2023年基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计.doc

新疆工业高等专科学校毕业设计(论文) 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 景天红 系 别： 电气与信息工程系 专业班级： 电气自动化06—32〔1〕班 指导教师： 董晓红老师 完成日期： 2023年6月12日 新疆工业高等专科学校 毕业设计〔论文〕任务书 一、 题目：基于单片机实现直流电机PWM调速系统 二、 指导思想和目的： 通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，稳固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。 三、 设计任务或主要技术指标： 利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反响给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。 四、 设计进度与要求： 1〕：布置设计任务，深入了解设计内容，搜集参考资料，学习有关内容。 2〕：学习学校毕业设计的的实际情况，和格式要求。 3〕：设计网络拓扑结构以及构思设计的根本思路和设计过程。 4〕：根据根据设计要求和构思思路查找设计内容。 5〕：根据要求和设计的根本方案对设计要求的材料进行预算。 6〕：完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计说明书。 7〕：对图纸进行校正和测绘，画合格的正式图纸。 8〕：总结，熟悉设计内容，准备毕业辩论，完成辩论。 五、 主要参考书及参考资料： [1] 王离九，黄锦恩编著，晶体管脉冲直流调速系统，华中理工大学出版社出版 [2] 丁元杰主编,上海市教育委员会组编,单片微机原理及应用，机械工业出版社 [3] 李荣生主编，电气传动控制系统设计指导，机械工业出版社 [4] 吴守箴，臧英杰 编著， 电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社 [5] 陈伯时主编,自动控制系统---电力拖动控制,中央播送电视大学出版社 专业班级：电气自动化06—32〔1〕班 学生：景天红 指导教师：董晓红老师 教研室主任〔签名〕： 系〔部〕主任〔签名〕： 年 月 日 新疆工业高等专科学校 毕业设计〔论文〕评定意见书 设计〔论文〕题目： 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 专 题： 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 设 计 者：姓名 景天红 专业 电气自动化 班级 06—32〔1〕班 设计时间： 2023年4月20日—2023年6月 12日 指导教师：姓名 职称 单位 评 阅 人：姓名 职称 单位 评定意见： 评定成绩： 指导教师〔签名〕： 年 月 日 评阅人〔签名〕： 年 月 日 辩论委员会主任〔签名〕： 年 月 日 〔上页反面〕 毕业设计评定意见参考提纲 1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2.设计或论文〔说明书〕的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。 3.设计或论文〔说明书〕中较成功的局部。 4.作毕业设计或论文〔说明书〕时遇到的困难和问题。 电气与信息工程系毕业辩论情况记录表 辩论人姓名 景天红 班 级 电气自动化 专 业 06—32〔1〕 设计题目 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 指导老师 董晓红老师 辩论日期 年 月 日 辩论时间 时 分— 时 分 自述 答复以下问题 小结 辩论组长： 年 月 日 摘 要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反响值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词： PWM信号 测速发电机 PI运算 目 录 1. 系统硬件电路的设计 ………………………………………………………1 1.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计…………………………………1 1.1.1 系统总体设计框图 ……………………………………………………1 1.1.2 8051 单片机简介………………………………………………………1 1.1.3 单片机系统中所用其他芯片简介 ……………………………………3 1.1.4 8051 单片机扩展电路及分析…………………………………………5 1.2 PWM信号发生电路设计……………………………………………………8 1.2.1 PWM的根本原理…………………………………………………………8 1.2.2 PWM信号发生电路设计…………………………………………………8 1.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理……………………………………10 1.3 功率放大驱动电路设计……………………………………………………12 1.3.1 芯片IR2110性能及特点………………………………………………12 1.3.2 芯片IR2110引脚图及功能……………………………………………12 1.4 主电路设计…………………………………………………………………15 1.4.1 延时保护电路 …………………………………………………………15 1.4.2 主电路 …………………………………………………………………15 1.4.3 输出电压波形 …………………………………………………………17 1.5 测速发电机 ………………………………………………………………17 1.6 滤波电路 …………………………………………………………………17 1.7 A/D 转换 …………………………………………………………………18 1.7.1 芯片ADC0809介绍………………………………………………………18 1.7.2 ADC0809 的引脚及其功能 ……………………………………………18 2.直流调速系统 …………………………………………………………………20 2.1 直流调速系统概述 …………………………………………………………20 2.2 单闭环直流调速系统 ………………………………………………………20 2.3 开环系统机械特性和闭环系统静特性的比拟 ……………………………22 3.系统软件程序的设计 …………………………………………………………25 3.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 ………………………………………25 3.2 系统中局部程序的设计 ……………………………………………………25 3.2.1 单片机资源分配 ………………………………………………………25 3.2.2 程序流程图 ……………………………………………………………28 总结 ……………………………………………………………………………30 致谢 ……………………………………………………………………………31 参考文献 1. 系统硬件电路的设计 1.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 1.1.1 系统总体设计框图 8051单片机 PWM信号的产生与放大 直流电机 测速 发电机 滤波 电路 A/D 转换 图1.1系统总体设计框图 1.1.2 8051单片机简介 1.8051单片机的根本组成 8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其根本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能存放器的集中控制方法。其根本组成如以下列图所示： 图1.2 8051单片机根本组成 2.CPU及8个部件的作用功能介绍如下 中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。 内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H—7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。 特殊功能存放器：是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制存放器和状态存放器，是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80H—FFH。 内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。 并行I/O口：8051芯片内部有4个8位的I/O口〔P0，P1，P2，P3〕，以实现数据的并行输入输出。 串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。 定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。 中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。 振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz。 3.8051单片机引脚图 图1.3 8051单片机引脚图 1.1.3 单片机系统中所用其他芯片简介 1.地址锁存器74LS373 74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如以下列图所示： 图1.4 74LS373片内三态门的D锁存器 当使能端G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时芯片的输出控制端为低，也即是输出三态门翻开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。以下是其引脚图： 图1.5 74LS37引脚图 2.程序存储器27128 (1)芯片引脚 图1.6程序存储器27128引脚图 〔2〕功能表 引脚 工作方式 〔片选〕 〔允许输出〕 VPP 〔编程控制〕 输出 读 L L VCC H 数据输出 维持 H x VCC x 高阻 编程 L H VPP L 数据