基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计

畢業設計（論文）題目：利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計班級：XX姓名：XZ指導教師：XX說明：8051畢業設計任務書7 (3)一、設計題目 (3)第1章緒論 (5)1.1利用單片機控制的直流電機轉速系統設計目的和意義 (5)1.1.1選題的目的和意義 (5)1.1.2國內外研究現狀簡述： (5)1.1.3畢業設計（論文）所採用的研究方法和手段： (5)1.2利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計設計專案發展 (6)1.3利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計原理 (6)第2章系統硬體電路的設計 (8)2.1 系統總體設計框圖及單片機系統的設計 (9)2.1．1 系統總體設計框圖 (9)2.1.2 8051單片機簡介 (9)2.1.3 單片機系統中所用其他晶片簡介 (11)2.1.4 8051單片機擴展電路及分析 (15)2.2 PWM信號發生電路設計 (17)2.2.1 PWM的基本原理 (17)2.2.2 PWM信號發生電路設計 (18)2.2.3 PWM發生電路主要晶片的工作原理 (19)2.3 功率放大驅動電路設計 (22)2.3.1 晶片IR2110性能及特點 (22)2.3.2 IR2110的引腳圖以及功能 (23)2.4 主電路設計 (25)2.4.1 延時保護電路 (25)2.4.2 主電路 (25)2.4.3 輸出電壓波形 (28)2.5 測速發電機 (28)2.6 濾波電路 (29)2.7 A/D轉換 (29)1.7.1 晶片ADC0809介紹 (29)2.7.2 ADC0809的引腳及其功能 (29)第3章.直流調速系統 (30)3.1 直流調速系統概述 (31)3.2單閉環直流調速系統 (31)3.3開環系統機械特性和閉環系統靜特性的比較 (33)第4章利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計 (35)4.1系統軟體部分的設計 (35)4.1.1 PI 轉速調節器原理圖及參數計算 (35)4.2 控制電路設計 (36)4.2.1 單片機資源分配 (36)4.2.2 程式流程圖 (40)第5章結論 (41)致謝 (42)參考文獻 (43)畢業設計任務書7一、設計題目利用單片機控制的直流電機轉速系統的設計二、設計要求設計一個用單片機實現對直流電機轉速控制系統。

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。

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。

畢業設計(論文)基於單片機實現直流電機PWM調速系統系別：電氣與資訊工程系專業班級：電氣自動化06—32（1）班指導教師：董曉紅老師完成日期：2009年6月12日一、題目：基於單片機實現直流電機PWM調速系統二、指導思想和目的：通過畢業設計，培養學生綜合運用所學的知識和技能解決問題的本領，鞏固和加深對所學知識的理解；培養學生調查研究的習慣和工作能力；培養學生建立正確的設計和科學研究的思想，樹立實事求是、嚴肅認真的科學工作態度。

三、設計任務或主要技術指標：利用MCS-51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調速的方法。

採用了專門的晶片組成了PWM信號的發生系統，然後通過放大來驅動電機。

利用直流測速發電機測得電機速度，經過濾波電路得到直流電壓信號，把電壓信號輸入給A/D轉換晶片最後回饋給單片機，在內部進行PI運算，輸出控制量完成閉環控制，實現電機的調速控制。

四、設計進度與要求：1）：佈置設計任務，深入瞭解設計內容，搜集參考資料，學習有關內容。

2）：學習學校畢業設計的的實際情況，和格式要求。

3）：設計網路拓撲結構以及構思設計的基本思路和設計過程。

4）：根據根據設計要求和構思思路查找設計內容。

5）：根據要求和設計的基本方案對設計要求的材料進行預算。

6）：完善設計方案並繪製必須的圖紙草圖，編寫設計說明書。

7）：對圖紙進行校正和測繪，畫合格的正式圖紙。

8）：總結，熟悉設計內容，準備畢業答辯，完成答辯。

五、主要參考書及參考資料：[1] 王離九，黃錦恩編著，電晶體脈衝直流調速系統，華中理工大學出版社出版[2] 丁元傑主編,上海市教育委員會組編,單片微機原理及應用，機械工業出版社[3] 李榮生主編，電氣傳動控制系統設計指導，機械工業出版社[4] 吳守箴，臧英傑編著，電氣傳動的脈寬調製控制技術，機械工業出版社[5] 陳伯時主編,自動控制系統---電力拖動控制,中央廣播電視大學出版社專業班級：電氣自動化06—32（1）班學生：景天紅指導教師：董曉紅老師教研室主任（簽名）：系（部）主任（簽名）：年月日新疆工業高等專科學校畢業設計（論文）評定意見書設計（論文）題目：基於單片機實現直流電機PWM調速系統專題：基於單片機實現直流電機PWM調速系統設計者：姓名景天紅專業電氣自動化班級06—32（1）班設計時間：2009年4月20日—2009年6月12日指導教師：姓名職稱單位評閱人：姓名職稱單位評定意見：評定成績：指導教師（簽名）：年月日評閱人（簽名）：年月日答辯委員會主任（簽名）：年月日（上頁背面）畢業設計評定意見參考提綱1.學生完成的工作量與內容是否符合任務書的要求。

基于51单片机的PWM直流电机调速在现代社会，PWM直流电机已经成为各类机械设备不可或缺的动力源。

为了更好地控制电机的转速和输出功率，我们需要进行PWM调速操作。

本文将简要介绍如何基于51单片机实现PWM直流电机的调速。

一、PWM调速原理PWM调速是一种通过改变电机供电电压的占空比来调整电机转速和功率的方法。

当一个周期内高电平所占的时间比较短时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应减小，电机的速度和功率也随之降低。

反之，当高电平所占的时间比较长时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应增大，电机的速度和功率也随之提高。

因此，通过改变PWM信号的高电平占空比，可以实现直流电机的调速、调功等功能，极大地提高了电机的效率和可控性。

二、硬件电路搭建根据上述PWM调速原理，我们需要搭建一个控制板，将51单片机的PWM输出与直流电机相连。

具体电路如下：1、选择合适的电源供电，一般为12V/24V直流电源。

2、使用L298N模块作为直流电机驱动模块，将模块的电源接到电源供电上，将模块的IN1和IN2引脚分别接到51单片机的P1^0和P1^1引脚上，将直流电机的正负极分别接到模块的OUT1和OUT2引脚上。

3、将51单片机的P1^2引脚连接到一个脉冲宽度计波形滤波器（LCF）的输入端，并将输出端接到L298N模块的ENA引脚上。

4、调整脉冲宽度计波形滤波器的参数，以达到合理的PWM输出波形。

5、建立一个按键，将按键的一端接到51单片机的P3^2引脚上，将另一端接到单片机的地端。

6、根据需要进行其他接线。

三、软件程序设计根据上述硬件电路，我们需要进行相应的软件程序设计，以实现基于51单片机的PWM 直流电机调速。

以下是程序设计的主要步骤：1、在程序中定义需要使用的IO口。

2、调用定时器初始化程序，设置定时器的时钟频率、计数器值和工作方式等参数。

3、编写一个PWM输出函数，实现对PWM信号的输出。

4、编写一个ADC采样函数，读取ADC转换器的值，并根据采样值输出一定的PWM信号。

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 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)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；PWM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。

1.1 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。

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51单片机的大功率直流有刷电机的PWM调速控制本人最近一直想用51 单片机来设计制作一个大功率直流有刷电机PWM 调速控制器。

由于平时工作忙，没时间。

所以，这个东东花了我很长时间。

每天晚上下了班，回家就弄，一直搞到十一二点钟才休息。

期间，也花了我不少钱，也失败了N 次。

终于，功夫不负有心人，我终于成功了，哈哈~~。

由于这个是大功率的直流有刷电机PWM 调速控制器，所以就不能用晶体管来驱动了，必须用MOS 管来驱动。

MOS 管不仅驱动能力强，而且效率高。

为了提高系统的稳定性，可靠性，适用范围广等特点，本系统，采用双电源供电。

控制电路一组电源，电压分别为5V 和15V。

功率输出部分一组电源，以适应不同电压的电动机。

至于功率，可以根据实际情况，通过并联MOS 管来决绝，但同时也要修改下驱动电路的相关参数，否则就很有可能炸MOS 管！另外，本人也考虑过在单片机的PWM 脉冲输出端与驱动电路之间，通过光耦来连接，实现光电隔离，提高系统的稳定性。

但后来又担心光耦的频率响应速率，可能会给驱动电路带来信号的衰减或者错误的信号等因素，造成降低系统的效率或者损坏MOS 管。

也许是我多虑了吧。

呵呵，不过我看到网上好多资料都是用的光电隔离。

目前，这个版本的调速控制器，共4 路PWM 脉冲输出，分别提供给：上，下MOS 管驱动电路正转信号。

上，下MOS 管驱动电路反转信号。

待机状态下一个红色的LED 灯闪烁，电机运行的各种状态指示，可以低速，中速，高速三个档运行。

并可以实现刹车和倒车功能。

这个目前可以达到至少100W 不成问题。

我现在采用的是一个12V 80W 的直流有刷电机。

低速运行时的电压为：3.7V，中速时：6.5V，高速时：10.5V。

目前这个东东只是实现了最基本的控制功能。

还不具有其它功能，如，电机过流保护，欠压保护（用蓄电池做电源时，。