基于单片机的直流电机控制设计性实验报告

设计题目：直流电机控制电路设计

一  设计目的

1掌握单片机用PWM实现直流电机调整的基本方法，掌握直流电机的驱动原理。

2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速的实现方法。

二  设计要求

用已学的知识配合51单片机设计一个可以正转、反转或变速运动的直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。

三  设计思路及原理

利用单片机对PWM信号的软件实现方法。MCS一51系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。从而实现对直流电动机的转速控制。

。AT89C51的P1.0—P1.2控制直流电机的快、慢、转向，低电平有效。P3.0为PWM波输出，P3.1为转向控制输出，P3.2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12M，利用定时器控制产生占空比可变的PWM波，按K1键，PWM值增加，则占空比增加，电机转快，按K2键，PWM值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时，蜂鸣器将报警

四  实验器材

DVCC试验箱  导线若 电源等器件                 

PROTUES仿真软件  KRIL软件

五实验流程与程序

#include < reg51.h >

sbit  K1 =P1^0 ;    增加键

sbit  K2 =P1^1 ;    减少键

sbit  K3 =P1^2 ;    转向选择键

sbit  PWMUOT =P3^0 ;   PWM波输出   

sbit  turn_around =P3^1 ; 转向控制输出

sbit  BEEP =P3^2 ;         蜂鸣器

unsigned int PWM;  

void Beep(void);

void delay(unsigned int n);

void main(void)

{  

     TMOD=0x11; //设置T0、T1为方式1，（16位定时器）

     TH0=0 ;  65536us延时常数{t=(65536-TH)/fose/12}

     TL0=0;

     TH1=PWM ;  //脉宽调节，高8位

     TL1=0;

     EA=1;     //开总中断

     ET0=1;     //开T0中断  

     ET1=1;    //开T1中断

     TR0=1 ;   // T0定时允许

     while(1)

    {   

       if(K3==0&&K1==1&&K2==1)  // 转向

      {

           turn_around=!turn_around;             

       }

       while(K3==0);  //检测K3是否释放

       do{

PWM++ ;

                    if(PWM>0xfe)//防止PWMS计数溢出

                    {

                         PWM=0xff; 

                    }

                    if(PWM==0xff)Beep() ; 响

                    delay(3000);

         }

     while(K1==0&&K2==1);

     do{

                    PWM-- ;

                    if(PWM<1)

                    {

                         PWM=1;

                    }

                    if(PWM==1)Beep() ;

                    delay(3000);

          }

     while(K1==1&&K2==0);

   }

}

void timer0() interrupt 1 using 2 // 定时器0中断服务程序

{ 

    TR1=0 ;   //T1禁止

      TH0=0 ;   //置T0定时常数

      TL0=0 ;

      TH1=PWM ; //置T1定时常数

      TL1=0;

      TR1=1 ;    //T1允许

      PWMUOT=0 ;// PWM波输出0

}

void timer1() interrupt 3 using 3 //定时器1中断服务程序

{

    TR1=0 ; //T1禁止

    PWMUOT=1 ; //PWM波输出1

}

void Beep(void)  //蜂鸣器子程序

  {

      unsigned char i;

      for (i=0;i<100;i++)

        {

          delay(100);

          BEEP=!BEEP;               

        }

     BEEP=1;                        

     delay(100);

  }

void delay(unsigned int n) 

{

while(n--)   ;

}

六  Proteus仿真截图

七实验结果

此次试验通过仿真系统进行了仿真，按下相应的开关，可实现控制直流电机的加速、减速及转向。

八  实验结论与心得

通过软件的设计及运行，实验达到了预期的结果，实现了电机的正转、反转，加速和减速设计。设计过程中遇到了很多的问题，但是我们没有半途而废，加深了对知识的理解，一点一点的分析。总而言之，这次课程设计让我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力，也让深深地体会到了自己学习知识的不足之处，对于知识的理解程度不够深，自己以为明白的实际上不明白。在以后的学习过程中，我会重视这些问题，逐渐改变自己的学习习惯，不断的进步！

 

第二篇：直流发电机

实验二  直流发电机

一．实验目的

1．掌握用实验方法测定直流发电机的运行特性，并根据所测得的运行特性评定该被试电机的有关性能。

2．通过实验观察并励发电机的自励过程和自励条件。

二．预习要点

1.什么是发电机的运行特性？对于不同的特性曲线，在实验中哪些物理量应保持不变，而哪些物理量应测取。

2.做空载试验时，励磁电流为什么必须单方向调节？

3.并励发电机的自励条件有哪些？当发电机不能自励时应如何处理？

4.如何确定复励发电机是积复励还是差复励？

三．实验项目

1.他励发电机

(1)空载特性：保持n=nN，使I=0，测取Uo=f(If)。

(2)外特性：保持n=nN，使If =IfN，测取U=f(I)。

(3)调节特性：保持n=nN，使U=UN，测取If =f(I)。

2.并励发电机

(1)观察自励过程

(2)测外特性：保持n=nN，使Rf2 =常数,测取U=f(I)。

3.复励发电机

积复励发电机外特性：保持n=nN，使Rf=常数，测取U=f(I)。

四．实验设备及仪器

1．MEL系列电机教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B）。

2．电机导轨及测功机，转矩转速测量组件（MEL-13）或电机导轨及转速表。

3．直流并励电动机M03。

4．直流复励发电机M01。

5．直流稳压电源（位于主控制屏下部）。

6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。

7．波形测试及开关板（MEL-05）。

8．三相可调电阻900Ω（MEL-03）。

9．三相可调电阻90Ω（MEL-04）。

10．电机起动箱（MEL-09）。

五．实验说明及操作步骤

1．他励发电机。

按图1-3接线

直流发电机

图1-3直流他励发电机接线图

G：直流发电机M01，PN=100W，UN=200V，IN=0.5A，NN=1600r/min

M：直流电动机M03，按他励接法

S1、S2：双刀双掷开关，位于MEL-05

R1：电枢调节电阻100Ω/1.22A，位于MEL-09。

Rf1：磁场调节电阻3000Ω/200mA，位于MEL-09。

Rf2：磁场调节变阻器，采用MEL-03最上端900Ω变阻器，并采用分压器接法。

R2：发电机负载电阻，采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω（900Ω与900Ω电阻串联加上900Ω与900Ω并联）。调节时先调节串联部分，当负载电流大于0.4A时用并联部分，并将串联部分阻值调到最小并用导线短接以避免烧毁熔断器。

mA1、A1：分别为毫安表和电流表，位于直流电源上。

U1、U2：分别为可调直流稳压电源和电机励磁电源。

V2、mA2、A2：分别为直流电压表（量程为300V档），直流毫安表（量程为200mA档），直流安倍表（量程为2A档）

（1）空载特性

a．打开发电机负载开关S2，合上励磁电源开关S1，接通直流电机励磁电源，调节Rf2，使直流发电机励磁电压最小，mA2读数最小。此时，注意选择各仪表的量程。

b．调节电动机电枢调节电阻R1至最大，磁场调节电阻Rf1至最小，起动可调直流稳压电源（先合上对应的船形开关，再按下复位按钮，此时，绿色工作发光二极管亮，表明直流电压已正常建立），使电机旋转。

b．从数字转速表上观察电机旋转方向，若电机反转，可先停机，将电枢或励磁两端接线对调，重新起动，则电机转向应符合正向旋转的要求。

d．调节电动机电枢电阻R1至最小值，可调直流稳压电源调至220V，再调节电动机磁场电阻Rf1，使电动机（发电机）转速达到1600r/min（额定值），并在以后整个实验过程中始终保持此额定转速不变。

e．调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达V0=1.2UN（240V）为止。

f．在保持电机额定转速（1600r/min）条件下，从UO=1.2UN开始，单方向调节分压器电阻Rf2，使发电机励磁电流逐次减小，直至If2=o。

每次测取发电机的空载电压UO和励磁电流If2,只取7-8组数据，填入表1-2中，其中UO=UN和If2=O两点必测，并在UO=UN附近测点应较密。

表1-2                                               n=nN=1600r/min

直流发电机

（2）外特性

a．在空载实验后，把发电机负载电阻R2调到最大值（把MEL-03中间和下端的变阻器逆时针旋转到底），合上负载开关S2。

b．同时调节电动机磁场调节电阻Rf1，发电机磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机的n=nN,U=UN（200V），I=IN（0.5A），该点为发电机的额定运行点，其励磁电流称为额定励磁电流If2N=    A.

c．在保持n=nN和If2=If2N不变的条件下，逐渐增加负载电阻，即减少发电机负载电流，在额定负载到空载运行点范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，直到空载（断开开关S2），共取6-7组数据，填入表1-3中。其中额定和空载两点必测。

表1-3        n=nN=1600r/min  If2=If2N

直流发电机

（3）调整特性

a．断开发电机负载开关S2，调节发电机磁场电阻Rf2，使发电机空载电压达额定值（UN=200V）

b．在保持发电机n=nN条件下，合上负载开关S2，调节负载电阻R2，逐次增加发电机输出电流I，同时相应调节发电机励磁电流If2，使发电机端电压保持额定值U=UN，从发电机的空载至额定负载范围内每次测取发电机的输出电流I和励磁电流If2，共取5-6组数据填入表1-4中。

表1-4       n=nN=1600r/min,U=UN=200V

直流发电机

直流发电机

2．并励直流发电机

直流发电机

图1-4直流并励发电机接线图

（1）观察自励过程

a．断开主控制屏电源开关，即按下红色按钮，钥匙开关拨向“关”。

按图1-4接线

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻   和磁场调节电阻，位于MEL-09。

A1、mA1：直流电流表、毫安表，位于可调直流电源和励磁电源上。

mA2、A2：直流毫安表、电流表位于MEL-06。

Rf2：MEL-03中二只900Ω电阻相串联，并调至最大。

R2：采用MEL-03中间端和下端变阻器，采用串并联接法，阻值为2250Ω。

S1、S2：位于MEL-05

V1、V2：直流电压表，其中V1位于直流可调电源上，V2位于MEL-06。

b．断开S1、S2，按前述方法（他励发电机空载特性实验b）起动电动机，调节电动机转速，使发电机的转速n=nN，用直流电压表测量发电机是否有剩磁电压，若无剩磁电压，可将并励绕组改接他励进行充磁。

c．合上开关S1，逐渐减少Rf2，观察电动机电枢两端电压，若电压逐渐上升，说明满足自励条件，如果不能自励建压，将励磁回路的两个端头对调联接即可。

（2）外特性

a．在并励发电机电压建立后，调节负载电阻R2到最大，合上负载开关S2，调节电动机的磁场调节电阻Rf1，发电机的磁场调节电阻Rf2和负载电阻R2，使发电机n=nN,U=UN，I=IN。

b．保证此时Rf2的值和n=nN不变的条件下，逐步减小负载，直至I=0，从额定到负载运行范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，填入表1-5中，其中额定和空载两点必测。

表1-5         n=nN=1600r/min     Rf2=      A

直流发电机

3．复励发电机

（1）积复励和差复励的判别

a．接线如图1-5所示

R1、Rf1：电动机电枢调节电阻和磁场调节电阻，位于MEL-09。

A1、mA1：直流电流、毫安表

V2、A2、mA2：直流电压、电流、毫安表，采用MEL-06组件。

Rf2：采用MEL-03中两只900Ω电阻串联。

R2：采用MEL-03中四只900Ω电阻串并联接法，最大值为2250Ω。

S1、S2：单刀双掷和双刀双掷开关，位于MEL-05开关板上。

按图接线，先合上开关S，将串励绕组短接，使发电机处于并励状态运行，按上述并励发电机外特性试验方法，调节发电机输出电流I=0.5IN，n=nN，U=UN。

b．打开短路开关S1，在保持发电机n，Rf2和R2不变的条件下，观察发电机端电压的变化，若此电压升高即为积复励，若电压降低为差复励，如要把差复励改为积复励，对调串励绕组接线即可。

 
  直流发电机

图1-5直流复励发电机接线图

（2）积复励发电机的外特性。

实验方法与测取并励发电机的外特性相同。先将发电机调到额定运行点，n=nN，U=UN，I=IN，在保持此时的Rf2和n=nN不变的条件下，逐次减小发电机负载电流，直至I=0。从额定负载到空载范围内，每次测取发电机的电压U和电流I，共取6-7组数据，记录于表1-6中，其中额定和空载两点必测。

表1-6        n=nN =     r／min     Rf2=常数

直流发电机

    六．注意事项

1.起动直流电动机时，先把R1调到最大，Rf2 调到最小，起动完毕后，再把R1调到最小。

2.做外特性时，当电流超过0.4安时，R2中串联的电阻必须调至零，以免损坏。

    七．实验报告

1.根据空载实验数据，作出空载特性曲线，由空载特性曲线计算出被试电机的饱和系数和剩磁电压的百分数。

2.在同一张座标上绘出他励、并励和复励发电机的三条外特性曲线。分别算出三种励磁方式的电压变化率：

直流发电机

并分析差异的原因。

3.绘出他励发电机调整特性曲线，分析在发电机转速不变的条件下，为什么负载增加时，要保持端电压不变，必须增加励磁电流的原因。

    八．思考题

1.并励发电机不能建立电压有哪些原因？

答：1；电机没有磁路，没有电压，必须通过外加直流电源通电来励磁

2励磁绕组接法和电枢方向没有配合好，最初微小励磁电流产生的磁动势方向与剩磁方向相反。

3对于某回路有以临街转速，转速低于临界转速也不建立起电压。

2.在发电机一电动机组成的机组中，当发电机负载增加时，为什么机组的转速会变低？为了保持发电机的转速n=nN，应如何调节？

答：负载电流增大时电压下降，而励磁电流没有增加，转速降低，为了保持转速正常运行，应曾江励磁电流，以抵消电枢回路的电压降。

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