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.
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
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
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
Y
N
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
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