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单片机在直流调速中的应用技术研究作者：任华伟来源：《科技资讯》2012年第32期摘要：本文基于应用单片机控制电机调速技术，首先概述了直流电机调速方式，进而分析了应用单片机控制电机调速的技术优势，并介绍了应用最为广泛的PWM技术原理，进而通过设计实例（以89C51为例），介绍了应用单片机控制电机调速系统的设计流程。
关键词：单片机直流电机调速 PWM技术中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0061-01直流电动机由于转速调节灵活、技术成熟、调速平滑以及控制性能好的特点，广泛应用于数控机床，工业机器人等工厂自动化设备中。
随着自动化控制系统的快速发展及应用，利用先进的单片机技术制造出技术成熟可靠的直流电机控制系统，对于促进直流电动机的应用具有非常重要的实际意义。
由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用。
随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。
现在国内外工业上对电机的调速基本已经不再使用模拟调速，而采用数字调速系统，而数字调速系统大部分都是用单片机来进行控制，数字调速系统具有控制精确度高，非常稳定，受环境影响小，效率高等优点，所以在国内外的使用越来越广泛。
与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。
1 直流电机的特性及调速方式直流电机的调速主要有以下几种。
（1）PWM直流调整系统。
其原理是将直流控制信号与三角波经调制电路产生一系列脉宽不等的脉冲信号，做功率放大后驱动大功率器件。
控制调制方波的占空比，便可以改变输出平均电压。
将PWM输出电压接至直流电动机的电枢两端，便可组成性能优良的调速系统。
《电气控制技术》研究生课程设计报告题目基于STM32的直流电机PID调速系统学院机械与汽车工程学院专业班级车辆工程学号************学生姓名李跃轩指导教师康敏完成日期2017年01月03日《智能控制基础》研究生课程设计报告目录1.绪论 (1)2.设计方案 (1)3．系统硬件电路设计 (2)3.1整体电路设计 (2)3.2最小单片机系统设计 (3)3.2.1STM32F103复位电路 (3)3.2.2电源电路 (4)3.3电机驱动电路设计 (5)3.4光电码盘编码器电路设计 (6)3.5 显示电路设计 (6)3.6按键电路设计 (7)4.系统软件设计 (7)4.1 PID算法 (7)4.2电机速度采集算法 (8)5.系统调试 (9)5.1 软件调试 (9)5.2 系统测试与分析 (9)6.总结与展望 (10)附录一 (11)附录二 (16)1.绪论本文主要研究了利用STM32系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。
采用的芯片组成了PWM信号的发生系，然后通过L298N放大来驱动电机。
利用光电编码盘器测得电机速度，然后反馈给单片机，在内部进行PID运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。
2.设计方案根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图1所示。
图中控制器模块为系统的核心部件，键盘和显示器用来实现人机交互功能，其中通过键盘将速度参数输入到单片机中，并且通过控制器显示到显示器上。
在运行过程中控制器产生PWM脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机转速实时控制的目的。
摘要本设计首先介绍了AT89S52单片机，L298驱动电路及直流电机的基本原理与功能；其次,设计直流电机实现转向、速度的控制方案；再次，在这些器件功能与特点的基础上，拟出设计思路，构建系统的总体框架，并利用LED数码管对测试结果进行显示；最后利用Proteus软件绘出电路图，同时写出设计系统的运行流程和相关程序。
整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值；启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L298驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制直流电机的脉冲信号。
本系统采用了低成本的AT89S52单片机芯片作为控制芯片，以按键做为输入达到对直流电机的启停、速度和方向的精确控制。
直流电机的驱动采用的是达林顿集成管L298，并且采用LED的进行显示。
在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
总之，本次设计出了操作简单、显示直观的直流电机控制系统。
关键字： AT89S52单片机；L298驱动芯片；直流电机。
AbstractThe design first introduced the AT89S52 single-chip microcomputer, L298 drive circuit and dc motor of the basic principle and function; Second, the design of dc motor to realize, the speed control scheme; and Again, in these devices based on the characteristics of the function and, draw up the design idea, construction of the whole system framework, and use of LED digital tube the results shows; Finally, using the Proteus software draw circuit diagram, at the same time, write design the operation of the system process and procedures. The whole system by writing to the single chip microcomputer program allocation good control of the word and the corresponding storage unit of the memory address assignment; Reboot your system, from single chip I/O mouth output control pulse, after L298 driving circuit pulse processing, the output can directly control dc motor of the pulse signal. This system USES a low cost AT89S52 single-chip microcomputer chip as control chip, with button as input to the keyboard to dc motor of the rev. Stop, speed and direction of the accurate control. Dc motor driver uses is the integration of L298 tube, and using the LED displayed. In the design, adopted PWM technology of motor control, through to the occupies emptiescompared to achieve the purpose of accurate calculation speed. All in all, this design out the operation is simple, direct display of dc motor control system.Key word:AT89S52 single-chip microcomputer; L298 driving chip; DC motor.目录1 绪论 (1)1.1 直流电机调速系统的发展 (1)1.2 开发背景 (2)1.3 选题的目的及意义 (3)1.4 研究方法 (4)2 系统方案设计 (5)2.1 概述 (5)2.2 总体设计任务 (5)2.3 系统总体设计方案论证 (6)2.4 系统总体设计方框图 (7)2.5 直流电机调速概述 (8)2.5.1 直流电机简介 (8)2.5.2 直流电机调速原理 (9)2.5.3 直流调速系统实现方式论证 (9)3 电机调速驱动设计 (11)3.1 PWM控制方式 (11)3.2 PWM控制的基本原理 (11)3.3 PWM 发生电路的设计 (13)3.4 功率放大驱动电路 (16)3.4.1 芯片L 298 性能及特点....................... ..163.4.2 L298芯片引脚的电气特性及功能 (17)3.4.3 L298驱动电机的逻辑功能 (19)4 硬件电路设计 (21)4.1 AT89S52的最小系统电路 (21)4.1.1 单片机芯片AT89S52介绍 (21)4.1.2单片机管脚说明 (22)4.1.3 时钟电路 (25)4.1.4 复位电路 (26)4.2 数码管显示 (27)4.3 排阻的简介 (27)4.4 显示电路与AT89S52单片机接口电路设计 (28)4.5 键盘与AT89S52单片机接口电路设计 (30)4.6 驱动电路与AT89S52单片机接口电路设计 (30)5 系统软件设计 (32)5.1 主程序设计 (33)5.2 子程序设计 (34)5.2.1 键盘子程序设计 (34)5.2.2显示子程序设计 (35)5.2.3 P W M控制程序设计 (36)5.3 系统仿真 (36)5.4 Proteus的简单使用 (37)6 设计总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 程序清单 (42)附录2 系统总图 (50)绪论1.1 直流电机调速系统的发展直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种: 第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。
单片机的电机功率控制技术单片机（Microcontroller Unit，MCU）作为嵌入式系统的核心部件，被广泛应用于各种电子设备中。
在众多应用中，电机功率控制技术是其中重要的一部分。
本文将介绍单片机电机功率控制技术的原理和应用。
一、电机功率控制技术的原理电机功率控制技术旨在通过对电机供电进行调节，达到控制电机输出功率的目的。
传统的电机功率控制方法主要依靠开关电源、变频调速等手段实现。
而基于单片机的电机功率控制技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对电机的精确控制。
单片机作为控制核心，通过与电机驱动电路、功率电路直接相连，实现对电机供电的精确调控。
通过调整单片机输出的PWM信号的占空比，可以控制电机的速度、转矩和功率。
二、电机功率控制技术的应用1. 电动机驱动系统单片机的电机功率控制技术广泛应用于各种电动机驱动系统中。
例如，汽车电动车窗的升降系统、空调室外机的风扇控制、机械手臂的电机控制等。
在这些应用中，单片机通过接收来自传感器的反馈信号，实时调整PWM信号的占空比，控制电机的功率输出。
通过精确的控制，可以实现电机的高效工作，并满足系统对速度、转矩和功率的要求。
2. 电机调速系统单片机的电机功率控制技术在电机调速系统中也得到了广泛应用。
例如，电动车辆中的电机调速系统、电动工具中的电机调速系统等。
通过单片机对PWM信号进行调节，电机的转速可以精确控制。
在电机调速系统中，单片机可以根据要求调整电机的输出功率，实现对电机转速的精确控制。
三、单片机电机功率控制技术的优势相比传统的电机功率控制方法，单片机电机功率控制技术具有以下优势：1. 精确控制：通过调节PWM信号的占空比，可以实现对电机功率的精确控制，满足系统的要求。
2. 反馈控制：单片机可以接收来自传感器的反馈信号，实时调整电机的功率输出。
通过反馈控制，可以使系统对电机的控制更加精确和稳定。
3. 低成本：与传统电机功率控制方法相比，单片机电机功率控制技术的硬件成本相对较低。
毕业设计毕业设计任务书摘要............................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章引言................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1单片机的产生和发展.......................................................... 错误!未定义书签。
1.2交流调速系统的现状.......................................................... 错误!未定义书签。
第2章硬件设计....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1系统总体方案设计.............................................................. 错误!未定义书签。
2.2主回路设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
2.2.1整流滤波电路的设计................................................ 错误!未定义书签。
2.2.2整流电路意义总结.................................................... 错误!未定义书签。
2.3整流电路分类...................................................................... 错误!未定义书签。
基于PLC的变频调速通风机系统设计1. 引言1.1 研究背景变频调速技术是一种能够实现电机调速的先进技术，广泛应用于各种工业领域中。
通风机系统作为工业生产中常见的设备之一，其调速调节对于保证工艺过程的顺利进行具有重要意义。
传统的通风机系统采用传统的调速方式，存在调速精度低、能效低、噪音大等问题，为了解决这些问题，需要引入基于PLC的变频调速技术。
基于PLC的变频调速通风机系统设计可以有效提高通风机系统的调速精度，实现能效优化，减少噪音等问题。
通过PLC控制器对变频器进行精确的控制，可以实现对通风机的精细调节，满足不同工艺条件下的调速需求。
研究基于PLC的变频调速通风机系统设计具有重要的实际意义和应用价值。
本文旨在通过对变频调速技术和PLC控制技术的深入研究，结合通风机系统的硬件设计和软件设计，探讨基于PLC的变频调速通风机系统设计原理及其应用，从而为工业生产中通风系统的优化和提升提供一种新的技术解决方案。
1.2 研究目的本文旨在设计一个基于PLC的变频调速通风机系统，以实现对通风机转速的精确控制。
通过对系统设计原理、PLC在变频调速系统中的应用、通风机系统的硬件设计、通风机系统的软件设计以及系统性能测试的深入探讨和实践，旨在验证该系统在实际工程中的可行性和有效性。
具体研究目的包括：1.探索基于PLC的变频调速通风机系统设计原理，明确各个模块之间的关联和配合关系，为系统的正常运行提供可靠的理论基础；2.研究PLC在变频调速系统中的具体应用方法，通过对PLC编程和参数设置的实践，实现对通风机转速的精确控制；3.设计通风机系统的硬件部分，包括传感器、执行器和通讯模块等的选型和连接方法，确保系统的稳定性和可靠性；4.设计通风机系统的软件部分，包括PLC程序的编写和调试，实现系统的各项功能和逻辑控制；5.对系统性能进行测试和评估，验证系统设计的准确性和有效性，为进一步工程应用提供参考依据和技术支持。
通过本研究的实施，旨在为通风系统的智能化运行和节能优化提供技术支持和参考，推动通风系统领域的发展。
基于单片机的变频调速电机设计思路研究作者：肖乾湘来源：《企业技术开发·中旬刊》2014年第03期摘要：单片机也称为微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
文章研发出了基于单片机上的变频调速电机，对此系统进行了详细叙述。
关键词：单片机；变频调速电机中图分类号：TN380.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）8-0096-021 本系统的基本简介1.1 单片机的简介单片机也称为微控制器，它常用英文缩写MCU来表示。
单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，最早设计者是想把CPU和其他外围设备集成在一个芯片里达到计算机系统更小、更容易集成的目的，INTEL的Z90是最早设计出来的单片机。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
单片机的历史：第一代，20世纪70年代后期，4位逻辑控制器件发展到8位。
使用NMOS工艺（速度低，功耗大、集成度低）。
代表产品：MC6800、Intel8048。
第二代，20世纪80年代初，采用CMOS工艺，并逐渐被高速低功耗的HMOS工艺代替。
代表产品：MC146805、Intel 8051。
第三代，近10年来，MCU的发展出现了许多新特点：①在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方式。
②MCU 的扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。
③将多个 CPU集成到一个MCU 中。
④在降低功耗，提高可靠性方面，MCU工作电压已降至3.3 V。
第四代，FLASH的使用使MCU技术进入了第四代。
本次实验我们使用的是Microchip公司的PIC微控制器。
PIC微控制器（PIC microcontroller），是一种使用哈佛结构的精简指令集微控制器，由Microchip公司研发而成。
PIC微控制器的架构是很明显的最低限度，它有以下特点：①分离式的程式码和资料空间（哈佛结构）。
②少量的固定长度指令。
③指令是单周期执行（4时钟周期），仅流程转移指令（call， goto， return，成立时的条件跳跃）需两个指令周期。
④所有RAM位置均可当作作为算数或其他运算的源寄存器或目的寄存器使用一个硬件堆栈用于存放副程式呼叫的返回地址。
⑤较小的资料寻址空间，但使用多个bank的方式（每个bank通常为128字节），来存取较大的RAM。
⑥暂存器、周边输入输出埠等均映射在资料空间中。
⑦程序计数器也是映射到资料空间和写入（这是用来执行间接跳跃）。
我们此次选择的是PIC18（8-bit里的高阶）系列（16-bit 指令码）PIC18：PIC18C，PIC18Fxxx，少数早期的PIC18FxxxxPIC18 Extended：目前绝大多数的PIC18 Fxxxx，PIC18 F-xxJxx，PIC18FxxKxx1.2 变频调速电机的简介变频调速电机简称变频电机，是变频器驱动的电动机的统称。
实际上为变频器设计的电机为变频专用电机，电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与扭矩，以适应负载的需求变化。
变频电动机由传统的鼠笼式电动机发展而来，把传统的电机风机改为独立出来的风机，并且提高了电机绕组的绝缘性能。
在要求不高的场合如小功率和频率在额定工作频率工作情况下，可以用普通鼠笼电动机代替。
1.2.1 变频调速电机的技术特点①效率高：达到欧洲CEMEP-EU效率等级电机标准二级值，符合中华人民共和国国家标准GB 18613-2002中小型三相异步电动机能效限定值。
②双频宽电压：电压范围220～690 V，适用50 Hz和60 Hz电源。
噪声低：通过优化电磁设计、通风状况、结构尺寸等技术，M2JA系列电动机的噪声较低。
③轴承负载能力高：电动机选用深沟球轴承，寿命长，80～132中心高电动机为永久型润滑，160～355设有加油装置。
④可靠性好：电动机为全封闭风冷结构，防护等级IP55，材料及工艺符合环境要求。
电动机机械强度高，坚固耐用，防锈防腐性强。
绕组可靠性好，采用F级绝缘结构，B级考核。
并可根据用户需要增加PTC热敏电阻或热敏开关。
1.2.2 技术特点①效率高：达到欧洲CEMEP-EU效率等级电机标准二级值，符合中华人民共和国国家标准GB 18613-2002中小型三相异步电动机能效限定值。
②双频宽电压：电压范围220～690 V，适用50 Hz和60 Hz电源。
③噪声低：通过优化电磁设计、通风状况、结构尺寸等技术，M2JA系列电动机的噪声较低。
④轴承负载能力高：电动机选用深沟球轴承，寿命长，80～132中心高电动机为永久型润滑，160～355设有加油装置。
⑤可靠性好：电动机为全封闭风冷结构，防护等级IP55，材料及工艺符合环境要求。
电动机机械强度高，坚固耐用，防锈防腐性强。
绕组可靠性好，采用F级绝缘结构，B级考核。
并可根据用户需要增加PTC热敏电阻或热敏开关。
1.2.3 结构设计在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：①绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
②对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
③冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
④防止轴电流措施，对容量超过160 kW电动机应采用轴承绝缘措施。
主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。
⑤对恒功率变频电动机，当转速超过3 000转/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。
1.2.4 变频电动机的优点变频电动机在电气控制上比较简单，运行故障率低，可靠性高，机械损耗小并且节能。
2 设计思路2.1 本实验的总体设计机构我们的变频系统是根据电路的AC/DC/AC电压的变换方式达到变换速度的目的的。
我们还运用了IGBT的逆变结构，其中IGBT部分是要求采用大功率、高性能的。
我们还采用了HCPL4504的光电阻，信号被光电阻隔绝后经由IR2233放大来启动IGBT。
整个电路我们由我们的PIC18系列单片机来控制，单片机通过电流互感器、电压互感器等检测电路状态，并且和自己期望的值进行比对，实验者根据单片机反应的值来调节驱动信号来达到控制频率进而实现电动机变速的目的，如图1所示。
实验的特点有：①可以变动的频率范围比较广，这样今儿变化的速度可控范围也比较广了，一般变频的范围在1～5 Hz之间。
②采用V/F模式时，可以有多条V/F控制曲线，是的控制的性能提高了。
③PIC18系列的单片机有PWM检错功能，当发生错误时能使得保护单片机的各个部分，进而保护PWM的电源，又IR2233有专属的紧急停止功能，使得该实验的安全系数变高了，有利于保护实验所用的单片机。
2.2 该系统的硬件设计思路本实验是基于PIC18系列的单片机的，其性能的提高主要依靠PIC18系列单片机、高速光耦HCPL4504以及IR2233组成，此外还具有信号检测和实时闹钟等功能。
该系统主要部件和功能说明：①在电机控制器和功率转换应用中，PICl8系列单片机有插入可编程死区时间的14位功率控制PWM模块（PCPWM），简化了PWM输出的过程，除了能使用方便的PWM模块。
PICl8系列单片机还具有更适合电机控制用的运动反馈模块。
运动反馈模块的引入减少了测量控制反馈量所需要的外围电路，精简了电路设计，增加了系统的可靠性。
此外，还有高速的10位A/D转换器。
在很多情况下，这些功能使得PICl8系列单片机在诸如电能转换、电机控制的应用场合使用时，可以减少相对应的成本开支。
②本系统中的IR2233是专为高压、高速功率MOSFET和IGBT门极驱动而设计的功率驱动器件，是输出高压栅极智能驱动模块。
该驱动芯片内部集成了3个独立的相对高边和低边输出通道可分别用于三相应用。
其逻辑输入与5V-CMOS或LSTTI输出电平兼容。
经过光电隔离的PWM信号直接输入到IR2233中，并由它来驱动高电压、高速度的功率元件。
在电路中，HCPL4504是高速光耦。
由于六路隔离电路完全一样，所以在此仅显示了一路隔离电路。
该光耦是光电隔离接口芯片，与TTL兼容，因此可以直接驱动。
其内部集成高灵敏度光传感器，极短的寄生延时为IPM应用中的高速开关的死区时问确保了安全。
3 结语本系统运用了性能比较好的PICl8系列单片机及其专用的芯片，使得该变频调速系统设计结构紧密、稳定可靠性高、灵活度高以及制作成本也有很大的减少。
鉴于篇幅有限，否则我们还可以设计软件模拟和测试实验结果使得我们可以大大的节约测试的时间，并且可以通过软件升级进一步优化性能并且实现多重控制的方式。
并且我们可以利用单片机丰富的其他接口去扩展我们人性化的控制模式，甚至我们可以把网络接入单片机实现远程控制。
所以，本系统不仅仅到此为止，以后还可以通过技术人员的研发不断完善市场的需要。
参考文献：[1] 刘和平.PIC18Fxxx单片机原理及接口程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.[2] 李华德.交流调速控制系统[M].北京：电子工业出版社，2003.[3] 刘笃仁.PIC软硬件系统设计[M].北京：电子工业出版社，1999.[4] 陈伯时.电力传动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2004.。
