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.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调速系统的设计及仿真
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、系统总体框图及原理说明
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及理解,引入了555芯片的使用及了解其作用,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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