基于ATC直流电机PWM调速专业系统设计.doc

目 录第一章 绪 论31.概述31.1 直流电机特点及应用和控制前景31.2 直流调速发展42.直流电动机原理52.1 直流电机基础工作原理52.2 直流电机电器特征6第二章 直流电机控制方案设计72.1 直流电动机调速方法72.1.1 PWM调速设计112.1.2 直流电机控制结构图12第三章 直流电机调速硬件设计133.1 最小系统设计133.11 AT89C51介绍133.12 系统时钟设计173.1.3 系统复位方法173.2 电源电路设计183.2.1 芯片介绍183.2.2 电源电路图1933 显示电路设计193.3.1 78LS48芯片介绍193.3.2 显示电路图203.4 键盘电设计203.5 驱动电路设计213.5.1 L298N芯片介绍213.5.4 驱动电路21第四章 直流电机转速控制程序设计224.1 主程序步骤图224.2 键盘扫描步骤图234.3 中止程序步骤图24第五章 结论和展望245.1 结论245.2 展望25致谢25参考文件26英文摘要26附录(主程序及原理图)27基于AT89C51直流电动机PWM调速系统设计摘要 ：文章设计了以单片机AT89C51和L298N控制直流电机脉宽调制（PWM）调速系统。关键介绍了用单片机软件实现PWM调整电机转速基础方法，给出了程序步骤图、Keic51程序。硬件电路实现了对电机正转、反转、急停、加速、减速控制和PWM占空比在四位LED上实时显示。关键字：单片机，调速，直流电动机， PWM控制第一章 绪 论1.概述1.1 直流电机特点及应用和控制前景电机是把电能转换成机械能装置。电机种类繁多，假如按电源类型分，可分为直流电机和交流电机两大类。常见直流电机包含有刷电机、无刷电机、步进电机等。直流有刷电机是全部电机基础，它含有开启快、制动立即、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。一向是自动控制系统关键实施元件，在轧钢及其辅助机械、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、大型起重机、金属切削机床、造纸机、纺织机械等领域中得到了广泛应用。 换向器是直流电机关键微弱步骤,它使直流电机单机容量、过载能力、最高电压、最高转速等关键指标全部受到限制,也给直流电机制造和维护添了不少麻烦。然而，鉴于直流拖动控制系统理论和实践全部比较成熟，直流电机仍在广泛使用。所以，长久以来，在应用和完善直流拖动控制系统同时，大家一直不停在研制性能和价格全部赶得上直流系统交流拖动控制系统，多年来，在微机控制和电力电子变频装置高度发展以后，这个愿望最终有了实现可能。电动机控制技术发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、自动控制技术；尤其是微控制器技术，现代控制技术是以微控制器为关键技术，由此组成控制系统成为当今工业控制主流系统。这种系统已替换常规模拟检测、调整、显示、统计等仪器设备和很大部分操作人工职能，使受控对象动态过程按要求方法和技术运行，以完成多种控制、操作管理等任务。近几年来，这种嵌入式系统在肩同、通信、工业、仪器、等领域广泛应用，现代控制技术已深入各行业很多领域。进入90年代以来，因为计算机技术飞速发展，推进数控技术愈加快更新换代。世界上很多数控系统生产厂家利用PC机丰富软硬件资源开发开放式体系结构新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有愈加好通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。正是这些技术进步使电动机控制技术在近20年内发生了很大改变。其中，电动机控制策略模拟实现正逐步退出历史舞台，而采取微处理器、FPGA/CPLD、通用计算机、PWM控制技术等现代手段组成数字控制系统得到了快速发展。应用优异控制算法，开发全数字化智能控制运动控制系统将成为新一代控制系统设计方向。1.2 直流调速发展直流电动机调速系统最早采取恒定直流电压给直流电动机供电，经过改变电枢回路中电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特征软，不能得到较宽和平滑调速性能,所以现在极少采取。该法只适用在部分小功率且调速范围要求不大场所。20世纪30年代末期，出现了发电机-电动机(也称为旋转变流组)，配合采取磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可取得优良调速性能，如有较宽调速范围(十比一至数十比一)、较小转速改变率和调速平滑等，尤其是当电动机减速时，能够经过发电机很轻易地将电动机轴上飞轮惯量反馈给电网，这么，首先可得到平滑制动特征，其次又可降低能量损耗，提升效率。但发电机、电动机调速系统关键缺点是需要增加两台和调速电动机相当旋转电机和部分辅助励磁设备。但此方法关键缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器替换上述发电机、电动机系统，使调速性能指标又深入提升。尤其是它系统快速响应性是发电机、电动机系统不能比拟。不过汞弧变流器仍存在部分缺点:维修还是不太方便，尤其是水银蒸汽对维护人员会造成一定危害等。1957年，世界上出现了第一只晶闸管，和其它变流元件相比，品闸管含有很多独特优越性，所以晶闸管直流调速系统立即显示出强大生命力。因为它含有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采取晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提升，而且在技术性能上也显示出很大优越性。晶闸管变流装置放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(1000)高10倍;在响应快速性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。从20世纪80年代中后期起，以晶闸管整流装置替换了己往直流发电机电动机组及水银整流装置，使直流电气传动完成一次大跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术应用，使直流调速系统性能指标大幅提升，应用范围不停扩大，直流调速技术不停发展。多年来，伴随得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、自动控制技术快速发展，由晶闸管变流器供电直流电动机调速系统已替换了发电机-电动机调速系统，它调速性能也远远地超出了发电机-电动机调速系统。尤其是大规模集成电路技术和计算机技术飞速发展，使直流电动机调速系统精度、动态性能、可靠性有了更大提升。电力电子技术中IGBT等大功率器件发展正在替换晶闸管，出现了性能愈加好直流调速系统，出现了微控制器技术，现代控制技术是以微控制器为关键技术，由此组成控制系统成为当今工业控制主流系统。这种系统已替换常规模拟检测、调整、显示、统计等仪器设备和很大部分操作人工职能，使受控对象动态过程按要求方法和技术运行，以完成多种控制、操作管理等任务。这种嵌入式系统在肩同、通信、工业、仪器、等领域广泛应用。正是这些技术进步使电动机控制技术在近20年内发生了很大改变。其中，电动机控制策略模拟实现正逐步退出历史舞台，而采取微处理器、通用计算机、PWM控制技术等现代手段组成数字控制系统得到了快速发展。应用优异控制算法，开发全数字化智能控制运动控制系统将成为新一代控制系统设计方向使得直流电机调速系统研究得到了更深发展。2.直流电动机原理 2.1 直流电机基础工作原理直流电机由永久磁铁、电枢、换相器等组成。图1-1和图1-2所表示，上下是两个固定永久磁铁，上面是N极，下面是S极，磁力线从N到S。两极之间是一段可旋转导体abcd，称为电枢。电枢ab段和cd段分别接到两个互不接触半圆形金属片上，这两个金属片称为换向器。图2-1所表示，在换向器AB两端上加上一个上正下负直流电压，电流由a到b，由c到d。依据左手定则，ab段在自上而下磁力线作用下，向左移动，cd段向右移动。在这两个力作用下，abcd电枢开始逆时针旋转，因为换向器和电枢固定在一起，它也跟着转动。图1-1直流电动机工作原理（1）图1-2 直流电动机工作原理（2）当电枢转过180时图1-2所表示，cd段在上方，ab段在下方，电流由d到c，由b到a。依据左手定则，cd段在自上而下磁力线作用下，向左移动，ab段向右移动，即电枢继续往逆时针旋转方向旋转。当电枢再转过180后，变回图1-1情况，电机继续反复地转动。假如把AB两端电压方向反过来,电枢将顺时针旋转，原理同上。2.2 直流电机电器特征 图1-3为直流电机等效电路图。电源Eb给电机供电,产生电流Ia。电机在运转过程中等效于电阻Ra和反向电动势Ec串接起来。其中Ra为电枢等效电阻；Ec为电枢旋转时产生反向电动势，它和转速成正比，转速越快，反向电动势越大。图1-3 直流电机等效电路依据图1-3列出了以下公式： Eb=RaIa+Ec (1-1)上面已经说过，反向电动势和转速成正比，具体关系为： (1-2)式中是电动势常数，是气隙磁通，它们全部是电机固有常数。另外，电机电流和电机输出转矩成正比。具体关系为： (1-3)式中是电磁转矩常数，它是电机固有常数。 第二章 直流电机控制方案设计2.1 直流电动机调速方法直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机调速系统最早采取恒定直流电压给直流电动机供电，经过改变电枢回路中电阻来实现调速。这种方法简单易行、设备制造方便、价格低廉；但缺点是效率低、机械特征软，不能得到较宽和平滑调速性能。该法只适用在部分小功率且调速范围要求不大场所。30年代末期，发电机-电动机系统出现才使调速性能优异直流电动机得到广泛应用。这种控制方法可取得较宽调速范围、较小转速改变率和平滑调速性能。但此方法关键缺点是系统重量大、占地多、效率低及维修困难。多年来，伴随电力电子技术快速发展，由晶闸管变流器供电直流电动机调速系统已替换了发电机-电动机调速系统，它调速性能也远远地超出了发电机-电动机调速系统。尤其是大规模集成电路技术和计算机技术飞速发展，使直流电动机调速系统精度、动态性能、可靠性有了更大提升。电力电子技术中IGBT等大功率器件发展正在替换晶闸管，出现了性能愈加好直流调速系统。直流电动机转速n和其它参量关系可表示为: (2-1)式中 Ua电枢供电电压（V）； 电枢电流（A）； 励磁磁通（）； 电枢回路总电阻（）；电势系数，p为电磁对数，N为导体数。由式(2-1)能够看出，式中、三个参量全部能够成为变量，只要改变其中一个参量，就能够改变电动机转速，所以直流电动机有三种基础调速方法：(1)改变电枢回路总电阻；(2)改变电枢供电电压；(3)改变励磁磁通。1.改变电枢回路电阻调速多种直流电动机全部能够经过改变电枢回路电阻来调速，图2-1(a)所表示。此时转速特征公式为 (2-2)式中为电枢回路中外接电阻（）。当负载一定时，伴随串入外接电阻增大，电枢回路总电阻增大，电动机转速就降低。其机械特征图2-1(b)所表示。改变可用接触器或主令开关切换来实现。图2-1 改变电枢电阻电路图图2-1(b) 改变电枢电阻调速时机械特征这种调速方法为有级调速，调速比通常约为2：1左右，转速改变率大，轻载下极难得到低速，效率低，故现在已极少采取。2.改变电枢电压调速（1）采取发电机-电动机组调速方法图2-2(a)所表示，经过改变发电机励磁电流来改变发电机输出电压从而改变电动机转速n。在不一样电枢电压时，其得到机械特征便是一簇完全平行直线，图2-2(b)所表示。改变发电机励磁电流方向，极性和n转向全部更这改变，就能够使系统很方便地工作在任意四个象限内。图2-2 (a) G-M直流调速系统图2-2(b) G-M机械特征由图可知，这种调速方法需要两台和调速电动机容量相当旋转电机和另一台容量小部分励磁发电机，所以设备多、体积大、费用高、效率低、安装需打基础、运行噪声大、维护不方便。为克服这些缺点，50年代开始采取水银整流器（大容量）和闸流管这么静止交流装置来替换上述旋转变流机组。现在已被更经济、可靠晶闸管变流装置所替换。（2）采取晶闸管变流器供电调速方法图2-3(a) V-M调速系统图2-3(b)V-M调速系统机械特征有晶闸管变流器供电调速电路图2-3(a)所表示。经过调整触发器控制电压来移动触发脉冲相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。在此调速方法下可得到和发电机-电动机组调速系统类似调速特征。其开环机械特征示于图2-3(b)中。图2-3(b)中每一条机械特征曲线全部由两段组成，在电流连续区特征还比较硬，改变延迟角a时，特征呈一簇平行直线，它和发电机-电动机组供电时完全一样。但在电流断续区，则为非线性软特征。这是因为晶闸管整流器在含有反电势负载时电流易产生断续造成。变电枢电压调速是直流电机调速系统中应用最广一个调速方法。在此方法中，因为电动机在任何转速下磁通全部不变，只是改变电动机供电电压，所以在额定电流下，假如不考虑低速下通风恶化影响（也就是假定电动机是强迫通风或为封闭自冷式），则不管在高速还是低速下，电动机全部能输出额定转矩，故称这种调速方法为恒转矩调速。这是它一个极为关键特点。假如采取反馈控制系统，调速范围可达50:1150：1，甚至更大。（3）采取大功率半导体器件直流电动机脉宽调速方法PWM(脉宽调制)是利用功率开关器件通断实现控制，调整通断时间百分比，将固定直流电源电压变成平均值可调直流电压。脉宽调速系统出现历史久远，但因缺乏高速大功率开关器件而未能立即在生产实际中推广应用。多年来，因为大功率晶体管(GTR)，尤其是IGBT功率器件制造工艺成熟、成本不停下降，大功率半导体器件实现直流电动机脉宽调速系统才取得迅猛发展，现在其最大容量已超出几十兆瓦数量级。本设计因使用小容量直流电机，故采取第三种调速方法即PWM控制技术，实现基于AT89C51直流电机速度控制。3.改变励磁电流调速当电枢电压恒定时，改变电动机励磁电流也能实现调速。由式1可看出，电动机转速和磁通（也就是励磁电流）成反比，即当磁通减小时，转速n升高；反之，则n降低。和此同时，因为电动机转矩是磁通和电枢电流乘积（即），电枢电流不变时，伴随磁通减小，其转速升高，转矩也会对应地减小。所以，在这种调速方法中，伴随电动机磁通减小，其转矩升高，转矩也会对应地降低。在额定电压和额定电流下，不一样转速时，电动机一直能够输出额定功率，所以这种调速方法称为恒功率调速。为了使电动机容量能得到充足利用，通常只是在电动机基速以上调速时才采取这种调速方法。采取弱磁调速时范围通常为1.5:13:1，特殊电动机可达成5:1。这种调速电路实现很简单，只要在励磁绕组上加一个独立可调电源供电即可实现.2.1.1 PWM调速设计调速采取PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制，工作原理：经过产生矩形波，改变占空比，以达成调整脉宽目标。PWM定义:脉宽调制(PWM)是利用微处理器数字输出来对模拟电路进行控制一个很有效技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制和变换很多领域中。模拟信号值能够连续改变，其时间和幅度分辨率全部没有限制。9V电池就是一个模拟器件，因为它输出电压并不正确地等于9V，而是随时间发生改变，并可取任何实数值。和这类似，从电池吸收电流也不限定在一组可能取值范围之内。模拟信号和数字信号区分在于后者取值通常只能属于预先确定可能取值集合之内，比如在0V,5V这一集合中取值。模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机音量进行控制。在简单模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻电流也随之增加或降低，从而改变了驱动扬声器电流值，使音量对应变大或变小。和收音机一样，模拟电路输出和输入成线性百分比。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是很经济或可行。其中一点就是，模拟电路轻易随时间漂移，所以难以调整。能够处理这个问题精密模拟电路可能很庞大、粗笨(如传统家庭立体声设备)和昂贵。模拟电路还有可能严重发烧，其功耗相对于工作元件两端电压和电流乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声全部肯定会改变电流值大小。经过以数字方法控制模拟电路，能够大幅度降低系统成本和功耗。另外，很多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制实现变得愈加轻易了。设计方案关键包含四个模块：单片机控制模块，L298N驱动模块，占空比显示模块，运行方法设置模块。2.1.2 直流电机控制结构图图2-4直流电机控制结构图第三章 直流电机调速硬件设计3.1 最小系统设计3.11 AT89C51介绍AT89C51是美国ATMEL企业生产AT89系列单片机中一个，它和MCS51系列很多机种全部含有兼容性，并含有广泛代表性。AT89C51是一个带4K字节闪烁可编程可擦除只读存放器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一个带2K字节闪烁可编程可擦除只读存放器单片机。单片机可擦除只读存放器能够反复擦除100次。该器件采取ATMEL高密度非易失存放器制造技术制造，和工业标准MCS-51指令集和输出管脚相兼容。因为将多功效8位CPU和闪烁存放器组合在单个芯片中，ATMELAT89C51是一个高效微控制器，AT89C2051是它一个精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一个灵活性高且价廉方案。 AT89C51特点l 和MCS-51 兼容 l 4K字节可编程闪烁存放器 l 寿命：1000写/擦循环l 数据保留时间：l 全静态工作：0Hz-24MHzl 三级程序存放器锁定l 1288位内部RAMl 32可编程I/O线l 两个16位定时器/计数器l 5个中止源 l 可编程串行通道l 低功耗闲置和掉电模式l 片内振荡器和时钟电路 引脚定义及功效AT89C51有40条引脚，和其它51系列单片机引脚是兼容。这40条引脚可分为I/O端口线、电源线、控制线、外接晶体线四部分。其封装形式有两种：双列直插封装(DIP)形式和方形封装形式，图3-1所表示。图3-1 AT89C51引脚主电源引脚VCC：供电电压（+5V）。GND：接地。I/O端口功效P0口： P0口有八条端口线，命名为P0.0P0.7，其中P0.0为低位，P0.7为高位。每条线结构组成图3-2所表示。它由一个输出锁存器，两个三态缓冲器，输出驱动电路和输出控制电路组成。P0口是一个三态双向I/O口，它有两种不一样功效，用于不一样工作环境。P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存放器，它能够被定义为数据/地址第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必需被拉高。 图3-2 P0口位结构图 P1口：P1口有八条端口线，命名为P1.0P1.7，每条线结构组成图3-3所表示。P1口是一个准双向口，只作一般I/O口使用，其功效和P0口第一功效相同。作输出口使用时，因为其内部有上拉电阻，所以不需外接上拉电阻；作输入口使用时，必需先向锁存器写入“1”，使场效应管T截止，然后才能读取数据。P1口是一个内部提供上拉电阻8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是因为内部上拉缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 图3-3 P1口位结构图P2口：P2口有八条端口线，命名为P2.0P2.7，每条线结构图3-4所表示。P2口也是一个准双向口，它有两种使用功效：一个是当系统不扩展外部存放器时，作一般I/O口使用，其功效和原理和P0口第一功效相同，只是作为输出口时不需外接上拉电阻；另一个是当系统外扩存放器时，P2口作系统扩展地址总线口使用，输出高8位地址A7A15，和P0口第二功效输出低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存放器(64 KB)，但它只确定地址并不能像P0口那样还能够传送存放器读写数据。P2口为一个内部上拉电阻8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并所以作为输入时，P2口管脚被外部拉低，将输出电流。这是因为内部上拉缘故。P2口当用于外部程序存放器或16位地址外部数据存放器进行存取时，P2口输出地址高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存放器进行读写时，P2口输出其特殊功效寄存器内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口有八条端口线，命名为P3.0P3.7，每条线结构图3-1所表示。P3口是一个多用途准双向口。第一功效是作一般I/O口使用，其功效和原理和P1口相同。第二功效是作控制和特殊功效口使用，这时八条端口线所定义功效各不相同，如表3-4所表示。P3口管脚是8个带内部上拉电阻双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，因为外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是因为上拉缘故。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收部分控制信号。图3-4 P2口位结构图 图3-5 P3口位结构图表1 P3口各位第二功效引脚第二功效功 能 说 明 P3.0RXD串行数据输入端 P3.1TXD串行数据输出端 P3.2INT0外部中止0中止请求信号输入端P3.3INT1外部中止1中止请求信号输入端P3.4T0定时/计数器0外部计数脉冲输入端P3.5T1定时/计数器1外部计数脉冲输入端P3.6WR片外RAM写选通信号输出端 P3.7RD片外RAM读选通信号输出端 3.12 系统时钟设计时钟电路是用来产生AT89C51单片机工作时所必需时钟信号，AT89C51本身就是一个复杂同时时序电路，为确保工作方法实现，AT89C51在唯一时钟信号控制下严格按时序实施指令进行工作 ，时钟频率影响单片机速度和稳定性。通常时钟因为两种形式：内部时钟和外部时钟。我们系统采取内部时钟方法来为系统提供时钟信号。AT89C51内部有一个用于组成振荡器高增益反向放大器，该放大器输入输出引脚为XTAL1和XTAL2，它们跨接在晶体振荡器和用于微调电容，便组成了一个自激励振荡器。电路中C1、C2选择在30PF左右，但电容太小会影响振荡频率、稳定性和快速性。晶振频率为在1.2MHZ12MHZ之间，频率越高单片机速度就越快，但对存放器速度要求就高。为了提升稳定性我们采取温度稳定性好NPO电容，采取晶振频率为12MHZ。图3-6 系统时钟3.1.3 系统复位方法当MCS-5l系列单片机复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上高电平时，单片机就实施复位操作。假如RST连续为高电平，单片机就处于循环复位状态。依据应用要求，复位操作通常有两种基础形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。常见上电复位电路图 (3-7)中左图所表示。图中电容C1和电阻R1对电源十5V来说组成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，因为单片机内等效电阻作用，不用图中电阻R1，也能达成上电复位操作功效，图 (3-7)中所表示。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，而且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常见上电或开关复位电路图 (3-8)所表示。上电后，因为电容C3充电和反相门作用，使RST连续一段时间高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间高电平，从而实现上电或开关复位操作。依据实际操作经验，下面给出这两种复位电路电容、电阻参考值。 单片机复位电路图3-7 中：Cl22uF，R11k图3-8中：C：22uF，Rl300，R21k图3-7复位电路图3-8手动复位电路3.2 电源电路设计3.2.1 芯片介绍78XX,XX就代表它所输出电压值，能降低电压4-5V电子产品中常见到三端稳压集成电路有正电压输出78系列和负电压输出79系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用集成电路只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需外围元件极少,电路内部还有过流、过热及调整管保护电路。该系列集成稳压IC型号中78或79后面数字代表该三端集成稳压电路输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12或79L24,用来区分输出电流和封装形式等，其中78L调系列最大输出电流为100mA，78M系列最大输出电流为1A，78系列最大输出电流为1.5A。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大散热器（当然小功率条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。3.2.2 电源电路图用78系列芯片产生5V电压供给单片机使用，给单片机供电。图3-9电源电路33 显示电路设计3.3.1 78LS48芯片介绍48为内部上拉电阻BCD-七段译码驱动器，共有54/74448 、54/74LS48两种线路结构形式。输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动缓冲器或共阴极VLED。当要求输出0-15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入（RBI）为高电平或开路。当BI为低电平时，不管其它输入端状态怎样，YaYg均为低电平。当RBI和地址端（A0-A3）均为低电平，并测试输入端（LT）为高电平时Ya-Yg为低电平。引出端符号A0-A3 译码地址输入端BI/RBO 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）LT 灯测试输入端（低电平有效）RBT 脉冲消隐输入端（低电平有效）Ya-Yg 段输出端3.3.2 显示电路图 用四位共阴LED数码管实时显示电机速度.以AT89C51单片机P0口做八位数据线以P0.0-P0.3为数码管控制端。 图3-11 显示电路3.4 键盘电设计运行方法设置关键有P1口外接键盘来完成，判定键盘是否按下方法：首先设置P1口为高电平，然后从P1.0到P1.4逐一检测引脚电平，假如某个引脚为低电平表示该键按下，此时不需要做对应处理实现键盘功效，假如引脚为高电平则不做处理。采取5个独立开关关键控制电机正反转，急停，加减速。 图3-11 键盘电路3.5 驱动电路设计3.5.1 L298N芯片介绍L298N是SGS企业产品，是由达林顿管组成双桥高电压大电流集成PWM电路。PWM电路由四个大功率晶体管组成桥电路, 四个晶体管分为两组, 交替导通和截止, 用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态, 依据调整输入脉冲占空比, 正确调整电动机转速。这种电路因为管子工作只在饱合和截止状态下, 效率很高。H型电路使实现转速和方向控制简单化, 且电子开关速度很快, 稳定性也极强, 是一个广泛采取PWM调速技术。内部每个H桥下侧桥臂晶体管发射极连在一起, 其输出脚(SENSEA和SENSEB) 用来连接电阻检测电流。VSS接逻辑控制电源。VS为电动机驱动电源.IN1-IN4输入引脚为标准TTL逻辑电平信号, 用来控制桥开和关即实现电机正反转, ENA、ENB引脚则为使能控制端, 用来输入PWM信号实现电机调速。3.5.4 驱动电路采取L298N驱动器，接收单片机输入信号并放大，驱动电机运转。 图3-12 驱动电路第四章 直流电机转速控制程序设计4.1 主程序步骤图图4-1 主步骤图主程序关键完成工作是设置堆栈，清除标志位，清除暂存，清显示，对T0口进行初始化，对串口进行初始化后，调用其它功效子程序，完成设计任务。4.2 键盘扫描步骤图图4-2 键盘扫描步骤图采取独立式键盘，本设计键盘较为简单，只设计了电机正反转，急停，加减速5个按键。4.3 中止程序步骤图图4-3中止步骤图第五章 结论和展望5.1 结论本文对直流调速系统进行了初步研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了直流电机调速控制系统数学模型，并在此基础上给出了软、硬件实现方案。本文采取PWM控制技术，即利用逆变器装置中半导体开关开通和关断，把直流电压转化变成一定规律电压脉冲序列，以实现调频、调压和消除谐波三个目标。 PWM控制技术经历了一个不停创新和不停完善发展过程，电力电子技术发展，部分全控型快速半导体器件，如BJT、IGBT、GTO等出现，推进了PWM控制技术深入发展。PWM控制技术有很多个，如等脉宽PWM法、正弦波PWM法(SPWM法)、磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法和新近发展起来空间矢量PWM法(SVPWM)等。根椐占空比和电机电枢两端U及电机转速关系，经过改变PWM占空比来调整电机两端平均电压,实现粗略调速. 经过S3，S4来改变PWM占空比,每按动一次就改变10%数码管显示目前PWM占空比,比如显示5表示占空比为50%;LED1和LED2分别表示电机正转和反转。参考文件1张彦，张同庄 基于80C196KB单片机实现数字化触发技术J机械制造和自动化，(1) ,45-602陈伯时. 电力拖动自动控制系统M. 北京: 机械工业出版社, .3李发海 王岩. 电机和拖动基础（第三版）M. 北京: 清华大学出版社.4 李群芳. 单片机原理及应用M. 北京: 清华大学出版社, .5 贾金铃. 微型计算机原理及应用M. 重庆: 重庆大学出版社, .6 谭浩强. C程序设计（第二版）M. 北京: 清华大学出版社7 吴弋，综合性最优控制及其在直流调速系统中应用.科技情报开发和经济J,(7): 110-1128 潘策，杨培林，陈晓楠.基于最优化控制直流脉宽调速系统.包装和食品机械J,. 21(4) :21-239 任天良，郑利军，姜燕.90KW IGBT直流调速装置.电力电子技术J，1997(1):35-3810 程耕国，张国栋.PWM直流可逆调速微机控制系统.电气时代J，. 11: 22-2511 孙立功，刘珊中，田藏.直流电机驱动控制器技术改善.起重运输机械J， (9):28-30英文摘要PWM Regulating Speed System Of Dcmotor Based On AT89C51 MicrocontrollerAbstract: A kind of speed regulation system of Pules Width Modulation(PWM) for DC motor composed of microcontroller AT89C51 and L298N was designed .The basic metiods of PWM regulating DC motor speed are explaind . Programs in KeilC51. Quick stop.acceleration and deceleration of the motor are achieved in hard circuit.PWM duty cycles are shown on four leds.Keywords: Single chip microcontroller AT89C51;Pulse Width Modulation;DC Motor;LED disply.附录(主程序及原理图)#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x40,0x00; 共阴数码管 0-9键盘扫描程序Void keyscan()； Enum keydown kdwn P1=oxff If(p1&oxff)!=ox1f) delay(1000) ; 延时10ms 消抖 If(p1&ox1f)!=ox1f) Kdwn=p1&ox1f Switch(kdwn) Case clckws:clokwise( );break;正转 Case antclckws: anticlokwise( );break;反转 Case mstsp: motorstop( );break;急停 Case spdp: speedup( ); break;加速 Case spdwn: speeddown( ); break;减速 While(p1&ox1f)!=ox1f);T0中止程序void time0_int(void) interrupt 1 time+;TH0 = 0xec;TL0 = 0x78;if(change = 0)PWM2 = 1;if(time = high) PWM1=0;else if(time = period) PWM1 = 1;time = 0; else PWM1 = 1; if(time = high) PWM2=0; else if(time = period) PWM2 = 1;time = 0; 数码管显示程序Void ledshow(unsigned int i) disdata0=i/1000; /百位数 disdata1=i%1000/100; /十位数 disd