文档介绍：单片机
课程设计
设计题目:直流电机调速系统
学院: 机电汽车工程学院
专业: 测控技术与仪器
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学号:
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任务要求:本设计一MCS-51系列单片机为核心,采用常用电子器件设计,一个启动开关一个停止开关,一个正向开关,一个反向开关,八位拨码开关负责设置占空比进行脉冲宽度调制,可实现电动机的正转、反转、刹车、滑行,四种状态,并可根据占空比调节转速。
目录
一、直流电动机调速原理·························1
直流电动机的工作原理··················1
PWM波的产生原理·······················2
系统的总体设计·····························3
总体设计······························3
硬件设计及各模块电路实现··············3
软件设计······························11
附录:(1)系统整体实现仿真图
(2)PWM波形图
第一章直流电动机调速原理
:电磁力定律
载流导体在磁场中将会受到力的作用,若磁场与载流导体互相垂直,作用在导体上的电磁力大小为: f = B·l·i 
力的方向用左手定则确定
( 载流导体在磁场中受力)
2电动机工作过程分析:直流电动机的工作原理图。
(1)构成: 图中 N和 S是一对静止的磁极,用以产生磁场,其磁感应强度沿圆周为正弦分布。
励磁绕组——容量较小的发电机是用永久磁铁做磁极的。容量较大的发电机的磁场是由直流电流通过绕在磁极铁心上的绕组产生的。用来形成N极和S极的绕组称为励磁绕组,励磁绕组中的电流称为励磁电流If。
在N极和 S极之间,有一个能绕轴旋转的圆柱形铁心,其上紧绕着一个线圈称为电枢绕组(图中只画出一匝线圈),电枢绕组中的电流称为电枢电流Ia。电枢绕组两端分别接在两个相互绝缘而和绕组同轴旋转的半圆形铜片——换向片上,组成一个换向器。换向器上压着固定不动的炭质电刷。
( 直流电动机的工作原理图)
(2)工作过程:
电枢绕组通过电刷接到直流电源上,绕组的旋转轴与机械负载相联。电流从电刷 A流入电枢绕组,从电刷B流出。电枢电流Ia与磁场相互作用产生电磁力F,其方向可用左手定则判定。这一对电磁力所形成的电磁转矩T,使电动机电枢逆时针方向旋转。
当电枢转到上图b所示位置时,ab边转到了S极下,cd边转到了N极下。这时线圈电磁转矩的方向发生了改变,但由于换向器随同一起旋转,使得电刷 A总是接触 N极下的导线,而电刷B总是接触S极下的导线,故电流流动方向发生改变,电磁转矩方向不变。
由于电刷的换向作用,故可以直接控制改变电枢电压,来改变电枢电流,进而控制改变电枢受电磁力的大小,从而控制改变速度,实现电动机的调速。
PWM波的产生原理
(1)PWM(脉冲宽度调制)是通过控制固定电压的直流电源开关频率,改变负载两端的电压,从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在很多方面,比如:电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开的电源,并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的,从而来控制电动机的转速。正因为如此,PWM又被称为“开关驱动装置”。PWM波形如图所示:
PWM波形图
设电机始终接通电路时,电机转速最大为,设占空比为:
则电机的平均转速为
其中指的是电机的平均速度,是指电机在全通电时最大速度,D指的是占空比。
由上面的公式可见,当改变占空比D时,就可以得到不同电机平均速度,从而达到调速的目的。
系统总体设计
总体设计
本设计中包括硬件电路的设计和系统程序的设计。其硬件电路的设计主要包括单片机的选择、按键电路的选择与设计、时钟电路的选择与设计、复位电路的选择与设计、直流电机驱动电路设计等。系统程序的设计包括系统程序设计思路、系统资源的分配、汇编程序的设计等。
主控制器选用89C51单片机,速度控制开关选用一般开关,四个按键均采用触点式按键,直流电机驱动芯片选用L298N芯片。
系统结构图如下图
单片机(读取速度控制、开关、正转反转信号,向驱动芯片输出控制信号)
八位拨码开关(控制电动机速度)
开关(控制电动机正转、反转、制动滑行)
L298N实现电动机功率驱动<br/