 13
3.5电源系统设计 14
3.6驱动模块的选择 15
3.7红外对管测速系统设计 16
3.7.1转速测量原理 16
3.7.2检测装置安装 17
3.7.3信号处理电路 17
3.8 系统中对1602液晶显示的设计 18
3.8.1 1602芯片的相关解析 18
3.8.2系统中1602液晶显示模块电路的设计 19
第四章 数字直流调速系统中的软件设计 20
4.1系统中主程序的流程图 21
4.2系统中PWM波的程序流程图 21
4.3系统中测速程序的流程图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.4系统中液晶显示系统程序的流程图 23
第五章 Proteus单机片模拟电路仿真 24
5.1 Proteus软件介绍 24
5.2数字直流调速系统电路图 24
5.3电路中的波形分析 25
5.3.1对PWM波形的分析 25
5.3.2电路中显示的测速 26
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
附 录 32
附录一 程序清单 32
附录二 硬件原理图 37
第一章 绪论
1.1概况
在现今的现实生活中，自动化控制系统已经在各行各业的生产生活得到广泛的使用和改进，自动调速系统在其中扮演着着尤为重要的作用。直流电动机相比交流电动机机械结构复杂、价格偏贵、制造工艺繁杂、不利于维护，但是跟交流电动机相比，直流电动机具有优质的启动和制动的功能，最适合在宽广的区域范围内柔和的来调速，凭借这些优点直流调速系统在目前的工业应用领域的自动调速系统中依旧扮演着不可或缺的角色。随着工业技术的发展，电动机的控制逐渐变的复杂，但是依旧阻挡不了它成为主流。与此同时，电机的控制应用范围愈来愈广阔：军工以及航天领域的雷达天线、火控系统、惯性GPS导航等控制；工业生产方面的数字控制机床、进行危险操作的工业机器人、印刷企业的打印控制设备；计算机应用中办公设备中的打印、传真、复印、扫描设备等的控制；音像影音设备以及家用电器中的录音照相摄像设备、洗衣机、空调设备等的控制。
电力电子技术的发展改革了许多电子器件的体积以及控制性能，现在市场应用的主流MOSFET和IGBT，开关速度越来越快，控制的简易程度也在逐渐降低。随着脉宽调制技术应用的范围越来越广，优越性也逐渐体现出来：主电路的线路越来越简单，所需要使用的功率元器件逐渐变少；开关频率逐渐升高，电流不再变得容易中断，谐波变少，电机的损耗得到减少和发热得到降低；低速性能良好，稳速精度提高，因而调速范围变宽；系统响应速度高，抗干扰动态能力变强；当主电路元器件工作在开关状态时，电路导通的损耗降低，装置的运行效率得到提高；这些年来，微机技术发展飞快，以计算机技术主导的信息技术作为一种新兴的生产力，正在向社会的各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向的发展正在形成一股不可阻挡的势头。
1.2直流电机的发展背景
直流电机已经诞生将近140多年。随着电源整流技术的普及，新兴材料与制造技术的应用, 尤其是最近这些年直流电动机的制造过程中加入了电子以及计算机技术的广泛应用，工业用直流电机在设计和制造技术方面有很大进步，直流电机的型号以及功率大小也得到了很大的扩展。直流电机的功率从小到大，从数瓦到万余瓦, 被广泛地投入到冶金、矿业、运输、机床制造、纺织印染等行业中来发光发热。当我们一起回顾直流电动机所经历的发展改进历史和动向时，我们会发现在40年代后期到50年代的前期这段时间里, 直流电动机主要采用MG电动发电机组来作为供电电源。到了60年代初, 水银整流器的出现逐步取代了了电动发电机组电源的地位。等到六十年代后期, 伴随着可控硅整流装置的出现，一下子直接占据了统治地位。尤其在近来这些年，直流电源的供电方式的不断推陈出新以及超导绝缘技术的发展, 促进了直流电动机的性能的提高。目前的趋势是朝着高转速、大功率、小型轻量、低惯量方面成长。
1.3 PWM调速的发展概况
电力电子技术中的功率半导体器件的发展虽带来的影响对电动机控制技术的发展影响极大，它们两者是密切相关，相互促进。近些年，电力电子技术的迅猛发展推动着电动机控制的应用以及这一技术面貌的发展。电动机的驱动有三种控制方法：开关控制带来的通断状态、相位技术控制和PWM控制，在单向电动机的驱动电路硬件的选用中，主要使用晶闸管这一原件，随后则变成了用相位技术控制的双向可控硅。从那时起，用双向可控硅相位控制的功率器件一直占据着市场的主导地位。7、80年代才先后出现了全控型功率器件如GTO晶闸管、GTR、POWERMOSFET、IGBT和MCT等等。选用这种本身有关断能力的电子元器件，取消了原先所必需的换相电路，简化了电路构造，提高了效率，提升了工作频率，减小了噪声，缩小了体积和重量。随着电力电子技术的发展，谐波多、功率因数底下的相位控制变流器逐步被淘汰，斩波器和PWM变流器逐渐成为市场中的主导，脉宽调制变换器的应用范围大大扩大了电机的控制和调节范围，提高了调速的精度。提高直流电机转速、效率、功率因数的性能参数。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1概况 1
1.2直流电机的发展背景 1
1.3 PWM调速的发展概况 2
1.4本文的目的和介绍 3
第二章 系统原理概述 4
2.1直流电机的工作原理 4
2.2直流电动机的调节方法 5
2.3 PWM调速原理 6
2.3.1 PWM调速方法 7
2.3.2 PWM实现方式 7
2.4 H桥电机驱动电路原理 8
第三章 系统电路设计与硬件的选择 10
3.1系统的功能 10
3.1.2系统主要任务分析 10
3.2系统硬件中单片机的选择 10
3.3 时钟电路 12
3.4复位电路 13
3.5电源系统设计 14
3.6驱动模块的选择 15
3.7红外对管测速系统设计 16
3.7.1转速测量原理 16
3.7.2检测装置安装 17
3.7.3信号处理电路 17
3.8 系统中对1602液晶显示的设计 18
3.8.1 1602芯片的相关解析 18
3.8.2系统中1602液晶显示模块电路的设计 19
第四章 数字直流调速系统中的软件设计 20
4.1系统中主程序的流程图 21
4.2系统中PWM波的程序流程图 21
4.3系统中测速程序的流程图 22
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.4系统中液晶显示系统程序的流程图 23
第五章 Proteus单机片模拟电路仿真 24
5.1 Proteus软件介绍 24
5.2数字直流调速系统电路图 24
5.3电路中的波形分析 25
5.3.1对PWM波形的分析 25
5.3.2电路中显示的测速 26
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
附 录 32
附录一 程序清单 32
附录二 硬件原理图 37
第一章 绪论
1.1概况
在现今的现实生活中，自动化控制系统已经在各行各业的生产生活得到广泛的使用和改进，自动调速系统在其中扮演着着尤为重要的作用。直流电动机相比交流电动机机械结构复杂、价格偏贵、制造工艺繁杂、不利于维护，但是跟交流电动机相比，直流电动机具有优质的启动和制动的功能，最适合在宽广的区域范围内柔和的来调速，凭借这些优点直流调速系统在目前的工业应用领域的自动调速系统中依旧扮演着不可或缺的角色。随着工业技术的发展，电动机的控制逐渐变的复杂，但是依旧阻挡不了它成为主流。与此同时，电机的控制应用范围愈来愈广阔：军工以及航天领域的雷达天线、火控系统、惯性GPS导航等控制；工业生产方面的数字控制机床、进行危险操作的工业机器人、印刷企业的打印控制设备；计算机应用中办公设备中的打印、传真、复印、扫描设备等的控制；音像影音设备以及家用电器中的录音照相摄像设备、洗衣机、空调设备等的控制。
电力电子技术的发展改革了许多电子器件的体积以及控制性能，现在市场应用的主流MOSFET和IGBT，开关速度越来越快，控制的简易程度也在逐渐降低。随着脉宽调制技术应用的范围越来越广，优越性也逐渐体现出来：主电路的线路越来越简单，所需要使用的功率元器件逐渐变少；开关频率逐渐升高，电流不再变得容易中断，谐波变少，电机的损耗得到减少和发热得到降低；低速性能良好，稳速精度提高，因而调速范围变宽；系统响应速度高，抗干扰动态能力变强；当主电路元器件工作在开关状态时，电路导通的损耗降低，装置的运行效率得到提高；这些年来，微机技术发展飞快，以计算机技术主导的信息技术作为一种新兴的生产力，正在向社会的各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向的发展正在形成一股不可阻挡的势头。
1.2直流电机的发展背景
直流电机已经诞生将近140多年。随着电源整流技术的普及，新兴材料与制造技术的应用, 尤其是最近这些年直流电动机的制造过程中加入了电子以及计算机技术的广泛应用，工业用直流电机在设计和制造技术方面有很大进步，直流电机的型号以及功率大小也得到了很大的扩展。直流电机的功率从小到大，从数瓦到万余瓦, 被广泛地投入到冶金、矿业、运输、机床制造、纺织印染等行业中来发光发热。当我们一起回顾直流电动机所经历的发展改进历史和动向时，我们会发现在40年代后期到50年代的前期这段时间里, 直流电动机主要采用MG电动发电机组来作为供电电源。到了60年代初, 水银整流器的出现逐步取代了了电动发电机组电源的地位。等到六十年代后期, 伴随着可控硅整流装置的出现，一下子直接占据了统治地位。尤其在近来这些年，直流电源的供电方式的不断推陈出新以及超导绝缘技术的发展, 促进了直流电动机的性能的提高。目前的趋势是朝着高转速、大功率、小型轻量、低惯量方面成长。
1.3 PWM调速的发展概况
电力电子技术中的功率半导体器件的发展虽带来的影响对电动机控制技术的发展影响极大，它们两者是密切相关，相互促进。近些年，电力电子技术的迅猛发展推动着电动机控制的应用以及这一技术面貌的发展。电动机的驱动有三种控制方法：开关控制带来的通断状态、相位技术控制和PWM控制，在单向电动机的驱动电路硬件的选用中，主要使用晶闸管这一原件，随后则变成了用相位技术控制的双向可控硅。从那时起，用双向可控硅相位控制的功率器件一直占据着市场的主导地位。7、80年代才先后出现了全控型功率器件如GTO晶闸管、GTR、POWERMOSFET、IGBT和MCT等等。选用这种本身有关断能力的电子元器件，取消了原先所必需的换相电路，简化了电路构造，提高了效率，提升了工作频率，减小了噪声，缩小了体积和重量。随着电力电子技术的发展，谐波多、功率因数底下的相位控制变流器逐步被淘汰，斩波器和PWM变流器逐渐成为市场中的主导，脉宽调制变换器的应用范围大大扩大了电机的控制和调节范围，提高了调速的精度。提高直流电机转速、效率、功率因数的性能参数。
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