而且系统非常不灵活调试困难，阻碍了 直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使许多 控制动能及算法可以采用软件技术来完成，不但为直流电动机的控制提供了更大的灵 活性，而且使系统能达到了更高的性能，从而大大节约了人力资源，降低了系统成本， 有效地提高了工作效率。 关键词单片机直流电机转速控制 目录 前言 方案设计 设计要求 工程方案 电路设计 直流电机结构 直流电机的工作原理 直流电机调速原理 电机驱动模块的电路设计 实验平台 运行环境 开发工具 程序设计 程序流程设计 程序详细设计 系统仿真 总结与体会 参考文献资料 附录 前言 随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率编语言 程序设计 程序流程设计 本设计的程序分为两个部分，中断程序部分和显示程序部分。其流程图见下 图中断流程图 中断 加速操作， 减速操作， 正转操作， 反转操作， 停止操作， 课程设计论文任务书 年级专业电子信息工程学生姓名学号 题目名称直流电机控制器的设计设计时间 课程名称综合电子设计课程编号设计地点实验楼 课程设计论文目的 本课程设计个直流电机控制装置，可以实现对直流电机的启动停止以及电机的正转 和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的通过液晶显示器读出电机的转向和转 速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制，实现其是在化工领域的广泛应用。 二已知技术参数和条件 具备的条件 具有电子设计平台 具有单片机硬件实验平台 可供参考的资料较全 控制对象 微型直流电机，功率为。 三任务和写课程设计报告 六教研室审批意见 教研室主任签字年月日 七主管教学主任意见 主管主任签字年月日 八备注 指导教师签字学生签字 课程设计论文评阅表 学生姓名学号 系信息工程系专业班级 题目名称直流电机控制器的设计课程名称综合电子设计 学生自我总结 学生签名年月日 二指导教师评定 评分项目综合成绩 权重 单项成绩 指导教师评语 指导教师签名年月日 注本表是学生课程设计论文成绩评定的依据，装订在设计说明书或论文的任务书页后面 表中的评分项目及权重根据各系的考核细则和评分标准确定。 摘要 介绍种单片机如型在直流电动机转速控制系统中的应用实现方 法以及硬件结构等。直流电动机转速控制系统采用了元器件测量电动机的转速，用此 种单片机对直流电动机的转速进行了控制，用液晶显示实现输出模拟电压值来控 制直流电动机的转速。由于直流电动机具有良好的起动制动性能，适宜在大范围内 平滑调速，因此在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统中得到了广泛的应求 功能要求 具有正反转停止功能，速度要求在线可调 设计要求 以单片机为控制核心，实现硬件电路的设计程序设计，并在平台实现仿真 课程设计论文内容正确，结构合理。 注此表由指导教师填写，经系教研室审批，指导教师学生签字后生效 此表式份，学生指导教师教研室各份。 四参考资料和现有基础条件包括实验室主要仪器设备等 现有的理论基础 系统学习了模拟电子技术数字电子技术电路单片机原理与应用语言程序 设计等电子信息专业相关课程，具备了设计该课题的理论基础。 具备课题开发的实验条件 硬件方面个人计算机单片机实验箱单片机学习装置调试及制作工具。 软件方面仿真软件，软件相关软件。 五进度安排 组织开会，明确课题，下达课题任务书，宣布课程设计的要求和具体的措施。 至调研查找资料。 方案设计 至电路设计 至程序设计及电路仿真 仿真结果验收 至反电动势电磁转矩的正方向与转速的方向 相同，是拖动转矩轴上的机械负载转矩及空载转矩均与相反，是制动转 矩。 图直流电机的数学模型 根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 „„„„„„„„„„„„„„„式 式中，为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和 是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为 „„„„„„„„„„„„„„„„式 图直流电机工作 说明 „„„„„„电压 „„„电枢电动势 „„„„„„„转速 „„„„„„电枢电流 „„„电枢回路电阻 „„„外在电枢电阻 ，„„„负载转矩 „„„„空载转矩 „„„„„„磁通量 式中，为电动势常数，是磁通量。 由式和式得 „„„„„„„„„„„„„„„„„式 由式 直流电机驱动芯片 直流电机 由图看出转速与占空比并不是完全速的线性关系图中实线，原因是电枢 本身有电阻，不过般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。 由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机 调速原理。 电机驱动模块的电路设计 根据直流电机的工作原理，选用芯片来构成的基本电路结构。从 选取元器件，放置元器件放置电源和地连线，我们参此设计的直流电 机驱动模块电路如图所示。 图直流电机驱动电路 实验平台 运行环境 系统 编译环境 仿真环境 开发工具 可以看出，对于个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定 时，它的转速由回在电枢两端的电压决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电 枢电压降低到时，电机就停止转动改变电枢电压的极性，电机就反转。 电机调速原理 对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为所示的脉动电流压要求脉 动电压的周期远小于电机的惯性常数，可以看出，在不变的情况下，改变 和宽度，得到的电压将发生变化，下面对这变化进步推导。 图施加在电枢两端的脉动电压 设电机接全电压时，其转速最大为。若施加到电枢两端的脉动电压占 空比为，则电枢的平均电压为 平„„„„„„„„„„„„„„„„„式 由式得到 在假设电枢内阻转小的情况下式中，是常数。 图为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。 图占空比与电机转速的关系 最大值 平均值 最小值 图调速原理图 称已成为 直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高低速运行稳定动态性能良 好效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现。 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。 方案设计 设计要求 本课程设计个直流电机控制装置，可以实现对直流电机的启动停止以及电机 的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的通过液晶显示器读出电 机的转向和转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制，实现其是在化工领域的 广泛应用。 工程方案 直流电机控制系统的主要功能包括直流电机的加速减速以及电机的正转 和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便 的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零启动置数暂停 连续功能。该直流机系统由以下电路模块组成 振荡器和时钟电路这部分电路主要由单片机和些电容晶振组成。 设计输入部分这模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。 设计控制部分主要由单片机的外部中断扩展电路组成。 设计显示部分包括液晶显示部分和数码显示部分。液晶显示部分由 液晶显示模块组成数码显示部分由七段数码显示管组成。 直流电机控制实现部分主要由些二极管电机和直流电机驱 动模块组成，如图所示。 电路设计 直流电机结构 直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极电磁式直流电机磁极由 绕在定子上的磁绕提供，其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢 绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图所示。 的受方向也 将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。 图直流电动机电路模型 直流电机调速原理 直流电机转速 直流电机的数学模型可用图表示，由图可见电机的电枢电动势的正方向 与电枢电流的方向相反由运算放大器非线性集成电路以及少量的数字电路组成， 控制系统的硬件部分非常复杂，功能单，而且系统非常不灵活调试困难，阻碍了 直流电动机