单芯片计算机课程设计---直流风扇电动机速度测量与PWM控制

直流风扇电动机速度测量和PWM控制机电工程学生姓名: 0953200210讲师: 高级讲师主题类型: 理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2011本学科专为直流电动机PWM调速器研究而设计，主要是控制电机. 因此，在设计中充分阐述了直流调速原理，直流调速方法和调速特性，PWM的基本原理和实现方法. 为了实现系统的微机控制，在设计中，以AT89C51单片机作为整个控制系统控制电路的核心部分. 设计中采用PWM调速方法，通过改变PWM的空速比来改变电机的电枢电压，进而实现电机的调速. 整个控制系统的设计在硬件结构上使用了大量的集成电路模块，极大地简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，并提高了整个系统的性能. 关键字: 直流电动机；速度测量； PWM控制1.1直流电动机的结构1.2直流电动机的工作原理1.3直流电动机的主要技术参数1.4直流电动机的调速技术规范1.4.1调速范围1.4.2调速相对稳定性和静差1.4.3平滑度调速1.4.4调速时的允许输出2.1单片机的介绍2.2单片机的发展历史2.2.316位单片机2.2.432位单片机2.2.564位单片机2.3 MCU的功能2.4AT89C51 MCU的直流风扇电机转速测量和PWM控制基本原理介绍4.1控制电路设计4.2隔离电路设计4.3驱动电路设计4.4续流电路设计16谢谢17参考文献18桂林电子科技大学信息科学与技术学院实践（论文）手册直流电动机1.1直流电动机的结构直流电动机的结构电动机应由定子和转子两部分组成.

运行中直流电动机的静止部分称为定子. 定子的主要功能是产生磁场，该磁场由框架，主磁极，换向磁极，端盖，轴承和电刷装置组成. 在运行过程中旋转的部分称为转子. 它的主要作用是产生电磁转矩和感应电动势. 它是直流电动机能量转换的枢纽，因此通常也称为电枢. 它由旋转轴，电枢铁芯，电枢绕组以及导向器和风扇组成. 直流电动机的结构如图1.1所示. 1.2直流电动机的工作原理直流电动机的型号如图1.2所示. 铁磁圆柱体可以在磁极之间旋转，线圈abcd固定在圆柱体的表面上. 当电流流过线圈时，线圈会受到电磁力的作用而旋转. 根据左手定则，当流过线圈的电流改变方向时，线圈的作用力方向也会改变. 因此，可以通过改变线圈电流的方向来改变电动机的方向. 图1.2直流电动机型号1.3直流电动机的主要技术参数额定功率Pn: 在额定电流和电压下，电动机的负载能力. 桂林信息科技大学信息技术学院培训（论文）手册额定电压Ue: 长期运行的最高电压. 额定电流Ie: 长期运行的最大电流. 额定转速n: 单位时间内电机转速的速度. 励磁电流If: 施加到电极线圈的电流. 1.4直流电动机调速技术规范1.4.1调速范围调速范围是指从最低可控速度到最高可控速度，最低可控速度与最高可控速度之比的范围. 速度称为电动机速比.

1.4.2速度调节的相对稳定性和静态偏差所谓的“相对稳定性”是指在给定范围内负载转矩变化引起的速度变化，该变化范围由机械特性的斜率确定. 静差（也称为静差率）是指当电动机以机械特性运行时，从理想空载到满载的速度下降与理想空载速度n0的比值. 以百分比表示，即1.4.3速度调节的平滑度. 调速的平滑度在调速的一定范围内. 相邻两个极的速度变化程度由平滑系数表示. 相邻的两个极点，即i-level和i-Level 1速度. 1.4.4调速时的允许输出调速时的允许输出是指在充分利用电动机的情况下，调速时轴可输出的功率和转矩. 桂林电子科技大学信息技术学院培训（论文）手册MCU相关知识2.1 MCU简介是一种集成电路芯片，是利用超集成电路技术对中央处理器CPU进行数据处理容量RAM随机存取RAM，只读存储器ROM，多个I / O端口和中断系统，计时器/定时器和其他功能（可能还包括显示驱动电路，脉宽调制电路，模拟多路复用器，A / D转换器和其他电路）集成到硅芯片中的小型完整计算机系统. 2.2单片机的发展历史2.2.1单片机1975年，美国德克萨斯州公司首先推出了4位单片机TMS-1000，随后各家计算机公司竞相推出. 4位单片机.

日本松下公司的MN1400系列. 美国罗克韦尔公司的PPS / 1系列单片机的主要应用领域是: PC输入设备. 电池充电器，运动器材，带LCD显示屏的音频/视频产品控制器，一般家用电器控制和，电子玩具，时钟，计算器，电话等. 2.2.2位MCU 1972年，英特尔美国首先推出了8位微处理器8008，并于1976年首次推出了MCS-48系列MCU. 此后，又陆续发布了8位微控制器. 例如，Mostek和Fairchild生产的3870系列，以及Motorola生产的6801系列. 随着集成电路技术水平的提高，引入了一些高性能的8位微控制器，例如1978年的摩托罗拉的MC6801. 这种类型的单片机的寻址能力达到64KB，并且片上ROM容量达到4-8KB. 除了并行I / O端口，甚至还有A / D转换器的功能. 由于其强大的性能，8位微控制器广泛用于自动化设备，智能接口和过程控制等各个领域. 2.2.3在使用16位MCU之后，集成电路的集成度可以达到数十万个电子管/芯片. 已经推出了各种系列的16位MCU. 此阶段的代表产品是Intel于1983年推出的MCS-96系列. 1987年，Intel推出了80C96，American Semiconductor推出了HPC16040.

16位MCU主要用于工业控制，智能仪表等场合. 2.2.4 32位微控制器在1980年代后期，随着高科技智能机器人，激光打印机，实时图像和数据处理，复杂的实时控制，网络服务器等领域的应用和发展，32位微控制器（如摩托罗拉）被引入MC683XX系列. 32位单片机是单片机的发展趋势. 随着技术的发展和开发成本的提高，桂林电子科技大学的使用说明书（论文）将低于8位单片机. 2.2.5 64位MCU近年来，64位MCU已用于引擎控制，智能机器人，磁盘控制，算法密集型实时控制场所. 例如，英国Inmos公司的Transputer T800是高性能64位单片机2.3. 单片机的特点（1）集成度高，体积小，可靠性高单片机将各种功能部件集成在一个晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的. 芯片本身是根据工业测控环境的要求而设计的，内部布线非常短，其抗工业噪声性能优于通用CPU. SCM程序指令，常量和表很难在ROM中销毁. 一个芯片中有许多信号通道，因此可靠性很高. （2）强大的控制功能为了满足对象的控制要求，单片机的指令系统具有非常丰富的条件: 分支转移能力，端口逻辑操作和位处理能力，非常适合特殊的控制功能.

（3）低电压，低功耗，易于生产的产品为了满足系统的广泛应用，许多微控制器的工作电压仅为1.8V〜3.6V，工作电流为只有几百微安. （4）易于扩展芯片具有计算机正常运行所必需的组件. 有很多三个总线以及用于扩展到芯片外部的并行和串行输入/输出引脚，很容易构成各种大小的计算机应用系统. （5）与单片机的性能相比，优异的性能和价格极高. 为了提高速度和运行效率，微控制器已开始使用RISC管线和DSP等技术. 微控制器的寻址能力也超过了64KB的限制，有些达到了1MB和16MB. 片上ROM容量可以达到62MB，RAM容量可以达到2MB. 由于单片机的广泛使用，销售量很大，并且大公司的商业竞争使它们的价格很低，并且其性能价格比极高. 桂林电子科技大学信息技术学院培训（论文）手册2.4 AT89C51 MCU简介图2.1所示为89C51 MCU: 其主要功能是: 与MCS-51兼容4K字节可编程闪存寿命: 1000个写入/擦除周期数据保留时间: 10完全静态操作: 0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128 * 8位内部RAM 32可编程I / O两个16位定时器/计数器中断源可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式开启芯片振荡器和时钟电路的引脚说明: VCC: 电源电压.

GND: 接地. P0端口: P0位为开漏双向I / O端口，每个引脚可吸收8TTL栅极电流. 当P1时，它被定义为高阻抗输入. P0可用于外部程序数据存储器，可以定义为数据/地址的第八位. 在FIASH编程期间，P0端口用作原始代码输入端口. 验证FIASH后，P0输出原始代码. 此时，必须将外部P0拉高. 端口P1: 端口P1是具有内部上拉电阻的8位双向I / O端口. 端口P1缓冲器可以接收和输出4TTL栅极电流. 将端口1引脚写入1之后，它会在内部上拉至高电平并可用作输入. 当端口1从外部下拉至低电平时，由于内部上拉，它将输出电流. 在闪存编程和验证期间，P1是接收到的第八位地址. P2端口: P2端口是一个8位双向I / O端口，带有一个内部上拉电阻. P2端口缓冲器可以接收和输出4个TTL栅极电流. 当P2端口写为“ 1”时，其引脚在内部上拉. 上拉电阻被拉高并用作输入. 因此，当其用作输入时，端口P2的引脚从外部下拉，并且输出电流. 这是由于内部上拉引起的. P2桂林电子科技大学信息技术学院培训（论文）手册端口当用于外部程序存储器或16位地址的外部数据存储以供访问时，端口P2的输出地址的高8位. 给定地址“ 1”时，它将利用内部上拉功能. 在读写外部八位地址数据存储器时，端口P2输出其特殊功能寄存器的内容.

P2端口在FLASH编程和验证期间接收高阶八个地址信号和控制信号. P3端口: P3端口引脚是带有内部上拉电阻的8个双向I / O端口，可以接收和输出4个TTL流. 当P1端口写“ 1”时，它们在内部被拉高到高电平并用作输入. 作为输入，由于外部下拉电阻较低，因此端口P3将由于上拉输出电流（ILL）. 端口P3也可以用作AT89C51的某些特殊功能端口. P3.0 RXD（串行输入端口）P3.1 TXD（串行输出端口）P3.2 / INT0（外部中断0）P3.3 / INT1（外部中断1）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3. 5 T1（定时器1外部输入）P3.6 / WR（外部数据存储器读选通）P3.7 / RD（外部数据存储器读选通））P3端口同时接收一些控制信号，用于闪存编程和编程验证. RST: 复位输入. 当振荡器将器件复位时，必须将RST引脚的高电平时间保持两个机器周期. ALE / PROG: 访问外部存储器时，地址锁存使能的输出电平用于锁存地址的状态字节. 在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲. 在正常情况下，ALE端子以恒定频率周期输出正脉冲信号，该频率周期为振荡器频率的1/6. 因此，它可用作外部输出或定时的脉冲.

但是，应该注意的是，每当用作外部数据存储器时，都会跳过ALE脉冲. 如果要禁用ALE的输出，可以在SFR8EH地址上设置0. 此时，仅当执行MOVX并且MOVC指令为ALE时，ALE才有效. 此外，该引脚被拉高一点. 如果微处理器处于外部执行状态ALE被禁用，则该设置无效. / PSEN: 外部程序存储器的选通信号. 在从外部程序存储器中获取指令期间，/ PSEN在每个机器周期有效两次. 但是，当访问外部数据存储器时，这两个有效的/ PSEN信号将不会出现. / EA / VPP: / EA / VPP保持为低电平时，无论是否存在内部程序存储器，外部程序存储器（0000H-FFFFH）都处于此时间段. 注意加密方法，/ EA将内部锁定为RESET；当/ EA保持高电平时，内部程序存储器处于该时间段. 在FLASH编程期间，该引脚还用于施加12V编程电源. 桂林电子科技大学信息学院培训（论文）规范资料来源（VPP）. XTAL1: 反向振荡放大器的输入和内部时钟工作电路的输入. XTAL2: 反向振荡器的输出. 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别是反相放大器的输入和输出. 反相放大器可以配置为片内振荡器. 石晶振动和陶瓷振动均可使用.

如果使用外部时钟源来驱动设备，则内部时钟信号的XTAL2输入应通过一个二分频触发器，因此不需要外部时钟的脉冲宽度信号，但必须保证脉冲宽度的高低. 直流风扇电动机速度测量和PWM控制的基本原理: 直流电动机的工作原理是: 铁磁圆柱体可以在直流电动机的磁极N和S之间旋转，并且线圈abcd固定在电动机的表面上. 圆柱体. 当电流流过线圈时，线圈会受到电磁力的作用而旋转. 根据左手法则，当流过线圈的电流改变方向时，线圈的作用力方向也会改变. 因此，可以通过改变线圈电流的方向来改变电动机的方向. 控制电路主要由单片机控制，单片机发送的PWM脉冲实现对驱动器的控制. 设计方案: 程序应进行模块化设计，主要包括初始化模块，显示模块，按键读取模块，数字系统转换模块，双字节除法模块，中断模块和控制调节模块. 编程顺序可以按此顺序执行. 初始化模块: 8155工作模式，T0和T1工作模式，标志状态，使用单元的初始值，中断设置和初始显示等. 显示模块: 数值，设定值和测量值的字符动态显示. 当数字灯管点亮时，端口会根据小键是否有效进行读取，然后根据四个小键盘的不同功能执行相应的处理，一旦设置值更改，便会立即显示. 加1键应该具有连续的加减功能.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-266529-1.html