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

电机驱动模块

直流电机

示波器显示

用压控振荡器（可用555电路构成）来模拟直流电机的运行

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。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V max ，设占空比为：

T

t D 1

=

则电机的平均转速为

D V

V

a

*max

=

其中V a 指的是电机的平均速度，V max 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V a ,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=================== void Time0_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===============

void timer0_server(void) interrupt 3

{

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

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

Y

重新设置

PWM值

N

等待