单片机直流电机调速系统设计.docVIP

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单片机直流电机调速系统设计 目 录 摘要 1 1单片机简介 2 1.1单片机的工作原理 3 1.2单片机的发展过程 4 1.3 PIC16F877单片机 5 2直流电动机 6 2.1直流电动机的工作原理 7 2.2直流电机调速原理分析 8 3 系统组成及其工作原理 9 3.1 系统硬件结构模块框图 10 3.2 系统工作原理 11 4 系统各部分电路设计 12 4.1 主电路设计 12 4.2 晶闸管触发电路设计 13 4.3 测速电路设计 14 5 软件设计 15 6 结语 16 附录 17 致谢 18 参考文献 19 摘 要 现代工业生产中,电动机是主要的驱动设备,目前在电力拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ-D拖动系统,取代了笨重的发电动一电机的F- D系统,又伴随着微电子技术的不断发展,中小功率直流电机采用单片机控制调速系统具有频率高,响应快,本文论述了采用PIC16F877单片机作为主控制元件,充分利用了PIC16F877单片机捕捉、比较、模/数转换模块的特点作为触发电路,其优点是:结构简单,能与主电路同步,能平稳移相且有足够的移相范围,控制角可达10000步,能够实现电机的无级平滑控制,脉冲前沿陡且有足够的幅值,脉宽可设定,稳定性与抗干扰性能好等。 关键字:单片机 直流电动机 闭环调速系统   1、 单片机简介 1.1单片机的工作原理 单片机是将微处理器、存储器、I/O(Input/Output)接口和中断系统集成在同一块芯片上,具有完整功能的微型计算机,这块芯片就是其硬件,软件程序存放在片内或片外扩展的只读存储器内。 1.2单片机的发展过程: 1.2.1第一代单片机(1974——1976年) 这是单片机发展的起步阶段。 其特点是制造工艺落后,集成度较低,而且采用双片形式,典型的代表产品有Fairchild公司的F8系列机。 1.2.2第二代单片机(1976——1978年) 这一阶段生产的单片机已是单块芯片,但其性能低、品种少、寻址范围有限、应用范围也不广。最典型的产品是Intel公司的 MCS-48系列机。 1.2.3第三代单片机(1979——1982年) 这是8位单片机的成熟阶段。这一代单片机不仅存储容量大、寻址范围广,而且中断源、并行I/O口、定时器/计数器的个数都有不同程度的增加,同时它还新集成了全双工串行通信接口电路。在指令系统方面普遍增设了乘除法和比较指令。代表产品有Intel公司的MCS-51系列机。 1.2.4第四代单片机(1983年以后) 这一阶段8位单片机向更高性能发展,同时出现了工艺先进、集成度高、内部功能更强和运算速度更快的16位单片机,它允许用户采用面向工业控制的专业语言,如C语言等。代表产品有Intel公司的MCS-96系列机 1.3 PIC16F877单片机 PIC 16F87X系列单晶片是Microchip 公司所推出的产品,它为一颗RISC的八位单元微电脑控制单晶片,搭配了高速8K的采用Flash型式的程式记忆体及5组的I/O ports,和支持14个中断。 1.3.1 PIC16F877的特性说明如下: ●采用高性能的RISC CPU核心 ●8位单元微电脑控制晶片 ●8Kx14程式记忆体(Flash) ●368Bytes资料记忆体及256Bytes的EEPROM资料记忆体 ●5组I/O ports(A,B,C,D,E) ●2组8位单元计时/计数器Timer0,Timer2,及1组16位单元计时/计数器Timer1 ●支持14个中断处理 2、直流电动机 2.1直流电动机的工作原理 图1为一台最简单的两极直流电动机的工作原理图。N和S是一对固定的磁极,转子上只有一个线圈。线圈的两端a和d分别接到称为换向片的圆弧形铜片1和2上。两个换向片构成换向器。换向器固定在转轴上,随转子同步转动。A和B是两个静止的电刷,A只能和上边的换向片接触,B只能和下边的换向片接触。两个电刷引出两根线,用于和直流电源连接. 电动机起动时,电刷A接正极,电刷B接负极。电流从电源正极流出,经电刷A流入绕组,经电刷B流回电源负极。电流的方向为d到c,从b流到a,具体如图1(a)所示。ab和cd两条边处于磁场中,将受到电磁力的作用。依左手定则,ab边受力方向向里,使转子顺时针转动。伴随着转子的转动,ab和cd边的位置将发生变化。若保持电流的原方向不变,将导致电动机反转。当ab边由N极下转动到S极下时,电流的方向必须同时改变,以使电动机的电磁转矩方向不变。 由图1(b)知,当ab边由N极下转动到S极下时,两个

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