电子软件综合设计 终版

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1、西南科技大学课程设计报告课程名称：电子系统软件综合训练.设计名称：基于STM32单片机的电机驱动系统设计.姓名：.学号:20098006.班级：电子0901.指导教师：.起止日期：2012.06.05-2012.06.20.西南科技大学信息工程学院制3课程设计任务书学生班级：电子0901学生姓名：学号：20098006设计名称：基于STM32单片机的电机驱动系统设计.起止日期：2012.06.05-2012.06.20指导教师：设计要求：采用STM32单片机设计一个驱动电路，并做出实物驱动电机转动，附加PID控制效果。课程设计学生日志时间设

2、计内容2012.06.05提交申请，自拟题目2012.06.06网上查找相关资料2012.06.09画原理图及PCB图2012.06.14实物制作2012.06.15编写代码，调试2012.06.20上交报告，答辩3课程设计考勤表周星期一星期二星期三星期四星期五课程设计评语表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日3基于STM32单片机的电机驱动系统设计概述本次课程设计使用stm32单片机控制直流电机（E240）转速，通过单片机输出PWM波控制驱动芯片，再经过MOS管搭建的H桥，从而驱动电机转动，调节PWM波的占空比可以控制电机的转速。在电机轴

3、尾部加上编码器，使用stm32单片机定时器的捕获通道可以采得编码器的值，再通过PID控制电机可以增强电机的驱动力，抵抗外界干扰。1、直流电机简介：1.1直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。此次课程设计以直流电动机作为研究对象。1.2直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上

4、的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。图2.1直流电动机结构1.3直流电机工作原理直流电机电路模型如下图所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd19。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。1.4直流电机PWM调速原理（1）直流电机转速直流电机的数学模型可用图1.4.1表示，由图可见电机

5、的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反，是制动转矩。图1.4.1直流电机的数学模型根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1.1：U=Ea-Ia（Ra+Rc）……………………………………………式1.1式1.1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。由此可得到直流电机的转速公式为：n=Ua-IR/CeΦ……………………………………………式1.219式1.

6、2中，Ce为电动势常数，Φ是磁通量。由1.1式和1.2式得n=Ea/CeΦ………………………………………………式1.3由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。（2）PWM电机调速原理对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为图1.4.2所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对

7、这一变化进一步推导。图1.4.2施加在电枢两端的脉动电压设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T，则电枢的平均电压为：U平=U·D……………………………………………式1.4由式1.3得到：n=Ea/CeΦ≈U·D/CeΦ=KD；在假设电枢内阻较小的情况下式中K=U/CeΦ，是常数。图1.4.3为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。19图1.4.3占空比与电机转速的关系由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，

8、可以近视为线性关系。2、STM32F103xx系列单片机简介：STM32F103xx增强型系列由意法半导体公司生产，使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC内核，工作