基于单片机直流电机调速

河南科技大学2009 届本科毕业论文论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计学生姓名：所在院系：信息工程学院所学专业：计算机科学与技术导师姓名：完成时间：2009-05-22摘要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。

文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，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。

此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。

另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。

在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。

关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算1The Design of Direct Current Motor speed Regulation SystemBased On SCMChenliSchool of Information and EngineeringAbstractThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it.Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation2目录1. 引言 (1)1.1 开发背景 (1)1.2 选题的目的和意义 (1)1.3 研究方法 (2)2. 总体设计概述 (2)2.1 总体硬件电路设计 (2)2.1.1系统总体设计框图 (2)2.1.2 8051单片机简介 (3)2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型 (4)2.2 PWM信号发生电路设计 (7)2.2.1 PWM的基本原理 (7)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (8)2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (9)2.3 功率放大驱动电路设计 (10)2.3.1芯片IR2110性能及特点 (10)2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 (11)2.4 主电路设计 (11)2.4.1 延时保护电路 (11)2.4.2 主电路 (11)2.4.3 输出电压波形 (13)2.4.4系统总体电路图 (14)2.5 测速发电机 (15)2.6 滤波电路 (15)2.7 A/D转换 (15)2.7.1芯片选型 (15)2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 (16)3.系统软件部分的设计 (16)3.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 (16)3.2 系统中的部分程序设计 (17)3.2.1主程序设计 (17)3.2.2 PI控制算法子程序设计 (18)4. 系统调试 (19)4.1软件调试 (19)4.2系统仿真 (20)结论 (21)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)31. 引言1.1开发背景现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装臵向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又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。

基于stm32单片机的直流电机调速系统设计
本文介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。

硬件电路设计：
该电机调速系统的主要硬件电路包括电源模块、STM32单片机控制电路、直流电机驱动电路和反馈电路。

1. 电源模块
电源模块包括AC/DC变换模块和稳压模块，用于将输入的AC电压转换为适宜单片机和电机工作的DC电压。

2. STM32单片机控制电路
STM32单片机控制电路包括主控芯片STM32单片机、晶振、复位电路和下载程序电路等。

3. 直流电机驱动电路
直流电机驱动电路包括电机驱动芯片（如L298N）和电机，用于控制电机的转
速和方向。

4. 反馈电路
反馈电路包括编码器和光电传感器等，用于实现电机转速的反馈和闭环控制。

软件程序设计：
该电机调速系统的软件程序采用C语言编写，主要包括定时器计数、PWM输出控制、编码器读取、PID算法控制等模块。

1. 定时器计数
通过STM32单片机内部定时器计数来实现电机转速的测量和控制。

2. PWM输出控制
采用STM32单片机内部PWM输出控制模块控制电机的转速，并实现电机方向的控制。

3. 编码器读取
通过编码器读取电机的转速信息，并反馈到单片机进行控制和显示。

4. PID算法控制
采用PID（比例、积分、微分）算法控制电机的转速，实现闭环控制，提高控制精度。

总之，基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，既可以提高电机运行的效率和精度，又可以简化电路结构和减小系统成本，具有较好的应用前景。

一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。

但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。

磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。

传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。

随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。

如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。

调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。

脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“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”。

如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。

平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

基于单片机控制的直流电机调速系统设计一、引言直流电机在工业自动化领域中广泛应用，其调速系统的设计是实现自动控制的关键。

本文将介绍一种基于单片机控制的直流电机调速系统设计方案，主要包括电机原理、硬件设计、软件设计以及实验结果与分析等内容。

二、电机原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其原理基于电磁感应和安培定律。

电机由定子和转子两部分组成，定子上绕有恒定电流，产生磁场，而转子上带有电流，与定子的磁场互相作用，产生力矩使电机旋转。

三、硬件设计1.单片机选择在本设计中，选择了一款功能强大、性能稳定的单片机作为控制核心，例如使用ST C89C51单片机。

该单片机具有丰富的GP IO口和定时器/计数器等外设，适合进行电机控制。

2.电机驱动电路设计电机驱动电路主要包括功率电源、运放电路和驱动电路。

其中，功率电源为电机提供稳定的直流电源，运放电路用于信号放大和滤波，驱动电路则根据控制信号控制电机的转速。

3.速度测量电路设计为了实时监测电机的转速，需要设计速度测量电路。

常见的速度测量电路包括光电编码器、霍尔传感器等，通过测量转子上感应物体的变化来获得电机的转速信息。

四、软件设计1.程序框架软件设计的目标是实现对电机转速的控制和监测。

基于单片机的软件设计主要包括主程序的编写、中断服务程序的编写以及定时器的配置等。

2.控制算法常见的直流电机调速算法包括电压调速法、P WM调速法等。

根据实际需求选择合适的算法，并根据测量到的转速信号进行反馈控制，实现对电机转速的精确控制。

五、实验结果与分析设计完成后，进行实验验证。

通过设置不同的转速需求，观察电机的实际转速与设定转速的误差，并分析误差原因。

同时还可以测试电机在不同负载下的转速性能，以评估系统的稳定性和鲁棒性。

六、总结基于单片机控制的直流电机调速系统设计是实现自动控制的重要应用。

本文介绍了该系统的硬件设计和软件设计方案，并展示了实验结果。

通过系统实现电机转速的精确控制，可以广泛应用于工业自动化领域。

基于单片机的PWM直流电机调速系统设计摘要本文主要介绍基于单片机的PWM直流电机调速系统的设计和实现方法。

该系统通过利用单片机控制器控制电机的启动、停止、正转和反转等操作，同时实现对电机速度的调节。

在电机工作时，单片机通过PWM技术控制电机的电压和电流，从而达到调节电机转速的效果。

系统设计思路为了实现电机的调速功能，本系统采用基于单片机控制器和PWM技术的电机驱动控制方案。

系统整体分为硬件和软件两个部分，硬件部分主要包括电机、电路组成和控制器，而软件部分则是单片机程序设计。

电路组成系统电路主要由电源、单片机控制器、电机驱动模块和电机组成。

其中，电源主要用于系统供电，单片机控制器主要用于控制电机驱动模块的输出，电机驱动模块负责将单片机控制器输出的PWM信号转换为直流电机可控的电流。

单片机程序设计系统中需要对单片机进行程序设计，以实现对电机的启动、停止、正转和反转等操作，同时实现电机的调节功能。

程序设计主要包括以下几个部分：1.系统初始化：包括系统时钟初始化、输入输出口初始化以及中断配置等。

2.电机控制：控制电机的启动、停止、正转和反转等操作。

3.电机调速：利用PWM技术实现对电机的调节功能。

4.数据处理：对输入的调节参数进行处理，然后转换成PWM占空比输出到电机。

PWM技术原理PWM技术是通过控制模拟信号的占空比，来达到模拟信号的数字化的目的。

具体而言，通过控制PWM信号的占空比，从而实现对电机输出电压和电流的控制，从而达到对电机转速的调节。

系统实现步骤本系统的实现步骤主要包括以下几个部分：电机接线首先，需要根据电机的参数和工作电压要求，正确接线电机。

接线时需要注意电机正反转的问题，以及电路的安全性问题。

程序编写根据我们的设计思路，需要编写相应的单片机程序。

程序编写包括系统初始化、电机控制、电机调速和数据处理等部分。

编写程序时需要考虑到各参数变化的初始值和变化范围，以及程序的鲁棒性和可调节性。

系统调试在程序编写完成后，需要对整个系统进行调试。

基于STM32的直流电机PID调速系统设计一、引言直流电机调速系统是现代工业自动化系统中最常用的电机调速方式之一、它具有调速范围广、响应快、控制精度高等优点，被广泛应用于电力、机械、石化、轻工等领域。

本文将介绍基于STM32单片机的直流电机PID调速系统的设计。

二、系统设计直流电机PID调速系统主要由STM32单片机、直流电机、编码器、输入和输出接口电路等组成。

系统的设计流程如下：1.采集反馈信号设计中应通过编码器等方式采集到反馈信号，反应电机的转速。

采集到的脉冲信号经过处理后输入给STM32单片机。

2.设计PID算法PID调节器是一种经典的控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据实际情况调整各个参数的大小。

PID算法的目标是根据反馈信号使电机达到期望的转速。

3.控制电机速度根据PID算法计算出的偏差值，通过调节电机的占空比，实现对电机速度的控制。

当偏差较大时，增大占空比以加速电机；当偏差较小时，减小占空比以减速电机。

4.界面设计与控制设计一个人机交互界面，通过该界面可以设置电机的期望转速以及其他参数。

通过输入接口电路将相应的信号输入给STM32单片机，实现对电机的远程控制。

5.系统保护在电机工作过程中，需要保护电机，防止出现过流、超速等问题。

设计一个保护系统，能够监测电机的工作状态，在出现异常情况时及时停止电机工作，避免损坏。

6.调试与优化对系统进行调试，通过实验和测试优化PID参数，以获得更好的控制效果。

三、系统实现系统实现时，首先需要进行硬件设计，包括STM32单片机的选型与外围电路设计，以及输入输出接口电路的设计。

根据实际情况选择合适的编码器和直流电机。

接着，编写相应的软件代码。

根据系统设计流程中所述，编写STM32单片机的控制程序，包括采集反馈信号、PID算法实现、控制电机速度等。

最后，进行系统调试与优化。

根据系统的实际情况，调试PID参数，通过实验和测试验证系统的性能，并进行优化，以实现较好的控制效果。

下面是一个基于单片机的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例：
电路中使用了一个STM32F103C8T6微控制器，该MCU内置了PWM输出、ADC输入、定时器计数等功能，非常适合用于电机调速控制。

电机驱动采用了L298N模块，可以
控制两个直流电机的转速和方向。

另外，根据需要，可以加入光电编码器或霍尔传感
器等来获取电机的转速反馈信号。

电路中还使用了一个LCD1602液晶屏来显示电机转速、目标速度、PWM输出等信息，方便用户进行调试和监控。

此外，还可以使用按键开关来控制电机的启停和目标速度
的调节。

在硬件电路设计完成后，需要编写单片机程序来实现PID控制算法、PWM输出、
ADC采样等功能。

通常可以使用Keil、IAR等集成开发环境来编写和调试程序，也可
以使用Arduino IDE等编程环境进行开发。

这只是一个简单的PID电机调速控制系统的硬件电路设计示例，具体的实现方式和细
节可能会因应用场景和需求的不同而有所不同。

基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法是一种常用的技术，其基本原理是通过调节PWM（脉宽调制）信号的占空比来控制电机的输入电压，从而实现电机的速度控制。

以下是基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法的基本步骤：1.设定目标速度：首先，需要设定电机的目标速度。

这可以通过按键或其他输入设备来实现。

2.采集实际速度：为了实现精确的控制，需要实时获取电机的实际速度。

这可以通过在电机转轴上安装光电编码器或霍尔传感器来实现，这些传感器可以实时检测电机的转速并将其转换为电信号。

3.计算偏差：单片机通过比较目标速度和实际速度，计算出速度偏差。

如果实际速度小于目标速度，偏差为负；反之，偏差为正。

4.应用PID算法：单片机使用PID算法来处理速度偏差。

PID控制器通过比例、积分和微分三个环节来计算控制量，以尽可能消除偏差。

具体的PID参数（如Kp、Ki、Kd）可以根据实际情况进行调整，以获得最佳的控制效果。

5.生成PWM信号：基于PID控制器的输出，单片机生成PWM信号来调节电机的输入电压。

占空比决定了电机输入电压的大小，进而影响电机的转速。

6.实时调整：在整个控制过程中，单片机不断采集电机的实际速度，计算偏差，并调整PWM信号的占空比，以使电机尽可能接近目标速度。

7.显示和保存数据：为了方便调试和观察，可以通过单片机的显示屏实时显示电机的实际速度和偏差。

此外，也可以将重要的数据保存在单片机的内部或外部存储器中。

8.安全保护：为了防止电机过载或意外事故，单片机应具备安全保护功能。

例如，当电机实际速度超过设定速度一定时间时，单片机应自动切断电源或发出报警信号。

基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法具有精度高、稳定性好、适应性强等优点，广泛应用于各种需要精确控制电机速度的场合。

基于C51单片机的直流电机PWM调速控制--SQ这是最近一阶段自己学习所获，现分享与大家。

这里采用A T89C52单片机做主控制芯片，实现两路直流电机的PWM调速控制，另外还可以实现转向、显示运行时间、显示档位等注：考虑小直流电机自身因素，调速范围仅设有四级电路原理图：C语言程序源代码：/******************** 硬件资源分配*********************/数码管：显示电机状态（启停、正反、速度）、运行时间、是否转弯按键：K4 启动/暂停K3 正反转/转弯允许K2 加速/左转/运行时间清零K1 减速/右转/停止定时器：T0 数码管动态显示，输出PWMT1 运行时间记录********************************************************//*******主程序文件PWM.c******/#include <reg52.h>#include "Afx.h"#include "Config.c"#define CIRCLE 5 //脉冲周期//按键定义uchar key,key_tmp=0, _key_tmp=0;//显示定义uchar LedState=0xF0; //LED显示标志，0xF0不显示，Ox00显示uchar code LED_code_d[4]={0xe0,0xd0,0xb0,0x70}; //分别选通1、2、3、4位uchar dispbuf[4]={0,0,0,0}; //待显示数组uchar dispbitcnt=0; //选通、显示的位uchar mstcnt=0;uchar Centi_s=0,Sec=0,Min=0; //分、秒、1%秒//程序运行状态标志bit MotState=0; //电机启停标志bit DirState=0; //方向标志0前，1后uchar State1=-1;uchar State2=-1;uchar State3=0;uchar State4=-1;uchar LSpeed=0;uchar RSpeed=0;//其他uint RunTime=0;uint RTime_cnt=0;uint LWidth;uint RWidth; //脉宽uint Widcnt=1;uint Dispcnt;//函数声明void key_scan(void);void DisBuf(void);void K4(void);void K3(void);void K2(void);void K1(void);void disp( uchar H, uchar n );void main(void){P1|=0xF0;EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0x11;TH0=0xFC;TL0=0x66; //T0,1ms定时初值TH1=0xDB;TL1=0xFF; //T1,10ms定时初值TR0=1;Widcnt=1;while(1){key_scan();switch(key){case 0x80: K1(); break;case 0x40: K2(); break;case 0x20: K3(); break;case 0x10: K4(); break;default:break;}key=0;DisBuf();LWidth=LSpeed;RWidth=RSpeed;}}//按键扫描**模拟触发器防抖void key_scan(void){key_tmp=(~P3)&0xf0;if(key_tmp&&!_key_tmp) //有键按下{key=(~P3)&0xf0;}_key_tmp=key_tmp ;}//按键功能处理/逻辑控制void K4(void){if(State4==-1){State4=1;TR1=1;dispbuf[3]=1;LedState=0x00; //打开LEDMotState=1; //打开电机LSpeed=1;RSpeed=1; //初速设为1}else if(State4==1){State4=0;TR1=0;MotState=0; //关闭电机}else if(State4==0){MotState=1;if(State3==0){State4=1;TR1=1;}else if(State3==1){LSpeed=2;RSpeed=2;}}}void K3(void){if(State4==1)DirState=!DirState;if(State4==0){if(State3==0){State3=1; //可以转向标志1可以，0不可以TR1=1;dispbuf[3]=9;MotState=1;LSpeed=2;RSpeed=2;}else if(State3==1){State3=0;TR1=0;dispbuf[3]=0;MotState=0;}}}void K2(void){if(State4==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){LSpeed++;RSpeed++;}else if(State4==0){if(State3==0){//State4=-1;//LedState=0xF0;MotState=0;Sec=0;Min=0;}else if(State3==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){//TurnState=0;LSpeed=2;RSpeed++;}}}void K1(void){if(State4==1&&LSpeed>1&&RSpeed>1){LSpeed--;RSpeed--;}else if(State4==0){if(State3==0){State4=-1;LedState=0xF0;MotState=0;}else if(State3==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){//TurnState=1;LSpeed++;RSpeed=2;}}}//显示预处理void DisBuf(void){if(RTime_cnt==100){Sec++;RTime_cnt=0;}if(Sec==60){Min++;Sec=0;}if(State4==1){dispbuf[0]=Sec%10;dispbuf[1]=Sec/10;dispbuf[2]=Min;if(!DirState) //正转dispbuf[3]=LSpeed;if(DirState) //反转dispbuf[3]=LSpeed+4;}if(State4==0){if(State3==0){dispbuf[0]=Sec%10;dispbuf[1]=Sec/10;dispbuf[2]=Min;dispbuf[3]=0;}if(State3==1){dispbuf[0]=RSpeed;dispbuf[1]=LSpeed;dispbuf[2]=Min;dispbuf[3]=9;}}}//LED驱动void disp( uchar H, uchar n ){P1=n;P1|=LedState ;P1|=LED_code_d[H];}//T0中断**显示/方波输出void Time_0() interrupt 1{TH0=0xFC;TL0=0x66;Widcnt++;Dispcnt++;//电机驱动/方波输出if(Widcnt>CIRCLE){Widcnt=1;}if(Widcnt<=LWidth)LMot_P=!DirState&&MotState;elseLMot_P=DirState&&MotState;LMot_M=DirState&&MotState;if(Widcnt<=RWidth)RMot_P=!DirState&&MotState;elseRMot_P=DirState&&MotState;RMot_M=DirState&&MotState;//显示if(Dispcnt==5){disp(dispbitcnt,dispbuf[dispbitcnt]);dispbitcnt++;if(dispbitcnt==4){dispbitcnt=0;}Dispcnt=0;}}//T1中断**运行时间void Time_1() interrupt 3{TH1=0xDB;TL1=0xFF;RTime_cnt++;}/******配置文件Afx.h******/#ifndef _AFX_#define _AFX_typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;typedef unsigned long ulong;#endif/******IO配置文件Config.c******/#ifndef _Config_#define _Config_#include "Afx.h"#include <reg52.h>//显示定义sbit led=P3^2;//电机引脚定义sbit LMot_P=P2^2; sbit LMot_M=P2^3; sbit RMot_P=P2^0; sbit RMot_M=P2^1;#endif。

基于单片机的 PWM直流电机调速系统设计摘要：本文以单片机STC12C5A60S2为核心，结合L298N专用驱动集成电路，通过产生的PWM波控制电机的转速，采用霍尔传感器检测电机转速并通过液晶显示电机实时转速。

最后采用 Keil和 Proteus对整个系统进行设计、编程以及仿真。

关键词：单片机;PWM调速;液晶显示;霍尔传感器;直流电机。

1.引言目前常用的电动机主要有交流电动机和直流电动机，直流电动机因为具有良好的调速性能，以及良好的起、制动性能而被广泛应用在电力拖动系统中。

而调速性能是指电动机在一定的负载条件下，可以根据实际需要，对电动机的转速进行人为的调节。

直流电动机可以在重负载的情况下，实现无级调速，并且调速范围较宽。

直流电动机转速公式：注：为转速、为电枢电压、为电枢电流、为电枢回路总电阻、为励磁磁通、为由电机结构决定的电动势常数。

通过上式可以看出，电动机转速的调节方法主要有以下三种：改变电枢供电电压;改变励磁磁通;调节电枢回路电阻。

以上三种调速方式，以调节电枢供电电压的方式是最好的，它可以实现宽范围的无极平滑调速。

2.PWM调节上面提到对于直流电动机的调速最好的方式是改变供电电压的方式，改变供电电压可以采用V-M调速系统和直流脉宽调速系统，而直流脉宽调速系统相对V-M调速系统具有开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

PWM调速的原理就是通过把恒定的直流电压调制成高度一定，宽度可变的脉冲电压序列，进而改变平均输出电压从而达到调节转速的目的，实质就是通过控制功率管如电力MOSFET，IGBT等的开关时间进而改变加在电机上的电压占空比就可以改变电机的平均电压。

功率管输入电压以及电机电枢电压的关系如下。

假设加在电动机两端的电压为，通过控制功率管的通断使得输出电压变成了一系列脉冲电压，其平均值计算公式为：，其中为占空比，通过改变占空比就可以改变的值，进而改变电动机转速。

3.调速系统硬件设计本设计采用单片机STC12C5A60S2产生的PWM脉冲波调节输出电压的大小，系统原理框图如图1所示。

太原理工大学继续教育学院毕业论文单片机控制直流调速系统作者姓名所属系部导师姓名及职称专业班级论文提交日期摘要近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。

由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响。

其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。

所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。

本文介绍的是用一台26KW的直流电动机，8051单片机构成的数字化直流调速系统。

特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器及逻辑切换等硬件设备。

最后进行软件编程、调试以及计算机仿真。

实时控制结果表明，本数字化直流调速系统实现了电流和转速双闭环的恒速调节，并具有结构简单，控制精度高，成本低，易推广等特点，而且各项性能指标优于模拟直流调速系统，从而能够实际的应用到生产生活中，满足现代化生产的需要。

关键词：单片机双闭环直流调速系统数字方式目录第1章绪论 (1)第二章方案论证 (3)第三章直流调速控制系统 (5)3.1单片机部分的组成 (5)3.1.1时钟电路 (7)3.1.2复位电路 (8)3.1.3存储器 (8)3.1.4外部中断源 (9)3.1.5定时器/计数器 (11)3.2 单片机的扩展 (12)3.2.1程序存储器的扩展 (13)3.2.2数据存储器的扩展 (14)3.2.38279可编程键盘/显示器 (16)3.2.4模拟量与数字量的转换 (24)3.2.5采样和保持 (28)第四章PID的控制算法 (32)4.1PID控制规律及其基本作用 (32)4.2控制算法的实现 (33)第五章直流调速系统的主电路设计 (36)5.1直流电动机的调速方法 (36)5.2整流电路 (37)5.3触发电路 (38)第六章软件设计 (42)7.2 系统仿真结果的输出及结果分析 (49)第七章系统的抗干扰技术 (46)第八章直流调速系统的保护 (49)总结 (51)辞谢 (53)参考文献………………………………………………….第2章系统方案选择和总体结构设计2.1调速方案的选择2.1.1系统控制对象的确定本次设计选用的电动机型号Z2-32型，额定功率1.1KW，额定电压230V，额定电流6.58A,额定转速1000r/min, 励磁电压220V,运转方式连续。

利用单片机控制直流电机调速系统设计一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，直流电机调速系统在众多领域，如自动化生产线、航空航天、电动汽车等中得到了广泛应用。

为了满足日益增长的精确控制和高效节能需求，开发稳定可靠的直流电机调速系统显得至关重要。

单片机作为一种集成度高、功耗低、价格适中的微控制器，被广泛应用于各种控制系统。

因此，研究利用单片机控制直流电机调速系统的设计，不仅具有理论价值，更具有实际应用意义。

本文旨在探讨基于单片机的直流电机调速系统设计的关键技术和实现方法。

文章将介绍直流电机调速系统的基本原理和常见控制方法，为后续设计提供理论基础。

文章将详细阐述单片机选型、硬件电路设计、软件编程等关键环节，并分析其中的技术难点和解决方案。

通过实际案例的分析和实验验证，评估所设计系统的性能，并提出改进和优化建议。

本文的研究内容不仅有助于推动单片机在直流电机调速领域的应用发展，也为相关领域的工程技术人员提供了有益的参考和借鉴。

二、直流电机基础知识直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备，其工作原理基于安培定律和电磁感应。

直流电机主要由定子和转子两部分组成。

定子包括铁心和励磁绕组，它的作用是产生一个恒定的磁场。

转子包括电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等部分，它的作用是在定子产生的磁场中受力而转动。

直流电机的转速可以通过改变电枢电压、改变电枢电流或改变磁场强度来实现。

其中，改变电枢电压是最常用的调速方法。

通过调整电压的大小，可以控制电机的转速，从而实现对直流电机的精确控制。

直流电机还具有启动性能好、调速范围广、控制精度高等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。

在单片机控制直流电机调速系统中，我们需要了解直流电机的这些基础知识，以便更好地设计和实现调速控制算法。

还需要考虑电机的额定电压、额定电流、额定功率等参数，以确保电机在正常工作范围内运行。

还需要考虑电机的散热问题，以避免因过热而损坏电机。

因此，在设计和实现单片机控制直流电机调速系统时，我们必须充分了解直流电机的基础知识和相关参数，以确保系统的稳定性和可靠性。

基于STM32单片机的直流电机调速系统设计直流电机调速系统是电子控制技术在实际生产中的应用之一，利用数字信号处理器（DSP）和单片机（MCU）等嵌入式系统，通过变换输出电压、调整周期和频率等方式实现对电机运行状态的控制。

本文将介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计方案。

1. 系统设计方案系统设计主要分为硬件方案和软件方案两部分。

1.1 硬件方案设计：硬件主要包括STM32单片机模块、电机模块、电源模块、继电器模块。

STM32单片机模块采用STM32F103C8T6芯片，拥有高性能、低功耗、低成本和丰富的外设资源，为系统开发提供了最佳解决方案。

电机模块采用直流电机，电源模块采用可调电源模块，可以输出0-36V的电压。

继电器模块用于控制电机正反转。

1.2 软件方案设计：软件设计主要涉及编程语言和控制算法的选择。

控制算法采用PID控制算法，以实现对电流、转速、转矩等参数的调节。

2. 系统实现过程2.1 电机驱动设计：电机驱动采用PWM调制技术，控制电机转速。

具体过程为：由程序控制产生一个PWM波，通过适当调整占空比，使电机输出电压和电机转速成正比关系。

2.2 PID控制算法设计：PID控制器通过测量实际变量值及其与期望值之间的误差，并将其输入到控制系统中进行计算，以调节输出信号。

在本系统中，设置了三个参数Kp、Ki、Kd分别对应比例、积分和微分系数。

根据实际情况，分别调整这三个参数，可以让电机达到稳定的运行状态。

2.3 系统运行流程：启动系统后，首先进行硬件模块的初始化，然后进入主函数，通过读取控制输入参数，比如速度、电流等参数，交由PID控制器计算得出PWM输出信号，送给电机驱动模块，以产生不同的控制效果。

同时，还可以通过设置按钮来切换电机正反转方向，以便实现更精确的控制效果。

3. 总结本系统设计基于STM32单片机，采用PWM驱动技术和PID 控制算法，实现了对直流电机转速、转矩、电流等运行状态参数的精确调节。

第一章:前言1.1前言：直流電機的定義：將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。

近年來，隨著科技的進步，直流電機得到了越來越廣泛的應用，直流具有優良的調速特性，調速平滑，方便，調速範圍廣，超載能力強，能承受頻繁的衝擊負載，可實現頻繁的無極快速起動、制動和反轉，需要滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊要求，從而對直流電機提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速、改變電壓調速等技術已遠遠不能滿足現代科技的要求，這是通過PWM方式控制直流電機調速的方法就應運而生。

採取傳統的調速系統主要有以下的缺陷：模擬電路容易隨時間飄移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對雜訊敏感等。

而用PWM技術後，避免上述的缺點，實現了數字式控制模擬信號，可以大幅度減低成本和功耗。

並且PWM調速系統開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得平滑的直流電流，低速特性好；同時，開關頻率高，快回應特性好，動態抗干擾能力強，可獲很寬的頻帶；開關元件只需工作在開關狀態，主電路損耗小，裝置的效率高，具有節約空間、經濟好等特點。

隨著我國經濟和文化事業的發展，在很多場合，都要求有直流電機PWM調速系統來進行調速，諸如汽車行業中的各種風扇、刮水器、噴水泵、熄火器、反視鏡、賓館中的自動門、自動門鎖、自動窗簾、自動給水系統、柔巾機、導彈、火炮、人造衛星、太空船、艦艇、飛機、坦克、火箭、雷達、戰車等場合。

1.2本設計任務:任務: 單片機為控制核心的直流電機PWM調速控制系統設計的主要內容以及技術參數:功能主要包括：1)直流電機的正轉；2)直流電機的反轉；3)直流電機的加速；4) 直流電機的減速；5) 直流電機的轉速在數碼管上顯示；6) 直流電機的啟動；7) 直流電機的停止；第二章：總體設計方案總體設計方案的硬體部分詳細框圖如圖一所示。

鍵盤向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉速相應的PWM 脈衝，另一口輸出低電平，經過信號放大、光耦傳遞，驅動H 型橋式電動機控制電路，實現電動機轉向與轉速的控制。

基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。

在众多调速方案中，基于脉冲宽度调制（PWM）的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。

本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现，以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。

本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。

随后，将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计，包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。

在软件设计部分，本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。

还将对系统的性能进行测试与分析，以验证其调速效果及稳定性。

本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足，并提出改进建议。

希望通过本文的阐述，能为相关领域的研究与应用提供有益参考。

二、51单片机基础知识51单片机，也被称为8051微控制器，是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC（复杂指令集计算机）单片机。

尽管Intel公司已经停止生产这种芯片，但由于其架构的通用性和广泛的应用，许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。

51单片机的核心部分包括一个8位的CPU，以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR（特殊功能寄存器）等。

它还包括两个16位的定时/计数器，四个8位的I/O端口，一个全双工的串行通信口，以及一个中断系统。

这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

在PWM（脉冲宽度调制）直流电机调速系统中，51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。

这通常是通过定时/计数器来实现的。

定时/计数器可以设置一定的时间间隔，然后在这个时间间隔内，CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平，从而形成PWM信号。

基于单片机的直流电机控制概述直流电机是一种常见的电动机，它在各种应用中都有着广泛的应用，包括工业生产、家用电器、汽车等。

而在直流电机的控制方面，单片机技术已经成为了一种常见的方式。

本文将介绍基于单片机的直流电机控制技术，包括控制原理、控制方法和实际应用。

直流电机控制原理直流电机的速度和方向控制主要是通过控制电机的电压和电流来完成的。

一般来说，直流电机的控制原理可以分为两种方式：调速控制和方向控制。

调速控制是指通过改变电机的输入电压或电流来实现电机的转速调节，而方向控制则是通过改变电机的电极极性来实现电机正转或反转。

直流电机控制方法在单片机控制直流电机时，通常会采用一些常见的控制方法。

PID控制是一种经典的控制方法，它通过不断地调整比例、积分和微分系数来实现电机的速度控制。

PID控制的实质就是通过不断地调整电机的输入信号来使得电机的输出与期望值尽可能接近。

模糊控制是一种模糊逻辑方法，它通过对输入信号的模糊化和输出信号的解模糊化来实现电机的控制。

模糊控制通常适用于一些非线性、不确定性较大的系统，它具有较好的鲁棒性和自适应性。

还有一些先进的控制方法，如神经网络控制、遗传算法控制等，它们都可以用于直流电机的控制，并且在一些特定的应用场景中有着较好的效果。

单片机直流电机控制实际应用基于单片机的直流电机控制技术已经在各种应用中得到了广泛的应用。

在工业生产领域，单片机控制直流电机可以用于各种自动化生产线的输送、定位等控制。

在家用电器方面，单片机控制直流电机可以用于各种家电产品中的驱动和控制，如洗衣机、空调、电风扇等。

在汽车领域，单片机控制直流电机可以用于汽车的发动机启动、车窗控制、座椅调节等。

除了以上的应用，单片机控制直流电机还可以用于各种机器人、航模、遥控车等电子产品中，它们都需要对电机进行精确的控制和调节。

由于单片机本身具有较强的计算和控制能力，同时也非常适合用于直流电机的速度和方向控制，因此基于单片机的直流电机控制技术已经成为了一种非常成熟和可靠的技术方案。