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摘要
本文是对直流电机PWM控制器设计的研究，主要实现对电机的控制。本设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
关键词：AT89C51单片机；PWM调速；正反转控制。
Abstract
This article is a DC motor PWM speed control design study, the main achievement of motor control. This course is primarily designed to achieve PWM speed controller for forward and reverse, acceleration, deceleration, and stop such an operation. And to achieve the circuit simulation. To achieve system, microcomputer control, in the design, using AT89C51 microcontroller control system as a whole, the core of the control circuit, accompanied by a variety of shows, drive module enables the motor speed parameter display and measurement; from the command input module, Optical isolation module and H-drive module. With the stand-alone keyboard with a break as a command input, single-chip in the process control, continuing to the optical isolation circuit to send PWM waveform, H-type motor driving circuit to complete positive inversion control. In the design, using PWM speed mode, by changing the PWM duty cycle to change the motor armature voltage, so as to realize the speed of the motor. Design of the control system hardware structure with a large number of integrated circuit modules, greatly simplifying the hardware circuitry to improve stability and reliability of the system so that the whole system performance is improved.
Key words: AT89C51 microcontroller; PWM speed; positive inversion control.
摘要 ............................................................................................................................... 1 ABSTRACT .................................................................................................................. 2 第1章概述 ................................................................................................................... 5 1.1题目背景和意义 ..................................................................................................... 5 1.2题目国内外研究现状 ............................................................................................. 6 1.3PWM控制技术简述 ................................................................................................ 9 1.4完成目标 ............................................................................................................... 10 第2章系统论述 ......................................................................................................... 11 2.1设计思路 ............................................................................................................... 11 2.2基本原理 ............................................................................................................... 11 2.3 AT89C2051单片机介绍 ....................................................................................... 12 2.3.1 51单片机简介 ................................................................................................ 15 2.3.2功能 .................................................................................... 错误！未定义书签。 2.4总体设计框图 ....................................................................................................... 15 第3章直流电机单元电路设计与分析 ..................................................................... 17 3.1设计思路 ............................................................................................................... 19 3.2 方案论证与比较 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.3直流电机驱动模块 ............................................................................................... 22 3.3.1 直流电机类型 ................................................................................................. 27 3.3.2 直流电机结构 ................................................................................................. 27 3.3.3 直流电机工作原理 ......................................................................................... 28 3.3.4 直流电机主要技术参数 ............................................................................... 28 3.3.5 直流电机PWM调速原理 .............................................................................. 29 3.3.6 电机驱动模块的电路设计 ............................................................................. 31
3.3.7 程序设计流程图 ............................................................... 错误！未定义书签。 3.4 直流电机的中断键盘控制模块 .......................................... 错误！未定义书签。 3.4.1 外部中断设置 ................................................................................................... 37 3.4.2 外部中断扩展方法 ....................................................... 错误！未定义书签。 3.5 1602LCD液晶显示模块 ...................................................... 错误！未定义书签。 3.5.1 引脚分布和接口信号说明 ............................................. 错误！未定义书签。 3.5.2 LCD液晶电路 .............................................................. 错误！未定义书签。 3.6霍尔元件测速电路 ............................................................................................... 34 第4章直流电机PWM控制系统的实现 .................................. 错误！未定义书签。 4.1 总电路图 ............................................................................................................ 35 4.2 总电路功能介绍 ................................................................ 错误！未定义书签。 结束语 ......................................................................................................................... 41 致谢 ............................................................................................................................. 42 参考文献 ..................................................................................................................... 43
1概述
1.1题目背景和意义
在现代工业和生活中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用，大到机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，小到机器人和一些生活家用电器，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。长期以来，自动调速电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。
以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器，因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。
电气传动技术以电动机控制为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电机种类的不同分为直流电机传动、交流电机传动、步进电机传动、伺服电机传动等等。众所周知，与交流调速系统相比，由于直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动占统治地位。在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术广泛应用与国民经济的各个领域。
三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性以及