直流电机PWM调速课程设计报告

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摘 要

在社会生活和生产中,常常需要改变电机的转速和转向。通过改变电机回路中的电阻来改变电机转速；通过改变电机接到电源的正负极来改变电机的转向不失为一种简单易行、成本低廉的方法。但是这种方法效率低、机械特性软、不能得到较宽和平滑的调速性能。本文利用555芯片以及少量外部元件组成的占空比可调的多谐振荡器，输出PWM信号，接到L298电机驱动芯片，来驱动直流电机。通过控制输出信号的占空比来控制电机的转速，而电机的转向可以通过双刀双掷开关控制L298芯片5和7引脚的高低电平输入来控制。实验表明，占空比的调节范围为0%~95%，电机转速可以从零开始逐渐调快，转向可通过单刀双掷开关随意控制，达到了预期的目标。本设计为直流电机的调速提供了一种简易的方法，同时获得了较宽和平滑的调速性能。

关键词： PWM；占空比；调速；多谐振荡器

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目 录

摘 要 .............................................................................................................................................. I

目 录 ............................................................................................................................................ II

第1章 绪论 ................................................................................................................................... 1

1.1 直流电机调速起源 .............................................................................................................. 1

1.2直流电机调速发展概况 ....................................................................................................... 1

1.3 研究方案 .............................................................................................................................. 1

第2章 预备知识 ........................................................................................................................... 2

2.1 555定时器 ............................................................................................................................ 2

2.2 L298驱动芯片 ...................................................................................................................... 4

2.3理论分析 ............................................................................................................................... 6

第3章 系统组成及工作原理 ....................................................................................................... 7

3.1系统组成 ............................................................................................................................... 7

3.2工作原理 ............................................................................................................................... 7

第4章 电路设计方案 ................................................................................................................. 11

第5章 调试结果与分析 ............................................................................................................. 13

结论 ............................................................................................................................................... 15

参考文献 ....................................................................................................................................... 16

附录 ............................................................................................................................................... 17

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第1章 绪论

1.1 直流电机调速起源

自从电动机发明那天起，电动机的调速问题就成为人们思考的问题。电动机被发明之后，被迅速用于人们的衣行住行当中，生产生活都离不开它。电动车是生活最常见的运用电动机的例子，在电动车行驶过程中，由于路况的不断变化，经常需要调节电动机的速度来调节电动车的速度。除此之外，医学领域、农业领域、工业领域，甚至是高新科技领域都离不开电动机，而且需要极其平滑细腻的调速性能，可见电动机调速是非常重要的。随着科技的发展，人们掌握了越来越多的调速方法，方法也不断升级优化。研究直流电机调速的方法会给社会带来巨大的利益，因为科技的进步需要越来越精密的仪器，这就要求电机调速要达到更平滑更细腻的效果。所以电机调速的研究尤其是提高调速的宽度和平滑度是具有非常重要的意义的。

1.2直流电机调速发展概况

直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。30年代末期，发电机-电动机系统的出现才使调速性能优异的直流电动机得到广泛应用。这种控制方法可获得较宽的调速范围、较小的转速变化率和平滑的调速性能。但此方法的主要缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。近年来，随着电力电子技术的迅速发展，由晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统已取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能也远远地超过了发电机-电动机调速系统。特别是大规模集成电路技术以及计算机技术的飞速发展，使直流电动机调速系统的精度、动态性能、可靠性有了更大的提高。电力电子技术中IGBT等大功率器件的发展正在取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统。现如今电动机调速技术已经非常成熟，但是在速度调节的细腻度和平滑度方面还有很大的提升空间，还需要在这方面继续深入研究以达到更高的水平。

1.3 设计要求及方案

本次设计要求输出的脉冲的占空比调节范围为0%~90%，采用的方案是通过555芯片以及一些外部元件组成占空比可调的多谐振荡器，输出可调节的脉冲信号，接到L298电机驱动芯片，然后驱动直流电机，电机的转向由单刀双掷开关接高低电平控制，要求电机转速由零调到较快速度，速度变化缓慢均匀，电机的转速和转向均要求开环控制。

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第2章 预备知识

2.1 555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS

或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如图2-1所示，引脚排列图如图2-2所示。

图2-1 555芯片内部结构图

图2-2 555芯片引脚排列图