《基于單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》7700字（論文）

基于單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要直流電動(dòng)機(jī)是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電力裝置，脈寬調(diào)制（PWM）則是用來調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的速度。因此這篇文章研究的主題為設(shè)計(jì)基于51單片機(jī)的PWM直流電機(jī)控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)選擇的主控芯片為STC89C51，該單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)將PWM傳輸過來的信號(hào)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，然后調(diào)整電機(jī)的速度。本文在介紹了L298驅(qū)動(dòng)模塊的基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)速器的硬件電路進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本論文采用KeilC51軟件對(duì)單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度方向進(jìn)行控制，使其具有起動(dòng)能力。滿足各個(gè)功能的設(shè)計(jì)要求。而且在設(shè)計(jì)完之后又用proteus軟件校驗(yàn)電路。最后，調(diào)試整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)電路，確保軟硬件的性能滿足設(shè)計(jì)要求，最后的測(cè)試結(jié)果可以看出，這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足系統(tǒng)的調(diào)速需要，能夠完成直流電機(jī)的調(diào)速功能的要求。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；脈寬調(diào)制；調(diào)速目錄TOC\o"1-3"\h\u326901引言 1309002直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 292492.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 2118892.2PWM直流電機(jī)調(diào)速原理 3148292.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路 4265283硬件電路設(shè)計(jì) 5163183.1基于單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 5242413.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 7274233.3調(diào)速系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì) 8113793.4測(cè)試模塊電路設(shè)計(jì) 934053.5PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 10128474系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1129174.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 1134924.1.1主程序設(shè)計(jì) 11278944.1.2PWM信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì) 12117124.1.3延時(shí)程序設(shè)計(jì) 13236314.2系統(tǒng)調(diào)試 1457104.2.1軟件調(diào)試 1435774.2.2測(cè)速軟件設(shè)計(jì) 1445975系統(tǒng)仿真調(diào)試 16289855.1仿真調(diào)試軟件選取 16197635.1.1編程軟件選取 16229435.1.2硬件電路仿真軟件選取 16272025.2系統(tǒng)仿真調(diào)試結(jié)果 164569結(jié)論 1923810致謝 202671參考文獻(xiàn) 215983杭州電子科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）考核表 221引言近些年來，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的興起，關(guān)于以單片機(jī)為控制芯片的操作系統(tǒng)的研究也越來越多，本文通過對(duì)L298驅(qū)動(dòng)模塊的介紹，詳細(xì)分析了該控制器的硬件電路，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本文以KeilC51為核心，開發(fā)了一種基于KeilC51的單片微處理器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方向的控制，從而使其具備啟動(dòng)功能。本文主要以51系列單片機(jī)作為控制芯片，本文圍繞PWM直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究.并對(duì)硬件和軟件的區(qū)別作了說明，探究了以下幾方面內(nèi)容：（1）本文系統(tǒng)地研究了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理，并根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際情況，研制了一套適用于直流電動(dòng)機(jī)的微機(jī)調(diào)試系統(tǒng)。（2）對(duì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討；分析系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的必要條件，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體步驟。（3）利用相關(guān)軟硬件平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)算法測(cè)試，然后把得出的結(jié)果進(jìn)行分析與討論。2直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)目前國內(nèi)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的技術(shù)研究已經(jīng)非常成熟，而且由于它在社會(huì)生活的方方面面都有廣泛的應(yīng)用。所以對(duì)其的研究有著很強(qiáng)的研究價(jià)值，因此本章主要對(duì)以單片機(jī)為控制核心的PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究，然后對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和運(yùn)行原理進(jìn)行系統(tǒng)的探討。2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)是直流電機(jī)的主要組成部件，其工作原理是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；而發(fā)電機(jī)，則是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力，其結(jié)構(gòu)如下：圖2-1直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖從上面的結(jié)構(gòu)圖可以看出，直流電動(dòng)機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成的。在定子與轉(zhuǎn)自之間有一個(gè)空隙，在電樞鐵心上邊置放一組電樞繞組，這個(gè)電樞繞組的手段與末端之間分別連接到兩個(gè)圓弧的銅片上邊，該圖片也叫換相片。為了設(shè)計(jì)過程更加保險(xiǎn)，兩銅片之間是必須完全絕緣的，滿足完全不導(dǎo)電的要求，并且可以將換向器設(shè)置在兩銅片的連接點(diǎn)上。換向器會(huì)固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，同時(shí)與轉(zhuǎn)軸直接也是相互絕緣的。在換向片上邊還會(huì)有一對(duì)固定的電刷，它的作用就是在電樞旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，將外部的線路連接起來。直流馬達(dá)是以磁場為動(dòng)力，磁場指就是磁極鐵芯周圍纏上一層線圈，發(fā)電過后會(huì)在線圈周圍產(chǎn)生一定的作用力，而產(chǎn)生這些作用力的就是磁場。2.2PWM直流電機(jī)調(diào)速原理PWM（PluseWidthModulation）被叫做脈沖寬度調(diào)制器，電機(jī)內(nèi)部的脈沖電需要調(diào)制器來提供。其中脈沖寬度對(duì)于電機(jī)的調(diào)速性能來說十分重要，其功能是在電樞轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，將外部的電線與之相連。直流電動(dòng)機(jī)由磁場驅(qū)動(dòng)，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)不可避免的變慢。PWM的電平高低與電機(jī)的狀態(tài)無關(guān)，平均電壓才是電機(jī)轉(zhuǎn)速的主要影響因素。PWM能夠直接實(shí)現(xiàn)受控系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)傳輸，省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換這一步驟。以數(shù)字形態(tài)進(jìn)行，信號(hào)傳輸能夠在一定程度上削弱噪聲。噪聲也只有在邏輯1~0或邏輯0~1的時(shí)候才會(huì)對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸過程造成干擾。因此可以看出PWM的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是抗噪優(yōu)勢(shì)，因此該技術(shù)在通信領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用范圍。PWM進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)候能夠最大程度的提高通信范圍。接收端能夠滿足高頻方波的過濾調(diào)制，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬狀態(tài)。而該調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)見下圖2-2和圖2-3所示：圖2-2PWM調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖2-3PWM調(diào)速系統(tǒng)輸出波形其速度控制原理的工作時(shí)間比公式見（2-1）：（2-1）公式中的代表的就是對(duì)電機(jī)施加的電壓的變化周期；公式中的代表的就占空比；表示電動(dòng)機(jī)在某一循環(huán)中所施加的高電平所維持的時(shí)間；表示電動(dòng)機(jī)在某一循環(huán)中所施加的低電平始終存在的時(shí)間；若要調(diào)整PWM脈沖的工作周期，最常見的是右調(diào)頻、調(diào)寬以及二者的組合。2.3系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路在本論文中，由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比較平穩(wěn)，所以選擇51系列的單片機(jī)作為控制器，同時(shí)也要進(jìn)行PWM的調(diào)試，以達(dá)到對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求。在搭建系統(tǒng)的過程中，要對(duì)軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，為了確保直流電機(jī)的速度控制精度滿足標(biāo)準(zhǔn)，必須要讓系統(tǒng)各個(gè)部分都滿足性能要求，它的系統(tǒng)構(gòu)成在下面的圖2-4中顯示：圖2-4系統(tǒng)總體構(gòu)成框圖從上面的結(jié)構(gòu)圖中可以得出用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制，在P答辯人進(jìn)行信號(hào)輸出之后，還需要利用改變占空比來對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出端的信號(hào)進(jìn)行處理之后，會(huì)轉(zhuǎn)變成控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制信號(hào)，而這些部分均為直流電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分。3硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)是極其重要的，是整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，要是硬件電路突然故障，系統(tǒng)運(yùn)行就會(huì)受阻，所以一定要重視硬件電路的設(shè)計(jì)過程。本文所研究的直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，首先要考慮的是硬件的選擇和對(duì)整個(gè)電路的控制，既要保證系統(tǒng)的性能，又要保證系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。3.1基于單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用了目前51系列微處理器的改進(jìn)版本STC89C52RC。它使用MCS-51內(nèi)核，但具有許多51微控制器所沒有的特性。正是正因?yàn)槿绱耍@個(gè)單片機(jī)才會(huì)被越來越多的人所采用。下面的圖3-1中顯示了它的單片機(jī)引腳的示意圖：圖3-1STC89C52RC單片機(jī)引腳示意圖從上面的數(shù)據(jù)可以看出，在STC89C52RC中，40引腳VCC是用來作為MCU供電的；20引腳VSS是指MCU的地線；9引腳RST指示微控制器的復(fù)位輸出，30引腳ALE/PROG指示地址鎖存器ALE，當(dāng)存取外部程式或資料儲(chǔ)存裝置時(shí)，接收脈沖的輸出。地址的8位字節(jié)，31的EA表示當(dāng)有外部存取信號(hào)時(shí)，存取是否被允許[13]。在EA的低級(jí)狀態(tài)下，可以進(jìn)行存取，否則不能進(jìn)行位元存取。在表3-1中，P0到P3的作用如下：表3-1引腳功能表STC89C52RC的核心部分是一種高效的反相放大器，它的引腳RXD和TXD是該放大器的輸入和輸出。下面的圖表3-2中可以看到：（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路（b）外部方式時(shí)鐘電路圖3-2時(shí)鐘電路圖a顯示內(nèi)部模式時(shí)鐘電路，圖b顯示外部模式時(shí)鐘電路。市面上經(jīng)常選用晶體管與電容器組成的諧振電路作為系統(tǒng)的定時(shí)元件。在外模式的時(shí)鐘電路中，引腳RXD將直接接地，TXD連接到外部的振蕩器上，并且不會(huì)對(duì)外部震蕩信號(hào)產(chǎn)生干擾，只要確保脈沖寬度滿足要求即可。復(fù)位電路是微處理器中的一個(gè)關(guān)鍵部件，它由兩個(gè)部件組成。外部電路的作用是將重置信號(hào)傳送給觸發(fā)器，觸發(fā)信號(hào)必須在重置回路中進(jìn)行位置和取樣，從而獲得所需的重置信號(hào)。有許多方法可以重置動(dòng)作，重置電路如圖3-3所示：（a）上電復(fù)位（b）按鍵電平復(fù)位（c）按鍵脈沖復(fù)位圖3-3復(fù)位信號(hào)電路圖圖a是上電重置，圖b是重置鍵的電平，而圖c是重置鍵的脈沖。主要通過電容重置的充電工藝來完成供電重置，要想讓該過程自動(dòng)進(jìn)行，請(qǐng)務(wù)必保證電壓控制中心的升高時(shí)間不會(huì)超過1毫秒。按鍵電平復(fù)位的方法有電平復(fù)位和脈沖復(fù)位，按鍵電平復(fù)位的方法是在復(fù)位端子與電源之間設(shè)置電阻器，按鍵脈沖復(fù)位則是采用RC差分電路將正脈沖提供給復(fù)位電路。3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本論文所采用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模組為L298N，可在高壓、大電流等工作條件下，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組的穩(wěn)定運(yùn)行。其工作電壓高，最高可達(dá)46V，輸出電流高，最高可達(dá)3A，正常運(yùn)行時(shí)，其額定功率為25W。這個(gè)模塊的功能是為諸如直流電動(dòng)機(jī)之類的電力裝置供電。下面的圖3-4顯示了它的原理圖：圖3-4L298N驅(qū)動(dòng)原理圖通過對(duì)它的原理圖的觀察，可以看出該組件中的電容是用于過濾的。VCC表示由5V的L298N晶片提供，該組件需要外部連接，此處接地時(shí)最好取邏輯部分的電壓供電；D1-D8代表的是續(xù)流二極管；VIN指的就是電機(jī)供電的電源接口，要是電機(jī)是用9伏電源進(jìn)行供電的，那么就將VIN與電源正極相連，GND與負(fù)極相連。必須要知道的是如果L298N的充電電壓達(dá)到了5伏，如果要更換電源供電方式，使得供電電源與單片機(jī)電源分開，就必須實(shí)現(xiàn)GND的相互連接，只有這樣，才能保證微處理器的邏輯信號(hào)具有一定的零點(diǎn)特性。其L298N模塊在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，其所接收到的信號(hào)和所輸出的信號(hào)都是非常關(guān)鍵的，其輸入和輸出之間的關(guān)系如表3-2所示：表3-2L298N輸入輸出關(guān)系在L298N的驅(qū)動(dòng)組件對(duì)DC馬達(dá)進(jìn)行控制時(shí)，其顯示在以下的圖3-5中：圖3-5L298N控制直流電機(jī)從上面的數(shù)據(jù)可以看出，L298N在接收到單片機(jī)的信號(hào)后，可以對(duì)其進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制。3.3調(diào)速系統(tǒng)供電電源電路設(shè)計(jì)本論文所設(shè)計(jì)的調(diào)速器控制系統(tǒng)的供電電壓為5V，而驅(qū)動(dòng)模塊的供電電壓為12V，因此，本論文所研制的調(diào)速系統(tǒng)的供電線路可同時(shí)提供5V和12V的電壓，因此在設(shè)計(jì)供電線路時(shí)，必須采用線性DC供電方式。因此，該系統(tǒng)采用了兩個(gè)DC穩(wěn)壓器。雙路供電是指有兩個(gè)獨(dú)立的輸出，雙路直流穩(wěn)壓電源是指具有兩個(gè)獨(dú)立輸出的直流穩(wěn)壓電壓。下面的圖3-6中顯示了它的電路示意圖：圖3-6雙路直流穩(wěn)壓電源的電路原理圖雙路電壓穩(wěn)壓器的優(yōu)勢(shì)是引腳對(duì)傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源，雙路電壓穩(wěn)壓器采用雙向通道作為直流輸出，這是由于采用了內(nèi)部集成技術(shù)，將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，提高了變壓器的利用率，因此，這種結(jié)構(gòu)可以在不同的場合得到廣泛的應(yīng)用，因此，本次設(shè)計(jì)將其作為直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力模塊。3.4測(cè)試模塊電路設(shè)計(jì)利用光電傳感器對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行檢測(cè)，并將一張卡片裝在電動(dòng)機(jī)的軸的上端。紙卡上留有兩個(gè)孔。每當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過光電傳感器來測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，把一塊卡安裝到電機(jī)的轉(zhuǎn)子上。圖3-7測(cè)速模塊原理圖3.5PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)PWM是通過對(duì)各種參數(shù)的控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的控制。與其他控制方式相比，PWM控制技術(shù)具有操作難度相對(duì)較低、運(yùn)行周期相對(duì)較短、數(shù)據(jù)結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定等諸多實(shí)際優(yōu)勢(shì)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。PWM技術(shù)沒有地域性，關(guān)鍵是理解控制思想，了解切換控制。采用PWM技術(shù)，在不同的電壓比例下，實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的轉(zhuǎn)換。PWM信號(hào)可以由STC89C52RC程序來完成，該方案采用了恒頻調(diào)制模式，也就是固定脈沖信號(hào)的頻率，調(diào)整電壓以增加脈沖寬度。在電平條件下，脈沖信號(hào)工作循環(huán)的時(shí)間（在一個(gè)循環(huán)中，高電平狀態(tài)下的電壓值為一循環(huán)的百分比），以實(shí)現(xiàn)用于調(diào)速的DC電動(dòng)機(jī)的調(diào)整。它的PWM控制系統(tǒng)的工作原理如下：圖3-8直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本論文所研制的以51微處理器為核心的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，在硬件電路設(shè)計(jì)完畢后，還需對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序主要包括三個(gè)部分：主程序，中斷程序和其它控制程序。其中，主要程序的功能是使電壓實(shí)現(xiàn)率常數(shù)的工作周期發(fā)生變化，中斷程序的目的是為了提高系統(tǒng)的效率、保證系統(tǒng)的正常工作和滿足實(shí)時(shí)處理的要求。該軟件可以在任何時(shí)候?qū)λ占臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)PWM信號(hào)的波形來確定電機(jī)的速度。4.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1.1主程序設(shè)計(jì)在軟件設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵是要對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，而要對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，則必須對(duì)其進(jìn)行編程，因此，主程序的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。圖4-1中顯示了它的系統(tǒng)流程圖：圖4-1主程序流程圖從圖4-1中可以看出，本論文所研制的直流電動(dòng)機(jī)采用AT89C52RC型微處理器，采用PWM信號(hào)產(chǎn)生電路，L298N驅(qū)動(dòng)模塊安裝在直流電動(dòng)機(jī)的主軸上，利用霍爾傳感器進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)的速度檢測(cè)。本文利用PWM信號(hào)在直流電動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生的改變來改變信號(hào)，然后，可以對(duì)直流馬達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)定，并記錄所測(cè)的速度，并利用濾波器解壓它的信號(hào)，以發(fā)出快速馬達(dá)的信號(hào)，最后由數(shù)字模擬芯片將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送給微處理器，再經(jīng)過內(nèi)部的循環(huán)控制，最終達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.1.2PWM信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì)PWM(PulseWidthModulation)，即脈寬調(diào)制。在測(cè)量、通訊、電源控制、轉(zhuǎn)換等方面，采用單片機(jī)輸出控制模擬電路是一種行之有效的控制技術(shù)。PWM技術(shù)是用來對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的一種方式。該方法利用高解析度計(jì)數(shù)器對(duì)方波的工作循環(huán)進(jìn)行調(diào)制，從而將某一模擬信號(hào)的電平編碼。PWM信號(hào)依然是數(shù)字信號(hào)。是因?yàn)?，在任意給定的時(shí)間內(nèi)，全范圍的直流供電是完全存在或完全不存在的。將電壓或電流源以連續(xù)的連續(xù)脈沖加到模擬負(fù)荷上。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，向負(fù)荷中加入直流供電，當(dāng)斷電時(shí)，切斷電源。如果你有足夠的頻寬，你可以用PWM編碼任意的模擬。大部分這種負(fù)荷，不管是電容負(fù)荷，都要求調(diào)制頻率在10赫茲以上，一般在1kHz至200kHz。而PWM所生成的波形則是以鋸齒波來表達(dá)，所以與其他波形相比，鋸齒波可以很好地反映出信號(hào)的變化規(guī)律。PWM信號(hào)的主要變化是因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間的不同而引起的波形變化較大，而在一段時(shí)間內(nèi)，PWM信號(hào)的波形變化是固定的。其功能在以下圖4-2中顯示：圖4-2產(chǎn)生PWM信號(hào)時(shí)的電路波形在PWM信號(hào)生成期間，波形的出現(xiàn)過程在以下圖4-3中顯示：圖4-3產(chǎn)生PWM信號(hào)時(shí)波形的發(fā)生過程4.1.3延時(shí)程序設(shè)計(jì)為了確保程序的正常工作，每一個(gè)程序都要有自己的延遲程序，通常采用單片機(jī)的晶振和機(jī)器周期來編寫延時(shí)程序在延時(shí)的編程中要用for程序來實(shí)現(xiàn)。由于所選擇的PWM電路可以確保時(shí)間和速度的穩(wěn)定性，所以可以應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的速度控制。該系統(tǒng)采用L298N型驅(qū)動(dòng)模塊，并與51型MCU產(chǎn)生PWM信號(hào)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等功能。采用H形PWM電路，既能保證穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，又能保證輸出的穩(wěn)定性，因此在高頻率下，可以廣泛地應(yīng)用于控制系統(tǒng)。圖4-4延時(shí)程序流程圖4.2系統(tǒng)調(diào)試在完成了所設(shè)計(jì)的軟體和軟體電路后，就必須進(jìn)行軟件的調(diào)試。確保了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。4.2.1軟件調(diào)試本文主要分為軟硬件兩大部分，其中以52臺(tái)微處理器為核心，為本文的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，并對(duì)計(jì)算、運(yùn)算起到了最直接的作用。軟件部分主要是分析來自于硬件的數(shù)據(jù)，也是論文硬件部分結(jié)果的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，分析單機(jī)直流電機(jī)的調(diào)速效果。在論文的仿真中選擇Proteus，先畫出并查看整個(gè)過程的電路圖。觀察有無缺陷，如果編程語言能正確運(yùn)行，則生成模擬文件，然后把仿真文檔傳送給方舟，以檢驗(yàn)本文的測(cè)試結(jié)果。4.2.2測(cè)速軟件設(shè)計(jì)該電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的核心部件是7個(gè)互相制約的程序，每個(gè)步驟的檢測(cè)結(jié)果是互相影響的。最后，將電動(dòng)機(jī)的速度計(jì)算出來，并將其顯示在顯示屏上。下面的圖4-5顯示了它的測(cè)試流程：圖4-5測(cè)試程序流程圖從上面4-5中可以看出，試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)是由編程和圖形顯示決定的。5系統(tǒng)仿真調(diào)試本章對(duì)所設(shè)計(jì)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了模擬和調(diào)試，以保證所設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)的工作性能。5.1仿真調(diào)試軟件選取5.1.1編程軟件選取本論文所用的STC89C52RC處理器，是用C語言來實(shí)現(xiàn)的，它所需要的軟件就是KeilC51,KeilC51是美國一家叫做KeilSoftware的公司開發(fā)的C語言軟件。匯編是最低級(jí)的編程語言，它在一般功能和結(jié)構(gòu)方面都優(yōu)于C語言。Keil公司提供了一套完整的軟件設(shè)計(jì)方案，其中包含C編譯器、宏匯編器、鏈接器、庫管理以及功能強(qiáng)大的模擬器調(diào)試器。KeilC51產(chǎn)生的代碼效率很高，大多數(shù)語句產(chǎn)生的匯編代碼都是簡單明了的。高級(jí)語言的優(yōu)點(diǎn)在開發(fā)大型軟件時(shí)得到了充分的體現(xiàn)。在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性等方面，C語言比匯編語言更容易掌握。5.1.2硬件電路仿真軟件選取由于硬件電路的實(shí)際焊接存在著許多問題，所以必須要進(jìn)行模擬和調(diào)試，這樣才能在最短的時(shí)間內(nèi)找到問題，而在模擬軟件中完成了預(yù)定的功能，那么實(shí)際焊接的效率就會(huì)更高。本文所選擇的軟件是對(duì)硬件電路進(jìn)行模擬的。Proteus軟件是由英國Lab中心電氣公司發(fā)行的EDA軟件（中國的廣州峰標(biāo)電子技術(shù)有限公司）開發(fā)的。Proteus上可用的模擬組件資源：模擬數(shù)以千計(jì)的組件，例如數(shù)字和模擬、交流和直流，并擁有一個(gè)包含30多個(gè)組件的庫。Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。同時(shí)Proteus可以提供的調(diào)試工具為電路測(cè)試提供了較為豐富的測(cè)試信號(hào)。該試驗(yàn)信號(hào)既有模擬信號(hào)又有數(shù)字信號(hào)。5.2系統(tǒng)仿真調(diào)試結(jié)果繪制系統(tǒng)簡圖，包括最小的單片機(jī)，直流電機(jī)和電流放大器。本論文的主要任務(wù)是利用89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)普通直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行參數(shù)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)普通直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。產(chǎn)生PWM信號(hào)和直流電機(jī)控制系統(tǒng)，完成電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、調(diào)速等等。它的模擬結(jié)果顯示在圖5-1中：圖5-1系統(tǒng)Protel仿真初始狀態(tài)圖當(dāng)按下遞增/遞減按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提供準(zhǔn)確的響應(yīng)。同時(shí)在初始LED數(shù)碼管上會(huì)有實(shí)時(shí)顯示一遍又一遍地重復(fù)的圖像。當(dāng)然，鋸齒波的發(fā)射也存在一些問題，鋸齒波只是對(duì)電容充放電方式的另一種解釋，可以定量控制，為電容加裝開關(guān)。輸入和終端開關(guān)的輸入和輸出被調(diào)整以控制電容器，所生成的波形一般稱為初始狀態(tài)曲線，其正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)見圖5-2：圖5-2系統(tǒng)Protel仿真正轉(zhuǎn)當(dāng)你按下倒車按鈕后，可以看見電機(jī)在慢慢地變向，并且LED上的轉(zhuǎn)速也會(huì)慢慢地變得平穩(wěn)。它的倒置情況見圖5-3：圖5-3系統(tǒng)Protel仿真反轉(zhuǎn)結(jié)論本文以51微處理器為核心，對(duì)PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行程序編寫以及硬件設(shè)計(jì)，這篇文章主要使用了STC89C51單片機(jī)傳輸PWM信號(hào)，通過對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制，并對(duì)其進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。本論文