毕业设计（论文）-基于单片机控制器设计

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1、1引言1.1课题研究的背景由于直流电动机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，在工业场合应用广泛。近代，由于生产技术的发展，对电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、和动态响应方面都提出了更高的要求，寻找更高效、更可靠、成本更低的直流电机控制方法成为新世纪研究的热点。近十几年来，单片机作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已经对人类社会产生了深远的影响。单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集及处理、科技计算、商业管理及办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低可靠性和通用灵活性等特点，尤其是美国Intel公司生产的MCS

2、-51系列单片机，由于其具有集成度高、处理功能强、可靠性好、结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在我国已经得到广泛的应用。由于MCS-51单片机易于学习、掌握、性能价格比高，另外以MCS-51单片机的基本内核为核心的各种扩展型、增强型的单片机不断推出，所以在今后若干年内，MCS-51系列单片机仍是我国在单片机应用领域中首选机型。单片机技术在自动控制领域中有着十分广泛的应用。如汽车、航空、电话、传真、视频等，很多行业设计自动控制情况下，通常会涉及单片机技术。本课题介绍一种基于51单片机的直流电机闭环调速系统设计——控制器设计，控制系统采用89C51单片机控制，用PWM驱动控制电机。调速系统

3、按照其调速方式不同可以分为开环调速和闭环调速两种。所谓开环调速系统就是由控制部分直接控制电机运转，无需对电机实际转速进行检测；而所谓闭环调速就是通过转速测量电路测量电机转速，将结果在反馈给控制系统对电机进行控制。两种方法相比较而言，开环调速结构相对简单，而闭环调速精度较高，难度也较大，本文就将采用闭环调速方式。1.2国内外研究现状电机控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。其中电机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数

4、字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中，从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器

5、为核心的数字控制(简称微机数字控制)成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器(DAC)用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。目前，电机调速控制模块主要有以下三种：(1)采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压，从而达到调速的目的；(2)采用继电器对直流电机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整；(3)采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。1.3本课题的

6、主要工作本课题的主要目的主要是完成直流电机闭环调速系统设计——控制器设计。主要的内容包括：主要的设计内容为通过按键设置电机的转速，单片机时刻检测直流电机的转速。当检测到的转速与设置的转速出现偏差的时候，单片机通过控制输出PWM脉冲的占空比来控制电机的转速。同时检测的电机的转速通过数码管显示出来。硬件设计要求如下：1、系统电源设计：为整个系统提供不同大小的电源；2、AT89C51基本工作电路设计：使单片机正常工作；3、复位电路：为单片机提供高电平复位信号；4、时钟电路：为单片机提供时钟信号；5、按键电路：设定电机速度上限；6、电机驱动电路：为单片机控制电机提供驱动电路；7、显示电路：显示当

7、前的电机的转动速度；软件设计要求如下：1、单片机的初始化；2、按键扫描程序；3、显示程序；4、PWM控制子程序；本课题预期目的能够完成硬件的设计，软件的设计，已经能够实现软件和硬件的联合调试，最后达到能够通过键盘按键增加或者减小电机的速度上限，单片机控制电机的速度在设定的范围内，并把测量的电机速度通过LED显示出来。2直流电机调速基本理论随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制