直流电机PWM调速系统的设计与仿真

1、直流电机PWM调速系统的设计与仿真一、 引言1本课题设计的目的和要求1.直流电机PWM调速系统的目的： （1） 熟悉直流电机PWM调速系统的整体运行过程和总体布局 （2） 掌握该硬件电路的设计方法 （3） 掌握电机PWM调速系统程序的设计和调试 2. 直流电机PWM调速系统的要求 （1）可输入01范围的占空比，占空比可用电位器输入、拨码开关输入或键盘输入。（2）设计电机驱动电路，根据输入的占空比控制电机转速。（3）检测电机转速，并用LED或LCD显示。（4）在PROTUES下仿真。二、系统总体框图与原理说明2.1 总体方案原理及设计框图本设计是基于AT89c51为核心的直流调速器，由单片机控制

2、和产生适合要求的PWM信号，该PWM信号通过驱动芯片电路进行直流调速，使输出电压平均值和功率可以按照PWM信号的占空比而变化，从而达到对直流电机调速的目的。拨码开关输入01范围的占空比，用LCD1602作为主液晶显示器，显示输入的占空比控制电机转速，能够实现较好的人机交互。拨码开关输入模块AT89c51单片机LCD1602显示模块电机驱动模块直流电机示波器显示PWM波形用压控振荡器（可用555电路构成）来模拟直流电机的运行总体方案设计框图三、硬件电路图3.1 PWM产生方式（1）PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。

3、PWM可以应用在很多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开的电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。PWM波形如图所示：PWM波形图设电机始终接通电路时，电机转速最大为，设占空比为：则电机的平均转速为其中指的是电机的平均速度，是指电机在全通电时最大速度，D指的是占空比。由上面的公式可见，当改变占空比D时，就可以得到不同电机平均速度,从而达到调速的目的。（2）单片机片内软件生

4、成PWM信号PWM信号采用单片机定时中断的方式软件模拟产生，这样实现比较容易，可以节约硬件成本。/=定时器0初始化设置=/=定时器0初始化设置=void Time0_Init() /定时器0初始化函数TMOD=0x01; /定时器0为工作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /初始化为定时时间为50msET0=1; /开定时器0中断TR0=1; /开定时器EA=1; /开总开关/=定时器0中断服务程序= void timer0_server(void) interrupt 3 if(PWM_flag) TH0=(65536-PWM_da

5、ta*200)/256; TL0=(65536-PWM_data*200)%256; PWM=1; PWM_flag=PWM_flag; else TH1=(45536+PWM_data*200)/256; TL1=(45536+PWM_data*200)%256; /初始化为定时时间为20ms PWM=0; PWM_flag=PWM_flag; 3.2拨码开关模块的设计本设计输入用8位的拨码开关，能产生256数值，每一种数值对应于一个占空比的值，当输入为256时，最大的占空比为99%,能调节到最大的电机转速。3.3显示模块的设计本设计用LCD1602作为显示模块，它是一种专门用来显示字母、数

6、字、符号等的点阵型液晶模块，可以显示两行，提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。3.4直流电机驱动模块本设计采用光电隔离器，光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，然后把信号通过晶体管IRF640进行放大，驱动直流电机的驱动和调速。3.3模拟直流电机测速模块555定时器，构成简单的振荡电路，利用电阻和电容充放电原理，是输出端产生方波信号，即可模拟简单的脉冲，代替电机的测速，电机测速一般都是利用霍尔元件测出电机转了多少圈，电机转一圈，霍尔元件检测电机触发的脉冲，则会输出响应的信号。光电隔离主要用来处理控制部分和强电部分的信号，减少控制部分

7、受强电的干扰。起隔离作用。四、程序流程图开始LCD1602、定时器t1和t0初始化拨码开关设置PWM值主函数把数据送到LCD1602，显示转速，并调节电机的转速等待重新设置PWM值YN五、仿真说明（1）初始界面时，拨码开关没有设置PWM，直流电机处于停止状态，LCD1602显示PWM为000% 在LCD上显示Motor_Speed为256，这就是在一定时间内低电平的数目。由于INT0是属于低电平输入中断类型的，根据这个原理再通过计数器T1来记录INT0的中断次数即是转速。（2）通过调节拨码开关的值，使占空比增大，从而使直流电机的转速变大。 六、心得体会本设计通过仿真基本能实现对直流电机的调速和

8、测速。课程设计重点在于对单片机的应用与理解，引入了555芯片的使用与了解其作用，对掌握驱动直流电机的方法有一定得要求，通过这几天网上的一些相关资料的查阅，顺利的完成了这个课程设计，但在仿真过程中的一些细节问题上还有着纰漏，在电机的测速的模块的编程不够完美。通过本次课程设计，加深了之前的单片机知识和相应仿真软件的使用。拓宽了本人的知识面，拓展了视野和思维。设计一个直流电机调速系统，无论从学习还是实践的角度上来说，对电气专业的大学生都会产生积极的作用，有利于提高学习热情。参考文献：1.单片机技术及系统设计 周美娟 清华大学出版社2.微型计算机控制技术实用教程 潘新民 王燕芳 电子工业出版社 附录#

9、include#include#include#include#include /=#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/=#define Data_Bus P1sbit PWM=P30;bit PWM_flag=0;unsigned char Time_flag=0;unsigned char DSW_data=0x00;unsigned char PWM_data=0;unsigned int Speed_data=0;unsigned char PWM_Precent5=0x30,0x30,%;unsigned char

10、 MotorSpeed5=0x30,0x30,0x30;/-/- 函数声明 -void delay(uint);void delay_ms(unsigned int ii);/1ms延时函数void get_PWM(void);void get_Speed(void);/=延时子函数=void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_ms(unsigned int ii)/1ms延时函数unsigned int i,x;for (x=0;xii;x+) for (i=0;i200;i+);/=外部中断

11、0初始化程序=void Init_int0(void) EX0=1;/开外部中断0 IT0=1;/触发 EA=1;/=外部中断0服务程序= void Int0_server(void) interrupt 0 EA=0; Speed_data+; EA=1;/=定时器0初始化设置=void Time0_Init() /定时器0初始化函数TMOD=0x01; /定时器0为工作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /初始化为定时时间为50msET0=1; /开定时器0中断TR0=1; /开定时器EA=1; /开总开关/=定时器0中断服务程序

12、=void Time0_Int() interrupt 1 /定时器0中断子函数TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; /初始化为定时时间为50msTime_flag+;if(Time_flag=20) Time_flag=0; get_Speed(); /=定时器1初始化设置=计算方波数void init_timer1(void)TMOD|=0x10; /定时器1为工作方式1 16bitTH1=0xFF;TL1=0xFE; ET1=1; /开定时器1中断TR1=1; /开定时器EA=1; /开总开关/=定时器1中断服务程序= void tim

13、er1_server(void) interrupt 3 if(PWM_flag) TH1=(65536-PWM_data*200)/256; TL1=(65536-PWM_data*200)%256; PWM=1; PWM_flag=PWM_flag; else TH1=(45536+PWM_data*200)/256; TL1=(45536+PWM_data*200)%256; /初始化为定时时间为20ms PWM=0; PWM_flag=PWM_flag; /=get_PWM=void get_PWM(void) DSW_data=Data_Bus; if(DSW_data=0x00)

14、TR1=0; PWM=0; PWM_Precent0=0x30; PWM_Precent1=0x30; else PWM_data=DSW_data*100/256; PWM_Precent0=PWM_data/10+0x30; PWM_Precent1=PWM_data%10+0x30; TR1=1; /=get_Speed=void get_Speed(void) MotorSpeed0=Speed_data/100+0x30;MotorSpeed1=Speed_data/10%10+0x30;MotorSpeed2=Speed_data%10+0x30;Speed_data=0;/- 主函数 -void main() PWM=0; get_PWM(); Init_int0(); Time0_Init(); init_timer1(); LCD_init(); /LCD1602初始化 LCD_write_command(0x01