毕业设计：基于单片机的直流电机调速系统

XXXX 学 院

本科毕业论文（设计）

题 目 院 系 专 业 姓 名 XXXXX 学 号 学习年限 XXXX年 9月至 2XXX年 6月 指导教师 职称 申请学位

20XX年 XX月XX 日

摘 要

本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。

关键词： PWM信号，测速发电机，PI运算

1

ABSTRACT：This paper mainly studied the use of MCS - 51 series microcontroller

control PWM signal to control dc motor speed so as to realize the method. Article USES a special chip is made up of a PWM signal generation system, and in this paper, the principle of the PWM signal generation method and how to through the software programming of the PWM signal duty cycle to regulate, to control the input signal waveform, etc are explained in detail. In addition, this article adopts the chip IR2110 as is a dc motor speed power amplifier circuit of the drive module, and it is combined with a time delay circuit to complete the control of dc motor in main circuit. In addition, this system used the tachogenerator for dc motor speed measurement, after filter circuit, the measured value to the A/D converter, and ultimately feedback as input to the MCU PI arithmetic, so as to realize the control of the dc motor speed. In terms of software, the article introduces in detail PI algorithm, initialization program, etc. Writing ideas and specific program implementation.

KEYWORDS：PWM signal, tachometer generator, PI arithmetic

2

目录

1. 引言 ........................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 开发背景........................................................................ 错误！未定义书签。 1.2 选题的目的和意义........................................................ 错误！未定义书签。 1.3 研究方法........................................................................ 错误！未定义书签。 2. 总体设计概述 ............................................................................................ 1 2.1 总体硬件电路设计.......................................................................................... 1

2.1.1系统总体设计框图................................................................................. 1 2.1.2 8051单片机简介.................................................................................... 2 2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型......................................................... 3 2.2 PWM信号发生电路设计 ............................................................................... 5

2.2.1 PWM的基本原理 .................................................................................. 5 2.2.2 PWM信号发生电路设计 ...................................................................... 6 2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 .................................................. 7 2.3 功率放大驱动电路设计.................................................................................. 8

2.3.1芯片IR2110性能及特点 ....................................................................... 8 2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 .................................................................... 8 2.4 主电路设计...................................................................................................... 9

2.4.1 延时保护电路........................................................................................ 9 2.4.2 主电路.................................................................................................... 9 2.4.3 输出电压波形...................................................................................... 10 2.4.4系统总体电路图................................................................................... 11 2.5 测速发电机.................................................................................................... 12 2.6 滤波电路........................................................................................................ 12 2.7 A/D转换 ........................................................................................................ 12

2.7.1芯片选型............................................................................................... 12 2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 ................................................................. 13

3. 系统软件部分的设计 ............................................................................... 13 3.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 .............................................................. 13 3.2 系统中的部分程序设计................................................................................ 14

3.2.1主程序设计........................................................................................... 14 3.2.2 PI控制算法子程序设计 ...................................................................... 16

4. 系统调试 ................................................................................................ 17 4.1软件调试......................................................................................................... 17 4.2系统仿真......................................................................................................... 17 结论 ............................................................................................................ 21 致谢 ................................................................................ 错误！未定义书签。 参考文献 ......................................................................... 错误！未定义书签。 附录 ............................................................................................................ 18

3

1. 总体设计概述

单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内―接通‖和―断开‖时间的长短。通过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―开关驱动装臵‖。本系统以89C51单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。

系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以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为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。 1.1总体硬件电路设计 1.1.1系统总体设计框图

本系统采用89C51控制输出数据，由PWM信号发生电路产生PWM信号，送到直流电机，直流电机通过测速电路，滤波电路，和A/D转换电路交数据重新送回单片机，进行PI运算，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。

主控芯PWM信号的产生与放大 片 直流电机 A/D 转换 滤波 电路 测速 发电机 图2-1系统总体设计图

1