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

1、. z. . . . . 資料. . .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)PWM調(diào)速系統(tǒng)的目的： 1 熟悉直流電機(jī)PWM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*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PROTUES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

2、機(jī)控制和產(chǎn)生適合要求的PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片電路進(jìn)展直流調(diào)速，使輸出電壓平均值和功率可以按照PWM信號(hào)的占空比而變化，從而到達(dá)對(duì)直流電機(jī)調(diào)速的目的。撥碼開(kāi)關(guān)輸入01*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。撥碼開(kāi)關(guān)輸入模塊撥碼開(kāi)關(guān)輸入模塊AT89c51單片機(jī)LCD1602顯示模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)示波器顯示PWM波形用壓控振蕩器可用555電路構(gòu)成來(lái)模擬直流電機(jī)的運(yùn)行總體方案設(shè)計(jì)框圖三、硬件電路圖3.1 PWM產(chǎn)生方式1PWM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，從而到達(dá)控制要求的一種電壓

3、調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在很多方面，比方：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM驅(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)到達(dá)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?，PWM又被稱為開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置。PWM波形如下圖：PWM波形圖設(shè)電機(jī)始終接通電路時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為，設(shè)占空比為：則電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速為其中指的是電機(jī)的平均速度，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,從而到達(dá)調(diào)速的目的。2單片機(jī)片內(nèi)軟件生成PWM信號(hào)

4、PWM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)比擬容易，可以節(jié)約硬件本錢。/=定時(shí)器0初始化設(shè)置=/=定時(shí)器0初始化設(shè)置=void Time0_Init() /定時(shí)器0初始化函數(shù)TMOD=0*01; /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中斷效勞程序= void timer0_server(void) interrupt 3 if(PWM_flag) TH0=(65536-PWM_data*200

5、)/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; /初始化為定時(shí)時(shí)間為20ms PWM=0; PWM_flag=PWM_flag; 3.2撥碼開(kāi)關(guān)模塊的設(shè)計(jì)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)于一個(gè)占空比的值，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。3.3顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)用LCD1602作為顯示模塊，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的

6、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。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)展放大，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，則會(huì)輸出響應(yīng)的信號(hào)。光電隔離主要用來(lái)處理控制局部和強(qiáng)電局部的信號(hào)，減少控制局部受強(qiáng)電的干擾

7、。起隔離作用。四、程序流程圖開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)LCD1602、定時(shí)器t1和t0初始化撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置PWM值主函數(shù)把數(shù)據(jù)送到LCD1602，顯示轉(zhuǎn)速，并調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速等待重新設(shè)置PWM值YN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)處于停頓狀態(tài)，LCD1602顯示PWM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INT0是屬于低電平輸入中斷類型的，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。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。六、心得體會(huì)本設(shè)計(jì)通過(guò)仿真根本能實(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

8、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。參考文獻(xiàn)：1.單片機(jī)技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì) 周美娟 清華大學(xué)2.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)用教程 潘新民 王燕芳 電子工業(yè) 附錄#include#include#

9、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=0*00;unsigned char PWM_data=0;unsigned int Speed_data=0;unsigned char PWM_Precent5=0*30,0*30,%;unsigned char MotorSpeed5=0*3

10、0,0*30,0*30;/ 函數(shù)聲明 void delay(uint);void delay_ms(unsigned int ii);/1ms延時(shí)函數(shù)void get_PWM(void);void get_Speed(void);/=延時(shí)子函數(shù)=void delay(uint z) uint *,y; for(*=z;*0;*-) for(y=110;y0;y-);void delay_ms(unsigned int ii)/1ms延時(shí)函數(shù)unsigned int i,*;for (*=0;*ii;*+) for (i=0;i200;i+);/=外部中斷0初始化程序=void Init_int

11、0(void) E*0=1;/開(kāi)外部中斷0 IT0=1;/觸發(fā) EA=1;/=外部中斷0效勞程序= void Int0_server(void) interrupt 0 EA=0; Speed_data+; EA=1;/=定時(shí)器0初始化設(shè)置=void Time0_Init() /定時(shí)器0初始化函數(shù)TMOD=0*01; /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中斷效勞程序=void Time0_Int() in

12、terrupt 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 init_timer1(void)TMOD|=0*10; /定時(shí)器1為工作方式1 16bitTH1=0*FF;TL1=0*FE; 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中斷效勞程序= void timer1_server(void) int

13、errupt 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; /初始化為定時(shí)時(shí)間為20ms PWM=0; PWM_flag=PWM_flag; /=get_PWM=void get_PWM(void) DSW_data=Data_Bus; if(DSW_data=0*00) TR1=0; PWM=0; PWM_Pr

14、ecent0=0*30; PWM_Precent1=0*30; else PWM_data=DSW_data*100/256; PWM_Precent0=PWM_data/10+0*30; PWM_Precent1=PWM_data%10+0*30; TR1=1; /=get_Speed=void get_Speed(void) MotorSpeed0=Speed_data/100+0*30;MotorSpeed1=Speed_data/10%10+0*30;MotorSpeed2=Speed_data%10+0*30;Speed_data=0;/ 主函數(shù) void main() PWM=0; get_PWM(); Init_int0(); Time0_Init(); init_timer1(); LCD_init(); /LCD1602初始化 LCD_write_mand(0*01