直流电机PWM调速系统的设计与仿真.docx
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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
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
，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1
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;//初始化为定时时间为50ms
ET0=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
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
#include
#include
#include
#include
#include
//==========================
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//==========================
#defineData_BusP1
sbitPWM=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;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voiddelay_ms（unsignedintii）//1ms延时函数
{
unsignedinti,x;
for（x=0;x{
for（i=0;i<200;i++）;
}
}
//===================外部中断0初始化程序===============
voidInit_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===================
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1
TH0=（65536-50000）/256;
TL0=（65536-50000）%256;//初始化为定时时间为50ms
ET0=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50ms
Time_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116bit
TH1=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20ms
PWM=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_Speed:
"）;
DisplayChar（13,0,MotorSpeed）;
while
（1）
{
get_PWM（）;
DisplayChar（13,1,PWM_Precent）;
DisplayChar（13,0,MotorSpeed）;
}
}
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