基于51系列单片机的直流电机PWM调速系统设计

课 程 设 计

设计题目：基于51系列单片机的直流电机PWM调

速系统设计

学 院：机电工程学院 专 业：机械工程及自动化 班 级：机自07级01班 姓 名：强艳梅 学 号：20702010135 指导老师：张敏

完成时间：2011年1月11日

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目 录

1 直流电动机调速概述 ......................................................................................... 3

1.1直流电机调速原理........................................................................................... 3 1.2直流调速系统实现方式................................................................................... 4 1.3 89C51单片机................................................................................................... 5

2 硬件电路设计 ....................................................................................................... 5

2.1 PWM波形的程序实现...................................................................................... 5 2.2直流电动机驱动.............................................................................................. 6 2.3续流电路设计.................................................................................................. 6

3 软件设计 ................................................................................................................ 7

3.1主程序设计...................................................................................................... 7 3.2 数码显数设计................................................................................................. 8 3.3 功能程序设计................................................................................................. 9 3.4仿真图............................................................................................................ 12 3.5 仿真结果分析............................................................................................... 13

心得体会 ...................................................................................................................14 参考文献 ...................................................................................................................15

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1 直流电动机调速概述 1.1直流电机调速原理

直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： n=U/Cc?-TR内/CrCc? 其中：U—电压；R内—励磁绕组本身的电阻；?—每极磁通(Wb)；Cc—电势常数；Cr—转矩常量。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，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。

图1-1 直流电机的工作原理图

电枢控制是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，以控制电机的转速。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。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”。

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图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图

根据上图，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为：VD=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以得 到不同的电机速度，从而达到调速的目的。

1.2直流调速系统实现方式

PWM为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法： A、定宽调频法：保持t1不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）B、调宽调频法：保持t不变，只改变t1，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1和t。（图1-2）

前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与 系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空 比从而改变直流电动机电枢两端电压。

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