直流电机驱动与控制电路设计报告MMZ

沈阳航空航天大学

综 合 课 程 设 计

直流电机驱动与控制电路设计

班 级 34020102 学 号 2013040201072 学 生 姓 名 马铭志 指 导 教 师 张述杰

课 程 设 计 任 务 书

课程设计的内容及要求：

一、设计说明

利用AT89C51单片机作为主控部分设计一款直流电机驱动与控制电路，直流电机转速可控。

1．以电位器调节电机转速。

2．电机驱动信号占空比调整电路占空比可以从20%——80%。 3．A/D转换使用模数转换芯片ADC0808实现； 4．此控制系统电机工作驱动电路需要自己设计； 二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用Proteus软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2014年

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表

评语、建议或需要说明的问题： 指导教师签字： 日期：

成 绩

一、概述

当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。

本电机控制系统基于51内核的单片机设计，利用PWM脉宽调制控制电机，采用OP07精密运放集成电路设计简易有缘滤波器，利用2N2222A三极管设计驱动电路驱动直流电机，其中电机的设定速度由电位器经A/D转换芯片ADC0808通过输入。另外，PWM直流电机调速控制电路以其控制简单，灵活和动态响应好的特点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速的无级变速控制，系统具有控制电机开启、停止和转速调节的功能。具有一定的实际应用意义。

关键字：直流电机、51内核、PWM脉宽调制、OP07、2N2222A

二、方案论证

设计一款直流电机驱动与控制电路，直流电机转速可控。利用单片机作为主控部分，以电位器调节电机转速。电机的设定速度由电位器经A/D通过输入通过PWM调制实现对电机转速的调节。

方案原理框图如图1所示。 电位器 A/D转换电路 滤波电路 驱动电路 单片机调速 AT89C51 三、电路设计

1.电位器调节电路

图1 直流电机驱动与控制电路的原理框图

电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触点之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触

点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。它大多是用作分压器，这时电位器是一个三端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节，电位器是一种可调的电子元件。

图2为电位器调节部分的电路原理图。

图2 电位器调节电路原理图 由图2可见其即是通过简单的分压原理实现的。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的输出电压。 2.A/D转换电路

随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等)，要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号，而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。

A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D转换芯片。A/D转换器按分辨率分为4位、6位、8位、10位、14位、16位和BCD码的3 1/2位。5 1/2位等。按照转换速度可分为超高速(转换时间≤330ns),次超高速(330~3.3μs),高速(转换时间3.3~333μs)，低速(转换时间>330μs)等。A/D转换器按照转换原理可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。所谓直接A/D转换器，是把模拟信号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D转换器是先把模拟量转换成中间量，然后再转换成数字量，如电压/时间转换型(积分型),电压/频率转换型，电压/脉宽转换型等。其中积分型A/D转换器电路简单，抗干扰能力强，且能作到高分辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关。基准电压源。时钟电路。译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D转换功能，使用十分方便。

本设计将电位器分压所得模拟量通过A/D转换芯片转换为相应的数字量。图 3为相应的A/D转换电路原理图。

图3 A/D转换电路原理图

由图3可见本设计应用ADC0808作为模数转换芯片实现模拟量向数字量的转换。转换完成后ADC0808输出的数字量被送入C51单片机P1口进行处理。输出的PWM占空比有所得数字量决定，从而实现以电位器调节单片机P3.7输出PWM占空比的功能。可将输出PWM经过后续处理实现对直流电机转速的调节。

ADC0808和ADC0809除精度略有差别外(前者精度为8位、后者精度为7位)，其余各方面完全相同。它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

ADC0808/0809的外部引脚和内部结构分别如图4和图5所示。内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述

图4 ADC0808/0809外部引脚图（PDIP/PLCC Package）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y6xv.html