1、湖北理工學院電氣學院課程設計報告課程名：單片機課程設計題目：直流電機調速控制器設計與仿真班級：班11級電信專姓名：王 長 軍學 號： 201130240122教師評語:成績：簽名：年 月日項目評分標準分值得分1、設計方案準備設計前要自己查資料進行方案論證，符合要求的得滿分；沒有方案的得0 分10分2、課設紀律曠課1次扣1分，遲到1次扣0.5 分；完全/、到的得。分5分3、設計態度包括與老師、同學積極交流，主動 性強的得10分；偷懶抄襲別人勞動成果 的得0分5分4、仿真調試耐心細致檢查錯誤，找出錯誤原因 所在，并且有所收獲的得10分；拒不檢 查錯誤的得0分。10分5、創新點能獨立設計方案開有創新

2、的得10分；否則酌情給0分10分6、驗收能仿真檢測頻率并有正確數字顯示，達到預期效果得 30分；其它情況酌情給分；沒有仿真結果的得0分，且本次課程設計/、及格40分7、課程設計答辯能回答老師提出的關于課程設計相關的23個問題，設計思路清晰得10分；不能回答老師提問，設計思路不清晰得0分；其它情況酌情給分10分8、實驗報告書寫工整規范、要素齊全、語句流 暢、圖形清晰的得10分；否則酌情給分； 無實驗報告的得 0分，且本次課程設計 /、及格10分合計按分值折算成：優、良、中、及格、不及格100 分目錄一、設計題目1二、課程設計內容1三、設計方案1四、單元模塊設計2五、硬件電路設計4六、設計軟件模塊

3、 7七、設計中的問題910八、設計總結9九、附錄一、設計題目主標題：直流電機調速控制器設計與仿真附標題：1、PWM6制2、正反轉控制 3、A/D采樣及開關機控制 4、 負載保護功能 二、課程設計內容（一）、直流電機調速控制器 直流電機伺服控制系統、PWMt流調速系統 是采用數字控制調速技術的高精度電子調速裝置，要采用國際標準技術規范，并要求具有結構簡單、體積小、重量輕等特點，具有多重保護功能，安全、穩定、可靠。以完全滿足實際需要。（二）、設計要求1、PWhMc寬調制技術。2 、限流保護、過流報警。3 、軟啟 /軟停時間設置功能。（0.2 20 秒可調）4、使能閉鎖控制功能（接通工作，斷開停止工

4、作）5、可實現快速換向功能6、可實現快速剎車制動功能（三）、主要技術參數1、輸入電壓：DC 12V。2、輸出電壓：DC 0 12V。3、輸出電流：DC 10A 其它電流（最大15A）可設定。4、精度： 1%5、環境溫度：- 10oC+60oC6、環境濕度：相對濕度W 80RH三、 設計方案采用由三級管組成的 H型PWMfe路（圖1）。用單片機控制三級管使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現轉速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩定性也極佳，是一種廣泛采用的PW硼速技術。我們采用了定頻調寬方式，因為采用

5、這種方式，電動機在運轉時比較穩定；并且在采用單片機產生 PW咻沖的軟件實現上比較方便。且 對于直流電機，采用軟件延時所產生的定時誤差在允許范圍。圖1 PWM波調速電路其結構圖如圖2所示:圖2電機調速系統框圖四、單元模塊設計（一）H橋驅動電路設計方案圖3所示的H橋式電機驅動電路包括 4個三極管和一個電機，電路得名 于“ H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。如圖3所示，要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。圖3 H橋驅動電路（二）調速設計方案調速采用PWhM寬調制，工作原理：通過產生矩形波，改變占空比，

6、以 達到調整脈寬的目的。 PWM勺定義：脈寬調制（PWM是利用微處理器的數字輸 出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、 通信到功率控制與變換的許多領域中。模擬信號的值可以連續變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于 9V,而是隨時間發生變化，并可取任何實數值。與此類似， 從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內。模擬信號與數字信號的區別在于后者的取值通常只能屬于預先確定的可能取值集合之內，例如在0V,5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來進行控制，如對汽車收音機的音量進行控 制。在簡單的模擬收音機中，

7、音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變小； 流經這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅動揚聲器的電流值， 使音量相應變大或變小。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經濟或可行 的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調節。能夠解決這 個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設備）和昂貴。模擬電路還有可能嚴重發熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。通過以數字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統的成本和功耗

8、。此外，許多微控制器和 DSP已經在芯片上包含了 PWM制器，這使 數字控制的實現變得更加容易了。五、硬件電路設計（一）電源電路1、芯片介紹78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓4-5V電子產品中常見到的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78X X系列和負電壓輸出的79XX系列。故名思義，三端 IC是指這種穩壓用的集成電路 只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內 部還有過流、過熱及調整管的保護電路。該系列集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V,

9、7909表示輸出電壓為負 9V。有時在數字78或79后面還有一個 M或L,如78M12或79L24,用來區別 輸出電流和封裝形式等，其中78L調系列的最大輸出電流為 100mA 78M系列最大輸出電流為 1A, 78系列最大輸出電流為 1.5A。在實際應用中，應在 三端集成穩壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩壓管溫度過高時，穩壓性能將變差，甚至損壞。2、電路原理圖電源電路采用78系列芯片產生+5V、+15V。電路圖如圖4所示：電源電路圖4 78系列的電源電路（二）H橋電機驅動電路基于三極管的使用機理和特性， 在驅動電機中采用 H橋功率驅動電路，H橋功率驅動電路可應用于步

10、進電機、交流電機及直流電機等的驅動.永磁 步進電機或混合式步進電機的勵磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說繞組有時需正向電流， 有時需反向電流，這樣繞組電源需用 H橋驅動。直流 電機控制使用 H橋驅動電路（圖5）,當PWM偽低電平，通過對PWM輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q1、Q6同時導通Q5截止，從而實現電機正向轉 動以及轉速的控制；同理，當PWM加高電平，通過對PWM輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q1、Q6同時導通，Q6截止，從而實現電機反向轉動以及 轉速的控制。圖5 H橋的電機驅動電路（三）基于霍爾傳感器的測速模塊1、霍爾傳感器的工作原理霍爾效應：在一塊半導體薄片上，其長度為l

11、,寬度為b,厚度為d,當它被置于磁感應強度為 B的磁場中，如果在它相對的兩邊通以控制電流I ,且磁場方向與電流方向正交，則在半導體另外兩邊將產生一個大小與控制電流I和磁感應強度 B乘積成正比的電勢 UH即UH=KHIB其中kH為霍爾元 件的靈敏度。該電勢稱為霍爾電勢，半導體薄片就是霍爾元件。工作原理：霍爾開關集成電路中的信號放大器將霍爾元件產生的幅值隨 磁場強度變化白霍爾電壓 UH放大后再經信號變換器、驅動器進行整形、放 大后輸出幅值相等、 頻率變化的方波信號。 信號輸出端每輸出一個周期的方 波，代表轉過了一個齒。單位時間內輸出的脈沖數N,因此可求出單位時間內的速度V= NT。2、霍爾傳感器的

12、電路原理圖圖6霍爾傳感器的測速電路（四）LCD顯示模塊1、1602芯片介紹1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGRO皿經存儲了 160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、 常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如 大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B （41H）,顯示時模塊把地址 41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。因為 1602 識別的是 ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。1602采用標準的 16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VD

13、D接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以 通過一個10K的電位器調整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平 1時選擇數據寄存器、低電平 0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平 （1）時進行讀操作，低電平（0）時進行寫操作。第6腳：E（或EN）端為使能（enable）端。第714腳：D0D7為8位雙向數據端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。2、電路原理圖圖7 LCD顯示電路六、設計軟件模塊當按下啟動鍵時，電機開始工作。若需要加快電機的轉速，則按下加 速鍵

14、，直到電機轉速適中；相反，需要減慢電機的轉速時，則按下減速鍵， 待轉速滿意后，放開按鍵。當然，在某種特定的環境下，還需改變電機的轉 速，此時，你可以按一下反轉鍵，以達到改變電機轉向的目的。當電機不工 作時，則按下停止鍵。仿真圖如下圖所示啟動前的PWM發啟動后的PWM發加速到最大速度的PW瞰反向后的PWM發七、設計中的問題此次設計我們用到了三個學習軟件，分別是：Kile 4, Protues , protel99 SE。通過這次設計，讓我更加了解了這三種軟件，并深入地學習了他們 的用法和功能。在設計過程中，我在做仿真圖時，并沒有完全做出來仿真， 里面的保護 電路布置怎么做， 也沒有辦法做到電路的

15、保護；還有就是A/D數模采樣，也布置如何做起，但是，經過兩個星期的課程設計，讓我懂得了光學習是沒有用的，必須有適當的實踐，才能積累到經驗。八、設計總結經過2個星期的課程設計，留給我印象最深的是要設計一個成功的電 路，必須要有要有扎實的理論基礎，還要有堅持不懈的精神。本產品實現了對直流電機的調速和測速，個人感覺其中還有許多不夠完善的地方，例如：對電機的控制采用的是獨立按鍵，而非矩陣鍵盤；電機的 驅動電路的設計也不是很成熟。此次的設計沒能完全成功， 但對已學的各種電子知識有了一定的運用能力，我做設計的目的是希望能檢查下對所學知識的運用能力的好壞，并且開始慢慢走上創造的道路，這是非常可貴的一點。總體來說，這次設計還是比較成功的，愿我們能在下一次實踐中學到更 多，了解的更多。第9頁九、附錄（一）直流電機原理圖（二）系統的 PCB圖第io頁初 I，1 1.EH回3國即（三）