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[毕业设计] 基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计

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发表于 2019-12-3 09:55 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计

7 W, i" y6 m9 v0 s; q
: N) [, `" z5 T& K& V' z
3 h( y! E+ f7 T0 P# w$ F0 N1 e
) r- p; A' g% O

  w/ w4 k/ i9 F5 V# j摘  要
. ?: c( ?& G4 S5 _: ^. q
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。本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统,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。另外,本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量,经过处理后,将测量值送到液晶显示出来。
: P, c9 R- _( {
5 S# |. ?1 _" O! I% p5 Y+ `6 m关键词:PWM信号,霍尔元件,液晶显示,直流电动机
5 T; J( N* Z, y' y9 \2 ]- r% }  p! q- w! l# H& I& Q: U

$ s( f) D/ q& d
1 X7 \1 l- t- @* s目录% @* h) F5 |9 t2 W  f% A  J
目录        III* D% H. X) ]/ n9 ^
1 引言        1+ Z  r- _% G4 o: a
1.1 课题背景        1
7 ~0 F1 k3 J. e) I# j7 Y& V/ I1.1.2 开发背景        18 ^# R/ W" X; K' `
1.1.3 选题意义        2
8 D. g& }9 x: ^, L& J- |( Y4 D2 }1.2 研究方法及调速原理        25 `, y4 E! G- z2 N+ U: k
1.2.1 直流调速系统实现方式        4
+ p/ G. s4 i6 y1.2.2 控制程序的设计        5
$ U! T" a  c0 q2 系统硬件电路的设计        6
8 B/ B# `& r# S( m2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计        6' @4 [1 o3 q! r8 E4 z5 ]$ A3 h
2.2 STC89C51单片机简介        6
. v# c% h5 x( }0 O# V2.2.1 STC89C51单片机的组成        6
4 M7 b( U8 g& e! M9 k) p2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能        7
0 p, q+ D  @* x9 }2.2.3 STC89C51单片机引脚图        8% P8 ~. H+ ?" ]; e( G( E/ ~( F
2.2.4 STC89C51引脚功能        83 s1 s5 I8 f' F/ o! s; n+ q& F) h
3 PWM信号发生电路设计        11
, ^. q1 _  u8 j$ |' u0 W3.1 PWM的基本原理        11
1 q! i; R. W" s7 D  P8 r) h& o3.2 系统的硬件电路设计与分析        11/ L: U( ?) ^/ [: e2 b/ `" j
3.3  H桥的驱动电路设计方案        12& i5 m7 w+ I- f
5 主电路设计        14, y- m# O1 F6 `4 z0 J8 G; Q
5.1 单片机最小系统        140 j1 G1 i( W  A3 s' i
5.2 液晶电路        140 b* C- O+ g- F! U
5.2.1  LCD 1602功能介绍        15
3 N$ h' E* [2 |5.2.2  LCD 1602性能参数        16
9 |7 O9 z: J% B* s: M5.2.3  LCD 1602与单片机连接        18
, }4 [8 j% M$ K1 m5.2.4  LCD 1602的显示与控制命令        19" y% q3 W1 K; ?4 U
5.3 按键电路        20' {3 D3 o3 F: J
5.4  霍尔元件电路        21! N# m* z- @0 z/ v! p8 J" t! A. A. f
5.4.1  A3144霍尔开关的工作原理及应用说明        223 ?' v- y% I/ ?" `  Z$ f% z
5.4.2   霍尔传感器测量原理        23: K/ C& ]8 J: n
6 系统调试与存在的问题        24
8 _+ G& U& t" b9 b: }6.1   软件介绍        25
! |' Y6 H- F/ t7 |$ e6.2   硬件调试        25
- ?* M5 `) h" B1 f2 i( ?) i" s6.3   软件调试        26
/ Z/ a& A( ^  p# ?总结        26
2 z6 E- O; r, f3 y2 ]6 E& K* s' ^致谢        26
. D, p/ t) p5 j9 Q  x参考文献        27
# J) {1 u2 |9 S" ~/ R7 d% U* {/ n; }4 P0 `8 R; ]

8 V5 b0 W- ]' B% a! F6 V+ ]
$ G; O' y( `4 ?: P; U- l1 引言
* j  O6 N! y( v9 R: i: L* e& d$ l1.1 课题背景
* @5 V" `. R' k/ T9 f$ s7 A
; S' C$ N9 L9 j8 e' q& m
1.1.2 开发背景
* @* P, i9 a, u

; g3 Y; m: B. q! A在现代电子产品中,自动控制系统,电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面,直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等,都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机,大体上可分为四类:几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 两相低电压交流电机
6 v/ O& ~) E& ~0 ], Q  M6 J& q, I
直流电机的特点是启动转矩大,最大转矩大,转速控制容易,调速后效率很高。与交流调速相比,直流电机结构复杂,生产成本高,维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟,使得矢量控制变频技术获得迅猛发展,从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置,并在工业上得到广泛应用。适用范围:直流调速器可以应用在造纸印刷、纺织印染、光缆设备、电工技术设备、食品加工机械、橡胶加工机械、生物制药设备、电路板设备、实验器材 、特种加工、轻工业、 输送设备 车辆工程、医疗设备、通讯设备、雷达设备 等行业中。高性能的交流传动应用比重逐年上升,在工业部门中,用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。
4 E5 ]( f) c* ^& B7 R0 Q尽管如此,我认为设计一个直流电机调速系统,不论是从学习还是实践的角度,对一名机电工程专业的大学生都会产生积极地作用,有利于提高学习热情。 / l( [" l$ h3 f  @) ~+ C8 p6 S

  ]% a* J5 a, `# ]# Y4 E4 Q# C1.1.3 选题意义
) ?6 x( R3 K5 L+ P6 d
9 U. e8 p$ r$ Q3 s* v! O; a7 N3 S
直流电机拥有有良好的起制动性能,可应用于在大范围内的平滑调速,也可广泛的应用于许多需要调速或正反向的电力拖动领域中。在控制角度来看,直流调速更是交流拖动系统的基础。早期的控制系统较大部分以模拟电路作为基础,有运算放大器、非线性集成电路和少量数字电路等,控制系统的硬件部分功能比较复杂,功能比较单一,而且软件系统不灵活、不好调试,不利于直流电动机调速技术发展和应用范围。伴随着单片机控制技术的快速发展,使得许多控制功能算法以及软件得以完成,为直流电动机调速控制提供了更大的发展空间,并使系统达到更高的性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。
* Q3 z; w. I7 ^6 Z; n8 n! N
传统的控制系统采用模拟元件,虽然满足了生产要求,但由于元件易老化和使用时容易受到干扰影响,并且线路很复杂,控制效果受到器件性能、温度等因素的影响,故系统的运行可靠性及准确性得不到保证,甚至出现事故。9 Q4 t+ d- ~$ Z% Q1 |9 V
目前,直流电动机调速系统数字化已经走向实用化,伴随着电子技术的高度发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。因此实现直流无级调速对我们社会生产和生活有着重大的意义。5 ?- Y: n4 g4 |" a) t4 `
2 Y: t+ g/ j$ {# j6 B
1.2 研究方法及调速原理

1 g3 J: N' R; N& Z6 a9 g( d5 k3 a3 s7 u; c- O% k. e. [
直流电动机根据励磁方式不同,分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的机械特性曲线有所不同。对于直流电动机的转速有以下公式:
4 i4 Q# y" ^/ P, {
1 |9 Z* ^1 J/ a' n* T

: g+ m/ r" \0 }
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2 {# v; Z2 B4 z# q2 x+ ?- @8 X0 a( Y3 f+ t; w2 y& n# V
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* G2 a# [$ [4 Q8 X0 B4 |8 f8 x

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4#
发表于 2021-10-13 06:28 | 只看该作者
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5#
发表于 2021-10-28 12:00 | 只看该作者
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统Proteus仿真设计" b' A6 h6 g  k/ n: x5 x

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6#
发表于 2022-4-3 16:50 | 只看该作者
资料针不蹉
$ v; B6 {% I$ ?) m* `9 H* K  x) Z4 @0 z( B4 g; Y% y* B
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