直流电机PWM调速系统的设计与仿真.doc

直流电机PWM调速系统的设计与仿真
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