小功率直流电机调速系统设计说明

1、 . . . 分类号：TM301UDC：D10621-408-(2012) 2164-0密 级：公 开编 号：200807143信息工程学院学位论文小功率直流电机调速系统设计 / 小功率直流电机调速系统设计摘要本设计就是基于PWM信号对直流电机进行调速控制，以MC9S12XS128单片机为系统控制的核心，以驱动芯片BTS7960组成电机的驱动模块，并实时的测量电机的实际速度，并把该速度信息在LCD1602上显示，组成了一个小型的闭环的小功率直流电机调速的系统。为了实现电机调速的稳定和快速，PWM控制方式配合BTS7960电机驱动芯片对小功率直流电机进行驱动和调速是较好的调速系统解决方案。其中BTS7960部集成两路H桥式驱动电路。本系统中利用XS128单片机控制其产生的PWM信号占空比大小，和采用光电码盘采集的电机转速信号来进行调速。在LCD1602液晶上显示当前转速和设置的转速，将当前转速作为反馈信号与设置转速比较，以确定MC9S12XS128单片机给加速信号还是减速信号，直到两者的速度相等后保持这个速度稳定运行。在本设计中编写了XS128调速程序、键盘输入程序、测速程序；编写了C5

2、1的键盘输入程序、LCD1602显示程序。经测试，系统调速效果良好，测速比较精确，能够快速的使电机的转速以设定的速度转动。本设计用的元器件比较少，结构简单，维护方便，便于应用到实际工业生产中。关键词：单片机；PWM；闭环调速系统；液晶显示The Design Of Low-Power DC Motor Speed Control System AbstractThis paper introduces thedesign of DC motor speed control, which based on the PWM signal.The core of the control system is MC9S12XS128microcontroller which can drive module that is made of BTS7960 driver chips. The system measures the actual speed of the motor at any time and shows the speed information on the LCD1602

3、. The system is a small, low-power DC motor speed control. In order to make the motor speed stable, the PWM control with the BTS7960 driver chips is a good solution to drive the motor and speed control. The BTS7960 includes the two H-bridge driver circuit. In this system the size of the PWM signal which is controlled by the XS128 microcontroller and the motor speed signal which is acquired from optical encoder controls the speed of motor. LCD1602 displays the current speed and set speed. The sys

4、tem counts the current speed as the feedback signal. The feedback signal is compared to the preset speed, which determines the signal of MC9S12XS128 microcontroller. The signal of XS128 microcontroller is not stop until that the actual speed and the preset speed are same. This system includes XS128 speed control program, the keyboard input program, velocity program; the C51 keyboard input program, the LCD1602 display program. After testing, the system controls the speed of motor well. The measur

5、ing speed is more accurate. The system is able to make the motor speed stably rotate in the preset speed. The components which used are not many. The design has a simple structure. The system maintains easily, which is easy to apply it to the actual industrial production.Keywords: Microcontroller; PWM; Closed-loop speed control; LCD目 录论文总页数：48页1 引言11.1课题背景与意义11.2本课题研究方法和目标11.2.1 硬件部分11.2.2 软件部分11.3主要技术介绍22 方案研究与主要芯片选择22.1 总体方案原理与设计框图22.2 主控芯片的选择与论证32.3 显示设备的选择与论证42.4 驱动模块选择63 硬件电路设计73.1 单片机控制模块单

6、元电路设计73.1.1XS128单片机73.1.2 C51单片机133.2 驱动控制电路设计133.3 测速电路设计143.4 液晶显示电路设计143.5 电源电路的设计163.6 按键输入电路的设计163.7电路总设计174软件设计194.1软件设计的总体流程图194.2各个模块的程序设计204.2.1 XS128工作的程序设计204.2.2 按键模块的程序设计234.2.3 显示模块的程序设计244.2.4 调速模块的程序设计255软硬件调试模块265.1 C51单片机模块程序的调试265.1.1单片机程序的调试265.1.2单片机程序的下载275.2 XS128单片机程序的调试和仿真275.2.1 XS128程序的调试275.2软硬件连调中遇到的问题与解决方法285.3 小功率电机调速系统的使用方法295.4 调速中的误差的分析305.5 方案改进32结论32参考文献34致35声明37附录381 引言1.1课题背景与意义在现代的工业生产与应用中，电动机发挥着越来越重要的作用，由电动机和生产机械组成的系统称为电力拖动系统，电动机是其重要的组成器件，电动机的作用是将电能转换为机械能，

7、为生产机械提供动力，是生产机械的原动力，是生产机械的原动机，为生产提供了动力1。直流电机传动效率高、运行经济、操作简便，因而得到了越来越广泛的应用，特别是在现在的工业企业中，几乎所有的生产机械都是由电动机来拖动的，例如各种机床、各种生产线、风机、水泵，等等。可以毫不夸的说，没有电动机、没有直流电机，就没有现代工业。这样，电动机在我国国民经济中得重要作用就不言而喻了，所以说电动机在的日常的生活中是必不可少的。所以设计中非常有必要研究一下直流电机。电动机是主要的动力设备，直流电动机就是将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换为直流电能（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，由于在需要用到变速的场合有很多的应用，所以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。这就使研究直流电机的转速变的非常有意义，对日常的生活也有很大的帮助2。1.2本课题研究方法和目标1.2.1 硬件部分1、首先确定电

8、机驱动的电路，以与控制驱动电路的方式。2、要使其驱动电路工作，则需要给驱动电路信号，也就是PWM控制信号，这个信号就得要XS128单片机产生。这就是要设计一下XS128核心控制模块，还有按键输入预置转速的模块。3、电机转动以后需要测量其速度，这时要用到测速的模块来测量其速度，实际转速来作为反馈信号进行比较，使XS128单片机调节占空比，控制电机转速的快慢。4、测速以后，本设计需要用到显示模块来进行显示预设转速和实际转速。1.2.2 软件部分1、 键盘输入预设转速程序，通过按键来给单片机的预设转速。一边给XS128单片机，一边给51单片机。2、XS128单片机产生PWM信号的程序，这个占空比大小是可调的，设计为键盘输入预设转速与当前转速相比较由软件自动调节，然后产生要求的触发信号去控制电机按照设计中要求的转速工作。3、C51单片机控制LCD1602显示的程序，显示预置转速和实际的转速。本设计将实现直流电机的闭环调速，转速预置，速度显示，速度测量等基本功能。1.3主要技术介绍本设计核心技术是脉宽调制（Pulse Width Modulation）控制技术，该技术通常简称为PWM控制技术。P

9、WM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。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，并且根据需要改变一个周期“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”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。研究PWM是非常有实际意义的。脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码3。2 方案研究与主要芯片选择2.1总体方案原理与设计框图本设计是基于MC9S12XS128单片机为核心处理芯片来控制整个系统进行运行，还用到了STC89C51单片机为辅助显示模块。系统框图如图2.1所示。MC9S12XS128电源 键盘输入 测速驱动设备显示装置调速图2.1控制系统框图如图2.1所示本方案采取MC9S12XS128为核心控制的芯片来作为控制系统的核心，键盘输入转速，来使控制中

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