直流电机PWM调速系统的设计与仿真

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0~1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0~1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。总体方案设计框图三、硬件电路图拨码开关输入模块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3.1PWM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。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Vmax，设占空比为：TtD1则电机的平均转速为DVVa*max其中Va指的是电机的平均速度，Vmax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Va,从而达到调速的目的。（2）单片机片内软件生成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===================voidTime0_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===============voidtimer0_server(void)interrupt3{if(PWM_flag){TH0=(65536-PWM_data*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20msPWM=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#includereg52.h#includemath.h#includestring.h#includeabsacc.h#includelcd1602.h//==========================#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//==========================#defineData_BusP1sbitPWM=P3^0;bitPWM_flag=0;unsignedcharTime_flag=0;unsignedcharDSW_data=0x00;unsignedcharPWM_data=0;unsignedintSpeed_data=0;unsignedcharPWM_Precent[5]={0x30,0x30,'%'};unsignedcharMotorSpeed[5]={0x30,0x30,0x30};//--------------------------//-------函数声明--------voiddelay(uint);voiddelay_ms(unsignedintii);//1ms延时函数voidget_PWM(void);voidget_Speed(void);//====================延时子函数=========================voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x0;x--)for(y=110;y0;y--);}voiddelay_ms(unsignedintii)//1ms延时函数{unsignedinti,x;for(x=0;xii;x++){for(i=0;i200;i++);}}//===================外部中断0初始化程序===============voidInit_int0(void){EX0=1;//开外部中断0IT0=1;//触发EA=1;}//==================外部中断0服务程序===================voidInt0_server(void)interrupt0{EA=0;Speed_data++;EA=1;}//===================定时器0初始化设置===================voidTime0_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===============voidTime0_Int()interrupt1//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voidinit_timer1(void){TMOD|=0x10;//定时器1为工作方式116bitTH1=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===============voidtimer1_server(void)interrupt3{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20msPWM=0;PWM_flag=~PWM_flag;}}//==================get_PWM============================voidget_PWM(void){DSW_data=Data_Bus;if(DSW_data==0x00){TR1=0;PWM=0;PWM_Precent[0]=0x30;PWM_Precent[1]=0x30;}else{PWM_data=DSW_data*100/256;PWM_Precent[0]=PWM_data/10+0x30;PWM_Precent[1]=PWM_data%10+0x30;TR1=1;}}//==================get_Speed============================voidget_Speed(void){MotorSpeed[0]=Speed_data/100+0x30;MotorSpeed[1]=Speed_data/10%10+0x30;MotorSpeed[2]=Speed_data%10+0x30;Speed_data=0;}//------主函数-----------voidmain(){PWM=0;get_PWM();Init_int0();Time0_Init();init_timer1();LCD_init();//LCD1602初始化LCD_write_command(0x01);//LCD清屏delay_ms(10);DisplayChar(0,1,PWM_Precent:);DisplayChar(13,1,PWM_Precent);DisplayChar(0,0,Motor_Spe