直流电机PWM调速系统的设计与仿真.pdf

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。

0/17

用压控振荡器（可用555电
拨码开关输入模块
路构成）来模拟直流电机的

AT89c51单片机

电机驱动模块

LCD1602显示波器显示
直流电机

总体方案设计框图

三、硬件电路图

1/17

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，V是指电机在全通电时最大速度，D指的是占空
max
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,从而达到
a
调速的目的。

2/17

（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
{

3/17

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。

4/17

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。

5/17

3.3模拟直流电