学生毕业设计（论文）报告
系别：电子与电气工程学院专业：应用电子技术
班号：应电1
毕业设计（论文）任务书
专业应用电子技术班级应电姓名
一、课题名称：基于单片机的直流稳压电源
二、主要技术指标：(1) 交流输入电压198 (2) 直流输入电流I =1A (3) 直流输出电压14.25V (4) 交流纹波< 5mV DAC的主要技术指标：（1）分辨率：分辨率用输入二进制的有效比特数表示 （2）转换速度：用完成一次转换所需的时间来衡量 （3）转换精度：转换精度是指输出模拟电压的实际值与理论值之间的值三、工作内容和要求：本课题设计一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。该电源采用键盘，对输出电压及报警阈值进行设置，输出由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压。工作过程中，稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态)均由单片机输出驱动LED显示，多种显示模式间，由键盘控制进行动态逻辑切换。课题要求为：（1）硬件电路的设计(采用Protel99SE 画原理图) （2）系统软件的设计（对各部分程序进行编译且画出流程图、原理图） (3)系统调试及误差分析：输出误差≤0.1 V 额定输出电流≥500mA 四、主要参考文献：[1]陈其纯.电子线路[M].北京: 高等教育出版社，2006 [2]童诗白,华成英,模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2001 [3]李广弟，朱月秀，冷祖祁.单片机基础（第3版）[M]. 北京: 北京航空大学出版社，2006.7 [4]吴清平，张慧敏，沈凯，夏莹，王迅.电子技术与项目训练——模拟部分[M].常州信息职业技术学院，2009 学生（签名）年月日 指导教师（签名）年月日 教研室主任（签名）年月日 系主任（签名）年月日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目基于单片机的直流稳压电源 一、选题的背景和意义： 直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低、复杂度高，而基于单片机控制的直流稳压电源就较好地解决以上传统稳压电源的不足。 二、课题研究的主要内容： 直流稳压电源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。针对此问题，设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。该电源采用键盘，对输出电压及报警阈值进行设置，输出由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压。工作过程中，稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态)均由单片机输出驱动LED显示，多种显示模式间由键盘控制进行动态逻辑切换。 三、主要研究（设计）方法论述： 方案一：采用单片机的方法 传统稳压电源由于受电子产品性能、研发条件等影响，普遍存在装置整体功能简单、输出误差大、抗干扰能力弱、内部接线多而复杂等多方面问题。而采用单片机的数字稳压电源则是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。采用单片机后，还可以用软件实现保护功能，要扩展其他的功能也非常容易。 四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期）工作内容 2011.9.5~2011.9.11 根据相关资料选择所要设计的课题，并写好相应的课题任务书2011.9.12~2011.9.18 先确定即将要做的课题内容，然后再做好与之有关的开题报告2011.9.19~2011.9.25 完成系统整体设计方案的编制 2011.9.26~2011.10.11 确定硬件电路的设计过程，按照要求完成硬件电路的设计2011.10.12~2011.10.24 完成软件电路的设计 2011.10.25~2011.11.1 完成电路的系统调试 2011.11.2~2011.11.5 总结 五、指导教师意见： 指导教师签名：年月日 六、系部意见： 系主任签名：年月日 基于单片机的直流稳压电源 目录 摘要 Abstract 前言 第1章概述 (1) 1.1直流稳压电源的基本介绍 (1) 1.2直流稳压电源的发展过程 (1) 1.3研究背景及其意义 (2) 1.4 直流稳压电源的优点 (2) 1.5 直流稳压电源的技术指标 (3) 1.6系统研究方向 (3) 第2章系统硬件电路的设计 (4) 2.1 系统总体结构 (4) 2.2 AT89S51最小系统.................................................................. . (5) 2.3单元电路设计与分析 (6) 2.3.1电源电路 (6) 2.3.2键盘接口电路 (8) 2.3.3 D/A转换电路 (9) 2.3.4稳压输出电路 (11) 2.4 LED显示电路 (12) 2.4.1数码管显示简介 (12) 2.4.2数码管编码表 (13) 2.5系统总电路图 (13) 第3章系统软件设计 (14) 3.1 主程序 (14) 3.2 过流保护程序 (15) 3.3键盘子程序 (16) 3.4软件部分 (16) 第4章总体调试 (17) 4.1系统调试 (17) 4.1.1系统测试 (17) 4.1.2 系统误差分析 (17) 第5章结束语 (18) 5.1 总结 (18) 5.2 展望 (19) 参考文献 答谢辞 附录1 （总程序） 附录2（系统总原理图） 附录3（Proteus软件仿真图） 直流稳压电源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。传统稳压电源由于受电子产品性能、研发条件等影响，普遍存在装置整体功能简单、输出误差大、抗干扰能力弱、内部接线多而复杂、体重笨重等多方面问题。由于当时电力电子技术研发水平的局限。传统稳压电源通常常用粗调的方式来完成输出电压的调节，不能在较小的范围内调节，大大降低了直流稳压电源的使用范围。 随着单片机技术的不断成熟，利用单片机结合高性能的电力电子器件来开发直流稳压电源系统已成为目前发展的项目。对于此问题，设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。该电源采用键盘，对输出电压及报警阈值进行设置，输出由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压。工作过程中，稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态)均由单片机输出驱动LED显示，多种显示模式之间则由键盘控制进行动态逻辑的切换。 关键词：单片机；直流稳压电源；LED显示 DC power supply is the most commonly used equipment, in scientific research and experiments are essential. The traditional regulated power supply due to the performance of electronic products, research and development conditions, prevalence of integral function, simple device output error, weak anti-jamming ability, internal wiring is more complex, the heavy weight etc. Needle due to the research and development of power electronics technology level limitation. The traditional power supply usually used coarse way to complete the output voltage is regulated, not in the smaller range of regulation, greatly reduces the use of DC power supply. With the single-chip technology, the use of microcomputer with high performance of power electronic devices to the development of DC power supply system has become the development of the project. To this problem, designed a kind of single chip microcomputer as the core of intelligent high precision simple DC power supply, to overcome the traditional shortcomings of DC voltage source, has the very high application value. This power supply uses the keyboard, the output voltage and the alarm threshold settings, output from the chip through the D / A, control driving module to output a stable voltage. In the work process, regulated power supply working state ( output voltage, current and other working state ) by the MCU output display driver LED, a variety of display mode, controlled by the keyboard for dynamic logic switching. Keywords:Single chip microcomputer；DC power supply；LED display 前言 单片机是计算机技术、大规模集成电路技术和控制技术的综合产物。经过30多年的发展过程，单片机应用已十分广泛和深入。根据Motorola公司统计，1990年，平均每辆汽车使用12个单片机，而到了2000年就增加到35个。所以可以毫不夸张地说，任何设备和产品的自动化、数字化和智能化都离不开单片机。现在，凡是电脑控制的设备和产品，必有单片机嵌入其中，这一切表明，单片机已成为人类生活中不可或缺的助手。 单片机应用系统设计不但要熟练掌握单片机程序设计语言和编程技术，而且还要具备扎实的单片机硬件方面的理论和实践知识。另外，考虑到当今使用最多的是8位单片机，所以在本次论文中则着重突出以AT89S51为代表的8位单片机的基础地位。设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。 整篇论文共有5章。第1章是对直流稳压电源相关内容的基本介绍以及其发展过程的叙述。第2章则着重偏向于直流稳压电源硬件电路的设计（电源电路、键盘接口电路、稳压输出电路等）和总体电路图的设计。而第3章是对其软件电路方面的设计(主程序、过流保护程序)及总程序的编译。首先初始化系统，即AT 89S51单片机系统的初始化，再对系统时间进行设置，调用按键处理子程序，判断是否有按键按下，若有就调用显示处理程序，显示处理程序在数码管上显示预置电压，由单片机控制的信号经D/A 转换后，通过检测电路判断是否短路，若短路则启动中断保护。从数模转换电路转换出的信号，一路经过流检测电路，把检测到的信号，送入单片机最小系统进行处理，若过流，则蜂鸣器鸣叫。第4章是对整个电路进行总体调试以及系统误差的分析。最后一章则是对论文的总结和展望。 在论文的设计过程中，我参考了一些有关单片机方面的著作和资料，除此之外，就是利用网络功能搜寻了直流稳压电源的相关内容及其介绍，希望能够达到预期所设定的效果。 第1章概述 1.1 直流稳压电源的介绍 直流稳压电源又称直流稳压器。它的供电电压大都是交流电压，当交流供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳定。稳压器的参数有电压稳定度、纹波系数和响应速度等。前者表示输入电压的变化对输出电压的影响。纹波系数表示在额定工作情况下，输出电压中交流分量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间。 直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多、效率低(常低于40％～60％)；后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。这类电源功耗小，效率可达85％左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。从工作方式上可分为：①可控整流型。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压。②斩波型。输入是不稳定的直流电压，以改变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳定直流电压。③变换器型。不稳定直流电压先经逆变器变换成高频交流电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈控制逆变器工作频率，达到稳定输出直流电压的目的。 目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。 以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用键盘输入方式，电源的外表美观，操作使用方便，克服了传统直流电压源的缺点，具有较高的使用价值。 直流稳压电源可广泛应用于国防、科研、大专院校、实验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等。 1.2 直流稳压电源发展过程 从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功率的要求，电信与数据通信设备的技术更新推动电源行业中交流/直流电源转换器向更高灵活性和智 能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，交流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。 早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。 1.3 研究背景及意义 直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在以下二个问题：（1）输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出或需要在一个小范围内改变时(如1.02～1.03V)，困难就较大；另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。 （2）稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V的交流电网供电，这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。 随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，特别是在一些高能物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。 1.4直流稳压电源的优点 数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。 电源采用数字控制，具有以下明显优点： （1）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。 （2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。 （3）控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。 （4）系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试，也可以通过MODEM远程操作。 （5）系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。 （6）易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。 今天做的一个基于51单片机控制直流电机的设计 2010-09-12 18:47 可以实现的功能是： 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路： 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，图中的二极管就直到这个作用，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。用51实现PWM信号的输出，相对麻烦点，要是AVR就可以方便地实现PWM 信号，由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图 详细程序： #include 基于单片机的智能稳压电源的设计 摘要 本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出。该系统由整流滤波初步稳压部分、单片机控制部分、DAC和显示部分组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的不足。 关键词：单片机，稳压电源，连续步进可调，DAC Design of Intelligent Power Supply Based on MCU This paper introduces a single-chip microcomputer-based Intelligent Power Supply Design program, its core technology through the MCU to control digital-to-analog converters to change the voltage regulator module subsequent output. The system consists of rectifier filter preliminary regulator of the MCU control of the DAC and display components, the power supply can be continuously adjustable stepper, and can be real-time display, made up for the shortcomings of traditional voltage regulator power supply. Key words：MCU，Regulated Power Supply，Stepping and adjustable row，DAC #include 基于单片机的智能稳压电源设计 摘要 本智能稳压电源利用16位单片机SPCE061A为控制核心，可预置输出电压值并显示在液晶显示模块（LCD）上，通过其内置的A/D输出对PWM进行调制，再控制大功率开关管导通,再经过滤波输出。同时通过采样电路将实际输出值反馈到单片机中构成闭环系统，进行比较、调整，提高了电源的输出精度。输出电压范围为0.01v～10v，而且可以步进调整输出的电压值。 关键词：智能；单片机；PWM调制；稳压电源 Design of Smart Power Supply Based on SCM Wu Renjie (College of Physics Science and Information Engineering, Jishou University, Jishou,Hunan 416000) Abstract The 16 Bit SCM SPCE061A was used as the control unit in this design, the output voltage value can be protested form the keyboard and displayed it on the LCD module .At the same time, its built-in A / D converter moderate the output as pulse width moderation(pwm), and switch on the output, after that output through a filter . At the same time the circuit would sample the actual output value and feedback the output to the SCM’s input system, after comparing and adjusting to improve the output accuracy. Output voltage range from 0.01 v to 10v, it can also stepping adjust the output voltage value. Key words:intelligent；SCM；PWM modulation；power supply 目录 //程序说明：使用内部时//PWM0=P3^7PWM1=P3^5 PWM2=P2^0 PWM3=P2^4 #include 可以实现的功能是： 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路： 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动，改变电压极性可以改变转动方向，可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它，脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度，因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用，图中的二极管就直到这个作用，另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整，这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变，从而改变时间。用51实现PWM信号的输出，相对麻烦点，要是AVR就可以方便地实现PWM信号，由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图 详细程序： #include 4 稳压电源设计 4.1 电路分析 稳压电路见图4-1所示。三极管射极电压是稳压电源的输出电压，可以接用电器或负载，这个电压值通过TLC549（A/D，同TLC548）数据转换后，送往单片机处理并显示。调整按键可以改变输入TLC5615(D/A，同TLC5616)的数据。TLC5615的输出电压通过运算放大器与实际输出取样电压比较，控制三极管的电压输出。稳压电路的电压输出接受单片机检测，同时又受单片机的控制。电路在仿真时，各点的电压都连接有电压表显示。 图 1 稳压电路 4.2 电路模块 一、A/D转换部分 TLC549 对输出电压进行采集，其操作如下： （1）cs先为高电平。（cs为片选信号，为1时，输入脉i/o clock不起作用）； （2）clock = 0 （3）cs = 0；cs置底电平。同时date_out为高。（=1）； （4）延时1.4us。（setup time,cs low before first clock）； （5）开始转化数据。因为TLC549是8位串行模数转换器。需将8 位数据依次串行输出。期间，clock高低电平转化一次； （6）8次数据转化之后。cs置1，片选无效。等待17us后读出数据。 二、D/A转换部分 TLC5615为10位D/A转换电路，其原理TLC5615的PDF文件。输出电压= （转换数值/1024）*2*基准电压 三、显示 采用数码管对A/D转换后的数据进行显示，因为TLC549 是8位A/D，程序中需要对转化的数据进行处理后才能在七段数码管上动态显示。TLC549的检测电压值范围为0~5V，A/D转换后数据位0~255，应该显示0~5，并且包含小数点部分。 四、按键操作部分 四个独立的按键主要是对DA 的输入数据进行操作的，ADD按键，SUB 按键这些按键在安下一次松开后便进行加1 的操作，若按键超过一定的时间则增加步长，使其数值能够快速增加，这样就不必要达到一个电压时，一直按几百次。SUB按键也是如此。至于那个预读取按键，主要是用于保存你要常用的电压值，这样一来你就可以在使用此电源时，不必要每次都要按键调整，可以通过读取AT24C04的值进行电压预置，保存按键，是用于保存你长使用的电压值，通过此次的电压值保存，使你可以快速达到你所要求的电压值。4.3 编程思路 程序分为键盘处理、D/A、A/D和存储四个模块。运用扫描法，对键盘进行扫描，有按键就更改输入TLC5615 的数值，ADD按键是对数据进行加以操做，长按的话使步进值增大，实现快加，ＳＵＢ按键与ＡＤＤ按键同，预读取按键用于读取ＡＴ２４Ｃ０４中预置的数值，保存按键用于保存当前电压值；显示部分主要是对ＴＬＣ５４９采集回来的电压进行处理显示，它主要是在定时器０的中断服务程序中显示，１００ｍｓ刷新显示一次；ＴＬＣ５６１５模块，通过对ｄＡ的串行数据输入，使其在输出电压时可控，输出电压后经ｌｍ３２４，三极管，加上负载输出电压，输出电压后，用ＴＬＣ５４９芯片１００ｍｓ采集一次，送数码管显示。 4.5 程序清单 主函数： #include 基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机 学号：3100501044 班级：电气1002 ：王辉军 摘要 直流无刷电机是同步电机的一种，由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载围当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 MCS-51单片机是美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称，是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入输出接口电路、定时计算器、串行通信口、脉宽调制电路、A/D转换器等电路集成到一块半导体硅片上，这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 本论文将介绍基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机的设计，它可以实现控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转、加减速等功能。 关键词：单片机，直流无刷电动机，控制系统 直流无刷电动机是在直流电动机的基础之上发展而来的，它是步进电动机的一种，继承了直流电动机的启动转矩大、调速性能好等特点克服了需要换向器的缺点在交通工具、家用电器及中小功率工业市场占有重要的地位。直流无刷电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用，而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器，空气净化器等家用电器中也有逐步采用的趋势，尤其是随着微电子技术的发展，直流无刷电动机逐渐占有原来异步电动机变频调速的领域，这就使得直流无刷电动机的应用围越来越广。 本设计就是基于MCS-51系列单片机控制直流无刷电动机，利用所学的知识实现单片机控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转，加减速等控制，并对直流无刷电动机运行状态进行监视和报警。详细介绍单片机的种类、结构、功能、适用领域和发展历史、未来前景及其直流无刷电动机的工作原理、控制结构等容，既着重单片机的基本知识、功能原理的深入阐述，又理论联系实际详细剖析单片机控制直流无刷电动机的过程。 1．直流无刷电动机的基本组成 直流无刷电动机是在直流电动机的基础上发展而来的，直流无刷电动机继承了直流电动机启动转矩大、调速性能好的优点，克服了直流电动机需要换向器的缺点，在交通工具、家用电器等生活的方方方面面占有重要的地位。 由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。 直流无刷电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图3-1所示为三相两极直流无刷电机结构。 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、 直流稳压电源一般有哪几部分组成?主要技术指标有哪些? 直流稳压电源的组成直流稳压电源主要由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。 1.电源变压器 电源变压器是一种软磁电磁元件，功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。 2.整流电路 整流电路（recTIfying circuit）是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。 整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。 3.滤波电路 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。 4.稳压电路 稳压电路是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。这种电路能提供稳定的直流电源，广为各种电子设备所采用。 直流稳压电源主要技术指标直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围； 课程设计说明书 院系：船舶工程学院 班级： 姓名： 学号： 机电综合课程设计 设计题目：直流电机控制系统 立体目的：通过本次课程设计，达到培养学生综合应用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造能力的目的。 技术要求：设计直流电机控制系统，包括：机械装配图，控制原理图和接线图，并编制相应的控制程序。 完成基于89C51单片机开发板的直流电机速度控制，启停 及正反转控制。 一．机械系统 由直流电机驱动滚珠丝杠实现滑台的平移。将电机的旋转运动通过滚珠丝杠转换为平台的直线运动。 系统组成：直流电机，底板，支座，光杠，滚珠丝杠，平台等。 二．电气系统 1. 直流电机 电机采用无刷直流电机，型号为：BL-2203C。其特点是调速范围宽，低速力矩大，运行平稳，低噪声，高效率。 电机接线，两股线，一股为电机线，一股为电机霍尔线。 2．驱动器 驱动器采用无刷直流电机驱动器。接线端子说明： 驱动器由220V交流供电。 驱动器调速方式 （1）内部电位器调速:逆时针旋转驱动器控制面板上的电位器，电机速度减小，顺时针则转速增大：由于测速需 要响应时间，速度显示会滞后。 （2）外部输入调速：将外接电位器的两端分别接于驱动器的“+12”和“COM”端上，将调解段接于“AVI”上 即可使用外接电位器调速，也可以通过其他控制单元 输入模拟电平信号到“AVI”端实现调速。 （3）多段速度选择：通过控制驱动器上的CH1—3三个端子的状态可以选择内部预先设定的几种转速。 电机运行/停止控制（R/S） 通过控制端子“R/S”相对于“COM”的通、断可以控制电机的运行和停止。端子“R/S”内部以电阻上 拉到+12，可以配合无源触点开关使用，也可以配合集电极开路的PLC 等控制单元；当“R/S”与端子“COM”断开时电机运行，反之电机停止。使用运行/停止端控制电机停止时，电机为自然停车，其运动规律与负载惯性有关； 基于单片机的数控直流稳压电源 一、引言 （1）题目要求： 利用LM317三端稳压器，设计制作一个数控稳压电源，要求： 1、输出电压：2-15V，步进0.1V，纹波≤10mV； 2、输出电流0.5A； 3、输出电压值由数码管显示，由“+”、“-”键分别控制输出电压的步进 （2）概况：直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多．但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时（如 1.02~1．03V)，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。本文设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。 二、系统设计 （1）方案论证： 方案：采用单片机控制此方案采用 AT89C51单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值。这里主要利用单片机程控输出数字信号，经过 D /A 转换器( DA0832)输出模拟量，然后使用运算放大器把电 流转换成电压，在通过三段稳压器LM317使得输出电压和输出电流达到稳压的目的。 方案论证： 1、输出模块：使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大 器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。使用LM317做电流稳压器，把电流稳定到0.5A。 2、数控模块：采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能，同 时,AT89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 3、显示模块：本来准备使用液晶显示，可是想想我们的层次不够， 液晶现实的额程序不会写，只能退而其次，选择使用单片机通过锁存器控制8段LED数码管直接显示，这样可以精确的显示输出电压。 （2）系统结构： 系统结构设计图如上图所示。该系统主要由单片机最小控制系统、显示电路、独立按键、D/A转换电路、放大电路和稳压电路组成。单片机设定预输出值，并可以通过独立键盘改变单片机的预设值。然后通过DAC0832转化为模拟量，再经过运算放大和稳压稳流电路最后输出预设电压值，通过LED显示能够直观的看到预设值。因为器材原因，我们设计的稳压电源采用的是外部稳压器提供的电源。这样虽然算不上是一个完整的数控直流稳压电源，但是，除了这点，我们设计的电源基本已经复合要求。 第一章:前言 Pwm 电机调速原理对于电机的转速调整，我们是采用脉宽调制（PWM）办法，控制电机的时候，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端EN1 和EN2 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变了转速。此电路中用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种：（1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。 （2）硬件实验自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。这就要用到STC89C52的在PWM模式下的计数器1，具体内容可参考 相关书籍。 51 单片机PWM 程序 产生两个PWM，要求两个PWM 波形占空都为80/256,两个波形之间要错开，不能同时为高电平！高电平之间相差48/256， PWM 这个功能在PIC 单片机上就有，但是如果你就要用51 单片机的 话，也是可以的，但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率，定时器T1 来控制占空比：大致的的编程思路是这样的：T0 定时器中断是让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1 是让IO 口输出低电平，这样改变定时器T0 的初值就可以改变频率，改变定时器T1 的初值就可以改变占空比。 前言： 直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。 近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法就应运而生。 采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM 技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且 PWM 调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。 随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机 PWM 调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 本设计任务: 任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM 调速控制系统 设计的主要内容以及技术参数: 功能主要包括： 1) 直流电机的正转； 2) 直流电机的反转； 3) 直流电机的加速； 4) 直流电机的减速； 5) 直流电机的转速在数码管上显示； 6) 直流电机的启动； 7) 直流电机的停止； 第二章：总体设计方案 单片机原理及应用课程设计报告设计题目： 学院： 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 年月日 目录 设计题目：PWM直流电机调速系统 本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。 关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机 1 设计要求及主要技术指标： 基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。 设计要求 （1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。 （2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。 （3）设计一个4个按键的键盘。 K1:“启动/停止”。 K2：“正转/反转”。 K3：“加速”。 K4:“减速”。 （4）手动控制。在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 （5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）. （6）实现数字PID调速功能。 主要技术指标 (1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。 (2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。 (3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速； (4）参考Protuse仿真效果图：图（1） 图（1） 2 设计过程 本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。由定时器来产生宽度可调的矩形波。通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。 本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。 本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。 图（2） 对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以大大提高。直流电机的速度控制方案如图（3）所示。 基于51单片机的直流电机调速的方法 田云史洁黑龙江农业经济职业学院机电工程系157041 0 引言 许多单片机爱好者，在设计一些单片机控制系统的时候，都会采用小型直流电动机来制作各种各样的电子设备，因为直流电机调速范围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大，易于控制，可靠性较高。对于直流电机的控制，无非是控制其转向，以及速度。转向的控制方法比较简单，只要改变电机的通电极性就可改变其旋转方向。在这里，我们重点讨论如何对其速度上的控制，对其调速可以采用多种办法。对于直流电机转速的调节，最常用的办法是通过改变电枢端的电压来实现，传统的思路是通过调节电枢电路电阻R的阻值来改变端电压，以达到调速的目的。但由于接入的电阻消耗了部分电压，因此这种传统的调速方法效率很低。随着电力电子技术的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(Pulse Width Modulation)控制是常用的一种调速方法。PWM控制是指在保持周期丁不变的情况下，通过调节开关导通的时间对脉冲宽度进行调制，从而达到调节电机转速的目的。在脉宽调速系统中，电机电枢两端的电压是脉宽可调的脉冲电压，在输出脉冲频率足够快的情况下，由于惯性的存在，只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。对于直流电机，采用PWM控制技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。本文在给出直流电机调速和PWM实现方法的基础上，提供一种用51单片机软件实现PWM调速的方法。 1 PWM基本原理 PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。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电源，并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”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图1所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。 1．直流电源通常由哪几种部分组成？各部分的作用是什么？ 2．分别列出单相半波、全波和桥式整流电路中以下几种参数的表达式，并进行比较： （1） 输出直流电压O U （2） 脉动系数S （3） 二极管正向平均电流D I （4） 二极管最大反向峰值电压R M U 3．电容和电感为什么能起滤波作用？它们在滤波电路中应如何与L R 连接？ 4．画出半波整流电容滤波的电路图和波形图，说明滤波原理，以及当电容C 和负载电阻L R 变化时对直流输出电压O U 和脉动系数S 有何影响 5．串联型稳压电路主要由哪几种部分组成？它实质上依靠什么原理来稳压？ 6．在串联型直流稳压电路中，为什么要采用辅助电源？为什么要采用差动放大电路或运放作为比较放大电路？ 7．串联型稳压电路为何采用复合管作为调整管，为了提高温度稳定性，组成复合管采取了什么措施？ 8．桥式整流电路如图10－30所示，要求输出直流电压O U 为25V ，输出直流电流为200m A ，试问： （1） 输出电压是正压还是负压？电解电容C 的极性应如何连接？ （2） 变压器次级绕组输出电压2u 的有效值为多大？ （3） 电容C 至少应选多大数值？ （4） 整流管的最大平均整流电流和最高反向电压如何选择？ 9．桥式整流电路如图10－31所示，220u V =（有效值），40L R =Ω，1000C F μ=， 试求： （1） 正常时，直流输出电流O U ？ （2） 如果电路中有一个二极管开路，O U 是否为正常值的一半？ （3） 当测得直流输出电压O U 为下列数值时，可能出了什么故障？ （a ）18O U V = （b ）28O U V = （c ）9O U V = 10． 在稳压管稳压电路中，如果已知负载电阻的变化范围，如何确定限流电 信息科学与技术学院 电子工程系 2014届毕业论文设计 题目基于51单片机的数控直流稳压电源专业电子工程 学生姓名黄丽 学号 1058402106 指导教师张芳铭 论文字数 完成日期 数控直流稳压电源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源。本文介绍了利用D/A转换电路、辅助电源电路、去抖电路等组成的数控稳压电源电路，详述了电源的基本电路结构和控制策略。它与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其结构简单、制作方便、成本低，输出电压在1-10V之间连续可调，其输出电压大小以0.5V步进，输出电压的大小调节是通过“ ”、“-”两个键操作的，而且可以根据实际要求组成具有不同的输出电压值的稳压源电路。该电源控制电路选用89C51单片机控制主电路采用串联调整稳压技术具有线路简单、响应迅速、稳定性好、效率高等特点。 关键词：稳压电源、单片微型机；数控直流、D/A转换； 第一章绪论 (4) 1.1数控直流稳压电源的产生背景 (4) 1.2系统开发的意义 (5) 1.3系统主要功能 (6) 1.4研究中拟解决的主要问题 ........................................... 错误！未定义书签。第二章系统总体方案设计 ....................................................... 错误！未定义书签。 2.1系统概述........................................................................ 错误！未定义书签。 2.2系统整体概述................................................................ 错误！未定义书签。 2.2.1控制部分.............................................................. 错误！未定义书签。 2.2.2显示部分.............................................................. 错误！未定义书签。 2.2.3 键盘接口部分..................................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 电源部分............................................................. 错误！未定义书签。 2.2.5 其它电路部分..................................................... 错误！未定义书签。第三章系统硬件电路设计 ....................................................... 错误！未定义书签。 3.1单片机主控电路设计 ................................................... 错误！未定义书签。 3.2显示电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.3按键电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.4电源电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.5系统时钟及复位电路 ................................................... 错误！未定义书签。 3.6系统总电路 ................................................................... 错误！未定义书签。第四章系统软件设计 ............................................................... 错误！未定义书签。 4.1主程序 ........................................................................... 错误！未定义书签。第五章组装与调试 ................................................................... 错误！未定义书签。 5.1硬件电路的布线与焊接................................................ 错误！未定义书签。 5.2电路组装和调试............................................................ 错误！未定义书签。结束语 ......................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 ..................................................................................... 错误！未定义书签。致谢 ........................................................................................... 错误！未定义书签。附录 ........................................................................................... 错误！未定义书签。一个基于51单片机控制直流电机的设计
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