微机应用课程设计报告
题 目: 基于单片机的直流电动机控制器设计
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摘要
电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产、国防、医疗卫生、交通运输和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品中，都大量使用着各种各样的电动机。电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。本设计实现了对电动机的简单控制，也就是指对电动机进行启动、制动和正反转控制。 电平，而PC机配置的是RS232标准串行接口，两者的电气规范不一致，因此要完成单片机与PC机的数据通信，必须对单片机输出的TTL电平进行电平转换。采用的转换电平芯片为MAX232。设计中采用STC89C52微处理器及其RS232通信接口、键盘、12864液晶显示器等外围电路，构成一台直流电机开环在线控制系统。
设计中采用PWM调制技术，实现对直流电机速度的调制，并通过串口实现上位机的在线控制。系统实现了在线调速、正转、反转、加速、减速、停止等多种功能，并能实时显示、键盘设置等，具有一定的实际应用价值。
关键词：单片机 电平转换 直流电机 在线控制 PWM调试
1.设计思路 .................................................................................................................... II 2.机控制直流电机部分的硬件设计 ........................................................................... IV 2.2.1直流电机组成原理 ............................................................................................. IV 2.2.2直流电机调速方案的设计 .................................................................................. V 2.2.3直流电机测速方案的设计 ................................................................................. VI 2.2.4 PWM产生与控制部分方案的设计 .................................................................. VII 2.2.5 LCD显示部分方案的设计 ................................................................................. VII 3 各硬件部分的连接与接口 ..................................................................................... VII 3.1 单片机与直流电机接口部分 .............................................................................. VII 3.2单片机与LCD显示模块通信接口部分 ................................................................ IX 3.3各部分硬件结合原理及构造 ................................................................................ IX 4 软件程序设计 .......................................................................................................... XI 4.1系统各部分软件设计的思路 .............................................................................. XIII 5课设总结 .................................................................................................................. XV 附录Ⅰ ........................................................................................................................ XVI
1.设计思路
直流电机调速性能好,可靠性高,机械特性强,在自动控制中的应用极为广泛。直流电机的调速系统多种多样,但系统复杂,控制精度和成品价格难以兼顾。本文使用价格低廉、应用广泛的MCS - 51 系列单片机为控制芯片,以PI 调节控制算法为基础,完成对直流电机转速的调节,达到了控制性能好,成本低的目的。本文重点阐述了该系统的基本工作原理、所采用的相关技术等，进而交代了电机转速测量控制的实现方法。
根据本次课程设计的具体要求为，使用LCD显示出直流电机的转速，我们由题目可以分析出，这个题目实际是由多个部分组成的。
既第一个部分应该为，用单片机控制直流电机的转速，并且系统应提供直流电机驱动、测速电路，使用单片机驱动直流电机，测量直流电机的转速，控制直流电机稳定运行在一个范围内。
其二，可以分析出第二个部分应该为，使用LCD显示系统显示出直流电机的具体转速，并且单片机控制的电机实际转速与液晶显示器显示出的转速应该时时对应。
其三，这个硬件系统的隐含意义是，本系统应该具有数模和模数转换的部分，因为这个模数转换部分在这个系统中是不可缺少的，单片机控制的直流电机转速，在实际中无论是对电机控制的信号，还是电机输出的信号都应该是数字信号，因为只有数字信号才能被单片机所识别，而最重要的是，单片机控制的直流电机输出的转速的信号只有是数字信号时才能被液晶显示LCD模块所识别，并最终准确的显示出直流电机的转速。
设计原理方框图如图2-2 所示, 以AT89C51单片机为控制核心,包括测速电路、PWM波形发生器和PWM功放电路以及LCD显示部分。
图2-2硬件方框设计原理图
2.机控制直流电机部分的硬件设计 2.2.1直流电机组成原理
直流电动机结构由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。直流电动机的结构是由直流电源、直流电机、控制开关和调速器组成。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定其工作原理不外乎就是用直流电源作为能量来驱动电机旋转。通过对三极管的截止与导通进行控制，使其起到开、关和调速的作用。具体的操作为当直流电动机接上直