基于单片机的电动机调速实验系统设计
前言
1
1.总体设计方案
2
（一）方案一：PWM波调速
2
（二）方案二：晶闸管调速
2
2.单元模块设计
3
（一）
H桥驱动电路设计方案
3
（二）
调速设计方案
5
（三）系统硬件电路设计
6
1.电源电路
6
2．H桥驱动电路
6
3．基于霍尔传感器的测速模块
7
4．LCD显示模块
8
（四）
调速设计模块
9
1．PWM波软件软件设计
9
2．测速软件设计
12
3.系统功能调试
13
（一）调试软件介绍
13
（二）直流电机的调速功能仿真
14
1．调速前的波形图
14
2．调速后的波形图
14
（三）电机速度的测量并显示功能仿真
15
（四）系统的电路原理图
15
（五）系统的PCB图
16
4.设计总结
17
5.参考文献
17
附录
17
单片机直流电机调速系统
单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，更是工业生产中必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。而在电气时代的今天，电机在工农业生产、人们日常生活中亦起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护困难。但是直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。近年来，直流电机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation,简称PWM)已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。2.2.1 电机调速控制模块方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案二：采用由L298组成的PWM电路。用单片机控制L298使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速，效率非常高，保证了可以简单地实现转速和方向的控制。由于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案二。2.2.2 PWM调速工作方式方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。2.2.3 PWM调脉宽方式调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。本设计采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。2.2.4 PWM控制方式方案一: 使用PWM信号控制三极管的导通时间，导通的时间越长则做功的时间越长，电机的转速就越高。方案二: 使用PWM控制信号控制三极管导通时间，改变控制电压高低来实现。L298内部逻辑主要由三极管组成,而占空比可改变控制电压即L298输入电压,故选方案二。2.2.5 显示模块选择方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,亮度高，对于显示数字合适,但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示简单文字比较适合,如显示数字则浪费资源,且价格也相对较高。方案三：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字,图形,显示多样,清晰可见,并且连接很方便 ,所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。
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