直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、引言1本課題設(shè)計(jì)的目的和要求1. 直流電機(jī)PW調(diào)速系統(tǒng)的目的：（1）熟悉直流電機(jī)PW調(diào)速系統(tǒng)的整體運(yùn)行過(guò)程和總體布局（2）掌握該硬件電路的設(shè)計(jì)方法（3）掌握電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試2. 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的要求（1）可輸入01范圍的占空比，占空比可用電位器輸入、撥碼開(kāi)關(guān)輸入或鍵 盤(pán)輸入。（2）設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)輸入的占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。（3）檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并用LED或LCD顯示。（4）在PROTUE下仿真。二、系統(tǒng)總體框圖與原理說(shuō)明2.1總體方案原理及設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)是基于AT89C51為核心的直流調(diào)速器，由單片機(jī)控制和產(chǎn)生適合要求的 PWM

2、信號(hào)，該P(yáng)WMS號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片電路進(jìn)行直流調(diào)速，使輸出電壓平均值和功率可以 按照PWM&號(hào)的占空比而變化，從而達(dá)到對(duì)直流電機(jī)調(diào)速的目的。撥碼開(kāi)關(guān)輸入01范圍的占空比，用LCD1602作為主液晶顯示器，顯示 輸入的占空比控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn) 較好的人機(jī)交互。總體方案設(shè)計(jì)框圖三、硬件電路圖ifnri!二Z? C2mFEZZ7 C2rarD9AJ1LCD 1LI-M-iM.41-科>TbI d»X«£iC-XTKJ-KTIB<I 1KUM JKjfbA-bMVT«|Tr jdi和山cACFTPJ-jM!-iJF«i*r-jjir

3、rm iPJ.-Q3&FmF>lF-JJifiTFFm.Fl.-iTf-ii> kiJ-PT1站審P-lJWIM tEFI見(jiàn)哥!-?7z|23.1 PWM產(chǎn)生方式(1) pwm脈沖寬度調(diào)制)是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩 端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在很多方面，比如:電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM區(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)的電源，并且根據(jù) 需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。正因?yàn)槿绱耍?/p>

4、 PW又被稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置” 。PWM波形如圖所示：PW波形圖3設(shè)電機(jī)始終接通電路時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為:t1T則電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速為maxVa其中V a指的是電機(jī)的平均速度，V max是指電機(jī)在全通電時(shí)最大速度，D指的是占空比。 由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)改變占空比 D時(shí)，就可以得到不同電機(jī)平均速度 Va，從而達(dá)到調(diào) 速的目的。(2)單片機(jī)片內(nèi)軟件生成PW信號(hào)PW信號(hào)采用單片機(jī)定時(shí)中斷的方式軟件模擬產(chǎn)生，這樣實(shí)現(xiàn)比較容易，可以節(jié)約硬件成本。/=定時(shí)器 0 初始化設(shè)置=/=定時(shí)器 0 初始化設(shè)置=void Time0_lnit() /定時(shí)器0初始化函數(shù)TMOD=0x01; /定時(shí)器0

5、為工作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; / 初始化為定時(shí)時(shí)間為 50msET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1; /開(kāi)定時(shí)器EA=1; /開(kāi)總開(kāi)關(guān) /=定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序=void timer0_server(void) in terrupt 3if(PWM_flag)TH0=(65536-PWM_data*200)/256;TL0=(65536-PWM_data*200)%256;PWM=1;PWM_flag=PWM_flag;elseTH1=(45536+PWM_data*200)/256;TL1=(45536+PWM_

6、data*200)%256; /初始化為定時(shí)時(shí)間為 20msPWM=0;PWM_flag=PWM_flag;3.2撥碼開(kāi)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)個(gè)占空比的本設(shè)計(jì)輸入用8位的撥碼開(kāi)關(guān)，能產(chǎn)生256數(shù)值，每一種數(shù)值對(duì)應(yīng)于值，當(dāng)輸入為256時(shí)，最大的占空比為99%能調(diào)節(jié)到最大的電機(jī)轉(zhuǎn)速。4DSW1LM016L訂 EXTPWn_Pr-ec.ent： 33%riotor Speed： 257CO Q LU0CO Q LU (Z) >O T- CXI CO 寸 99卜> > > tT K LU QQQQQQQQ3.3顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)用LCD1602作為顯示模塊，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)

7、字、符號(hào)等的點(diǎn) 陣型液晶模塊，可以顯示兩行，提供各種控制命令，如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、 顯示移位等多種功能。5LCD1LIXZ1O1GLPWn_Pe-c-ent =1not-on SRee-cJ =2 5 S望晝里 程走亠 8ES8388&3.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本設(shè)計(jì)采用光電隔離器，光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，然后把信號(hào)通過(guò)晶體管IRF640進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和調(diào)速。3.3模擬直流電機(jī)測(cè)速模塊555定時(shí)器，構(gòu)成簡(jiǎn)單的振蕩電路，利用電阻和電容充放電原理，是輸出端產(chǎn)生方 波信號(hào)，即可模擬簡(jiǎn)單的脈沖，代替電機(jī)的測(cè)速，電機(jī)測(cè)速一般都是利用

8、霍爾元件測(cè)出 電機(jī)轉(zhuǎn)了多少圈，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件檢測(cè)電機(jī)觸發(fā)的脈沖，貝U會(huì)輸出響應(yīng)的信號(hào)。 光電隔離主要用來(lái)處理控制部分和強(qiáng)電部分的信號(hào)，減少控制部分受強(qiáng)電的干擾。起隔 離作用。67二 02vTECl1 mF yT丘LJ3四、程序流程圖8五、仿真說(shuō)明(1)初始界面時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)沒(méi)有設(shè)置 PWM直流電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，LCD1602顯示PW為 000%在LCD上顯示Motor_Speed為256，這就是在一定時(shí)間內(nèi)低電平的數(shù)目。由于INTO是屬于低電平輸入中斷類(lèi)型的，根據(jù)這個(gè)原理再通過(guò)計(jì)數(shù)器T1來(lái)記錄INT0的中斷次數(shù)即是轉(zhuǎn)速。9#(2)通過(guò)調(diào)節(jié)撥碼開(kāi)關(guān)的值，使占空比增大，從而使直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速變大

9、gOFFON1 l=MIZZMjADIPSW_8<TEX7DSW1-J#®.LCD1PUnJrtcenl： m llotor-Sp&ed： 256妙¥ECEuj 8231"巾可.-r六、心得體會(huì)本設(shè)計(jì)通過(guò)仿真基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速和測(cè)速。課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)單片機(jī)的 應(yīng)用與理解，引入了 555芯片的使用與了解其作用，對(duì)掌握驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的方法有一定得 要求，通過(guò)這幾天網(wǎng)上的一些相關(guān)資料的查閱，順利的完成了這個(gè)課程設(shè)計(jì)，但在仿真過(guò) 程中的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題上還有著紕漏，在電機(jī)的測(cè)速的模塊的編程不夠完美。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加深了之前的單片機(jī)知識(shí)和相應(yīng)仿真軟件的

10、使用。拓寬了本人 的知識(shí)面，拓展了視野和思維。設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，無(wú)論從學(xué)習(xí)還是實(shí)踐的角度上來(lái)說(shuō)，對(duì)電氣專業(yè)的大學(xué)生都會(huì)產(chǎn)生積極的作用，有利于提高學(xué)習(xí)熱情。周美娟潘新民王燕芳清華大學(xué)出版社 電子工業(yè)出版社參考文獻(xiàn)：1. 單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)用教程附錄#in clude<reg52.h>#in clude<math.h>#i ncludevstri ng.h>#in clude<absacc.h>#i nclude<lcd1602.h>/=#defi ne uchar un sig ned char#defi

11、ne uint un sig ned int/=#defi ne Data_Bus P1sbit PWM=P3A0;bit PWM_flag=0;un sig ned char Time_flag=0;un sig ned char DSW_data=0x00;un sig ned char PWM_data=0;un sig ned int Speed_data=0;un sig ned char PWM_Prece nt5=0x30,0x30,'%'un sig ned char MotorSpeed 5=0x30,0x30,0x30;/函數(shù)聲明延時(shí)函數(shù)void delay

12、( uin t);void delay_ms( un sig ned int ii);/1msvoid get_PWM(void);void get_Speed(void);/=延時(shí)子函數(shù)= void delay( uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x_)for(y=110;y>0;y-);void delay_ms( un sig ned int ii)/1ms延時(shí)函數(shù)un sig ned int i,x;for (x=0;x<ii;x+)for (i=0;i<200;i+);=外部中斷 0 初始化程序=void In it_i nt0(void

13、)EX0=1;開(kāi)外部中斷0IT0=1; 觸發(fā)EA=1;/=外部中斷 0 服務(wù)程序=void In t0_server(void) in terrupt 0EA=0;Speed_data+;EA=1;/=定時(shí)器 o 初始化設(shè)置= void TimeOnit() / 定時(shí)器0初始化函數(shù)TMOD=0x01; /定時(shí)器0為工作方式1TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; / 初始化為定時(shí)時(shí)間為 50msET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷TR0=1; /開(kāi)定時(shí)器EA=1; /開(kāi)總開(kāi)關(guān)/=定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序= void Time0_Int() inter

14、rupt 1 /定時(shí)器 0 中斷子函數(shù)TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256; / 初始化為定時(shí)時(shí)間為 50msTime_flag+;if(Time_flag=20)Time_flag=0;get_Speed();=定時(shí)器1初始化設(shè)置=計(jì)算方波數(shù) void ini t_timer1(void)TMOD|=0x10; /定時(shí)器1為工作方式1 16bitTH1=0xFF;TL1=0xFE;ET1=1; /開(kāi)定時(shí)器1中斷TR1=1; /開(kāi)定時(shí)器EA=1; /開(kāi)總開(kāi)關(guān)/=定 時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序=void timer1_server(void) in

15、terrupt 3 if(PWM_flag)TH1=(65536-PWM_data*200)/256;TL1=(65536-PWM_data*200)%256;PWM=1;PWM_flag=PWM_flag;elseTH1=(45536+PWM_data*200)/256;TL1=(45536+PWM_data*200)%256; / 初始化為定時(shí)時(shí)間為 20msPWM=0;PWM_flag=PWM_flag;=get_PWM= void get_PWM(void)DSW_data=Data_Bus;if(DSW_data=0x00)TR1=0;PWM=0;PWM_Prece nt0=0x30

16、;PWM_Prece nt1=0x30;elsePWM_data=DSW_data*100/256;PWM_Prece nt0=PWM_data/10+0x30;PWM_Prece nt1=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;/- 主函數(shù)void main()PWM=0;get_PWM();In it_i nt0();Time0_l ni t();in it_timer1();LCDn it();/LCD1602初始化LCD_write_comm