PWM电机控制系统设计与仿真 .docx

PWM电机控制系统设计与仿真学 院：专 业：姓 名：指导老师：学 号：职 称：中国·珠海二一九年三月 摘 要直流电机是一种兼具良好启动性能和广阔调速特性的电机，可实现频繁的无级快速启动、反转和制动，不仅能在宽广的范围内平滑，经济地调速，而且过载能力强，能承受频繁的冲击负载。因而在电力机车、无轨电车、轧钢机、机床和启动设备等必须经常启动并调速的电气传动装置中得到了普遍的运用。然而随着科技的进步，在生产生活中对于电机控制精度的要求也越来越高，传统调速方法已经满足不了现代控制的需求，于是产生了PWM控制电机调速的方法。本文主要研究了利用PWM信号控制电机运动的方法，设计并仿真了PWM直流电机调速系统。应用C语言编写程序，利用STC89C52单片机改变PWM信号的占空比改变电机两端的电压，从而实现对电机启动、制动、反转的控制。用霍尔元件测速系统测出电机的转速，通过LCD显示屏显示出来，更直观的体现电机的转速也方便对电机进行调速。关键词：直流电机；PWM调速；STC89C52；设计 ；仿真DC motor control system design and simulationAbstractDC motor has good start-up performance and wide smooth speed regulation characteristics. It can realize frequent stepless fast start-up, reversal and braking. It can speed smoothly and economically in a wide range. It has strong overload capacity and can withstand frequent impact loads. Therefore, it has been widely used in electric drive devices which need to start and adjust speed frequently, such as electric locomotives, trolleybus, rolling mills, machine tools and starting equipment. However, with the progress of science and technology, the requirement of motor control accuracy in production and life is also getting higher and higher. The traditional speed control method can not meet the demand, so the PWM control method of motor speed regulation is produced.This paper mainly studies the method of using PWM signal to control motor motion, and designs and simulates the speed control system of PWM DC motor. The program is written in C language, and the duty cycle of PWM signal is changed by STC89C52 single chip computer to change the voltage at both ends of the motor, so as to realize the control of starting, braking and inversion of the motor. The speed of the motor is measured by Hall element speed measuring system, which is displayed by LCD display screen. It is more intuitive to show the speed of the motor, and it is convenient to adjust the speed of the motor.Keywords：DC motor;；the PWM speed control ；STC89C52；design；simulation目录第一章 绪论11.1本设计的目的、意义11.2本设计的发展概况21.3 本设计的技术要求3第二章 PWM直流电机调速系统的总体设计42.1 系统的总体设计42.2 各模块的作用42.3 PWM脉宽调制技术简介52.3.1 PWM调速方法52.3.2 PWM控制流程图62.4 本章小结6第三章 PWM直流电机调速系统的各模块设计73.1 主控制模块73.1.1 STC89C52单片机简介83.1.2 STC89C52单片机的主要性能83.2.1 L298电机驱动芯片简介103.2.2 单片机与L298驱动芯片的连接123.3 独立键盘模块123.4 电机测速模块133.4.1 霍尔元件简介133.4.2 测速电路设计143.5 显示模块143.5.1 LCD1602简介153.5.2 LCD显示屏与单片机的连接163.6 本章小结16第四章 PWM直流电机调速系统的软件设计174.1 主程序流程图174.2 定时器中断程序流程图18第五章 仿真结果和设计分析2131第一章 绪论1.1本设计的目的、意义在科技迅猛发展的今天，传统人手操控机械运转的方法显然已经过时，为了节约时间和人力成本，人们迫切寻找自动操控机械的方法。而随着电子科学技术的发展，自动化系统得到长足的发展和进步，深入各个行业领域之中，被越来越广泛地使用。电机作为生产生活最常用的原件之一，小到手上拿的手机，大到发电厂里的发电机，它的身影无处不在。在当前时期，民众的生活质量与日俱增，在此背景下，人们愈发关注于电机控制精度的重要性，并据此提出一系列相对严苛的实际要求。而传统的调速方式比如改变电枢回路电阻会使输出功率降低，不经济，只能下降调速；改变励磁电流虽然调速范围比改变电阻大，但通常只适用于上升调速，它们都有局限性。而改变端电压调速比上述两种方式灵活，可以上升和下降调速，成为了现在普遍应用的调速方式。当然，调压调速需要专用直流电源，对整流电源的先进控制策略和调制方案，直流电机不仅能获得最理想的调速性能，还能正反转切换。基于现今电力电子技术发展已经获得相对稳定的蓬勃发展的前提下，人们开发出MOSFET和IGBT等全控性功率晶闸管，利用晶闸管整流技术所设计的电机调速系统比一般的调速系统表现更优秀。它使用的电子元件少，电路结构简单，制造和维修成本都较为低廉；在性能方面，速度低时能提供足够的扭矩，稳态时速度稳定，晶闸管本身开关速度快，减少了电流谐波，使电路发热减少；如果和灵敏度高的电机配合，就能得到快速的动态响应。值得一提的是，晶闸管电路一般表现出相对较高的动态抗扰能力，并且无需耗费过多的导通损耗，因此能提高系统的性能，在电机调速中表现出很大的优越性，成为了现在电机调速系统的主流。本设计采用PWM脉宽调制技术来对直流电机进行调速，与一般直流调速相比，能实现平稳快速地调速；使用的电子元件少，结构简单；电路设计模块化，使结构更加合理，维护更加方便。1.2本设计的发展概况19世纪，人们相继发明了直流电气传动技术和交流电气传动技术，直流电机传动系统中的电能需要专门的直流电源来提供。在研究初期，直流调速控制系统所发挥的调速功能，主要基于跟踪调整电枢回路电阻来实现，并通过定值的直流电压来进行供电。这种设计容易实现，制造也比较方便，成本也较低。但它有串入电阻后电流损耗增加、效率降低、机械特性软、不能实现无级调速的缺点。20世纪30年代，出现了电机放大器控制的旋转交流机组供电给直流电动机的系统，也称为GM系统。假设辅助使用某些性能优良的控制器件，例如：磁放大器以及相应的闸流管等，将能有效增强既定的调速性能，从而极大拓宽现有的调速范围，切实保障调速过程的稳定性。值得一提的是，当电动机进行减速的过程中，可借助于发电机的作用，将某特定电动机轴所表现出的飞轮惯量，及时精确的反馈至电网。唯有如此，才能经由发电机转动所含有的惯性，来使其表现出良好的平滑制动基本特征，与此同时，还能有效节约不必要的电能输送损耗。然而，对于常规的发电机电动机调速系统而言，其至少应当添设两台性能类似于调速电动机的相应旋转电机，并且还需配备某些必要的励磁设备，故而将会耗费极其高昂的生产成本。除此之外，由于设备的体积与重量均相对较大，故而无法保证相对较高的运行效率，并且还将伴随着高分贝的噪音，不利于后期的良好维护。后来为了代替旋转变流机组，发明了汞弧变流器，从而有效增强系统既定的调速性能。它的快速响应特性比旋转变流组迅速很多。但是汞弧变流器依然不是最理想的，它仍存在着维修不便的缺点，维修时里面的水银蒸汽泄露容易对维修人员的健康造成危害。1957年，全球首只晶闸管问世。相较于其他多样化变流元件而言，晶闸管不仅体积相对较小，而且表现出极为迅猛的响应速度，后期维护极为便利。正因如此，若将其应用于晶闸管电路供电系统，必能有效增强直流调速系统所含有的可靠性，降低制造成本，并且在性能上也远超一般的调速系统。比如在放大倍数上，晶闸管变流装置为10000倍以上，机组为10倍，汞弧变流器为1000倍;在快速响应性上，晶闸管变流装置响应时间为毫秒级，机组是秒级，两者的差距可以说是非常大。因此，现如今，仅仅存在某些供电电路容量并不大的各类设备，仍旧沿用机组供电的基本方式，并采用晶闸管励磁系统。而反观大部分同类型设备，均选择借助于晶闸管相控整流的作用，来进行持续供电。PWM脉宽调制技术早在20世纪60年代就已经提出，研究初期，因为PWM技术频繁受到来源于电力电子技术的种种局限，故而并没有应用在电机调速系统中。这种情况一直延续至20世纪80年代，由于在当前时期，全控型电力电子器件逐步获得相对稳定的蓬勃发展，在此期间，PWM控制技术才正式应用于现今的电机调速领域当中。从本质上而言，若电机调速系统选择融于PWM技术，则不仅能实现平滑调速，而且可以推进电机进行正转和反转，并达到良好的制动效果，具有优良的调速特性，故而其于现今的多样化生产生活器件当中，已经获得相对广泛的实际应用。1.3 本设计的研究内容在本篇设计中，旨在借助于STC89C52单片机的作用，编写C语言程序产生PWM脉冲信号，与此同时，还可借助于独立键盘的作用，针对电机的当前状态，进行科学得当的控制速；PWM信号通过L298为核心的驱动电路进行放大输出来控制电机的运动；用霍尔传感器采集转速信号并用显示屏显示出来。在本篇设计中，重点涵盖下述基本模块。其中包含控制模块、键盘控制模块以及相应的显示模块等。用C语言控制单片机的定时器控制输出方波，通过设定中断的时间调节方波的占空比就能改变直流电机的端电压，改变电压的方向能改变电机旋转的方向，若跟踪调整电压的实际数值，将能控制电机所表现出的真实转速；利用L298驱动芯片放大PWM信号来驱动电机；最后，基于霍尔元件的作用，将可针对电机的真实转速进行及时测量，并于显示屏当中进行展现。第二章 PWM直流电机调速系统的总体设计2.1 系统的总体设计在本篇设计中，旨在借助于单片机内部含有的内部定时器作用，基于中断的基本方式，来形成相应的PWM波形；然后利用L298电机驱动芯片放大PWM信号来控制电机运动；再加上几个按键向单片机输入命令，分别代表电机的启动停止、反转、加速、减速，按下按键时就能让电机作出相应的动作；最后使用霍尔传感器测出电机的转速并用显示屏显示出来。按模块化设计可以使系统更简洁明了，思路也能更清晰 ，故而本文将该设计进行细分，从而划分为若干模块，其中有主控制模块（STC89C52）、驱动放大模块（L298）、测速模块、显示模块。系统总体设计图见图2-1。图2.1系统总体设计图2.2 PWM脉宽调制技术简介由于本设计涉及到PWM脉宽调制技术，所以这里先简单介绍一下PWM技术的基本知识。PWM技术诞生于1964年，在当前时期，已经逐步涌现出多样化PWM技术，其中包含但并不仅限于相电压控制PWM以及相应的SPWM等。脉宽调制本质是将输入的电流电压信号转变成一系列等幅值的方波。以正弦信号为例，取正弦信号的正半部分，可以把它近似地等分为宽度很窄，幅值不同的方波，根据面积等效原理，冲量相等形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时效果基本相同，于是可以用一系列等幅不等宽的方波来代替这个正弦波（如图2.2）。若将此正弦波等同于傅里叶变换，会发现它与PWM方波之间在低频段非常接近，只在高频段有一点差异。PWM直流调速有三种方法，其中重点涵盖定宽调频法以及定频调宽法，除此之外，还涵盖调频调宽法。本设计中用的是定频调宽法。图2.2 PWM面积等效原理图2.3.1 PWM调速原理定频调宽法指的是 PWM方波的频率不变，通过调整高电平状态以及相应低电平状态，所表现出的持续时间，将能得出完全迥异的平均电压。根据占空比计算公式：D=t1/（t1+t2）其中t1代表高电平的时间，与此同时，t2意味着低电平状态的维持时间，而t1+t2则旨在代表某单个周期。故而从本质上而言，占空比实则意味着在某特定周期当中，所存在的高电平状态的维持时间。本设计采用的电机调速方式是改变电枢电压调速，其中，PWM信号电压所涉及的求解公式大致如下：V=Vmax*D 所以改变占空比就能改变PWM信号输出的平均电压，故而若能实时调整高电平状态所表现的持续时间，必将可以调整电机的实际转速。2.3.2 PWM控制流程图在本设计中PWM脉冲调制的控制流程见图2.3。电机转速、转向、急停处理PWM输入L298电机驱动进行脉冲处理程序控制单片机输出PWM脉冲STC89C52控制开始结束图2.3 PWM脉冲调制的控制流程图2.4直流电机调速原理根据直流电机转速公式：n=U-Ia（Ra+Rj）/CE 在上述公式中，U旨在代表电枢电压，与此同时，Ra+Rj旨在代表电枢回路当中存在的电阻，为磁通。基于转速公式可以得知，若想调整现有的电机转速，则可以改变上述三类参数。需要注意的是，若改变Ra+Rj，则仅仅可以调整转速，特性变软，而且串入电阻增加损耗，很不经济；而改变励磁电流调速只能上升调速，虽然调速比改变电阻的方法优秀，但局限还是很大；而改变端电压的方法比前两种灵活，调速即可上升也能下降，调速范围比前两种方法宽，目前已经是普遍运用的调速方式。在本篇设计中，旨在选择调整U的基本方式，可以契合PWM脉宽调制技术。2.5本章小结在本章节中，旨在阐述整体系统所涉及的基本思路以及大体的框架。介绍了PWM技术的原理和直流电机调速的原理，此外还涵盖应当怎样将PWM技术，径直运用于现有的直流电机调速系统当中。在下一章，本文将重点针对多样化模块的基本设计流程，进行更深层次的详细阐述。第三章 PWM直流电机调速系统的各模块设计在本章，将会详细说明PWM直流调速系统各部分的设计，其中重点涵盖主控制模块、液晶显示模块以及相应的测速系统模块等，说明设计的思路以及元器件选择的理由。3.1 主控制模块 主控制模块包含单片机和单片机的最小系统，在本设计中选用的是STC89C52RC单片机，在此之中，最小系统主要涵盖复位电路，此外还涉及到晶振电路。图3.1直流电机调速系统的控制模块图3.1.1 STC89C52单片机简介STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。STC89C52应用MCS-51内核，但是做了很多的改进。使其含有更为优异的功能。并同时配备8 位CPU以及科学完善的在系统可编程Flash，以此来帮助STC89C52单片机基于各种类型的嵌入式控制应用系统中，表现出更为有效的基本特性。3.1.2 STC89C52单片机的主要性能对于STC89C52RC单片机而言，其一般涵盖下述基本特性：1、工作电压为3.3V5.5V2、工作频率为040MHz3、8K字节ROM和512字节RAM4、通用I/O口，当结束复位时：P1/P2/P3/P4实则旨在代表准双向口/弱上拉，与此同时，P0口旨在代表漏极开路输出，当其发挥总线扩展作用的情况下，无需添设上拉电阻；然而，当其发挥I/O口作用的情况下，应当添设上拉电阻。5、具有EEPROM功能6、具有看门狗功能7、共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T28、 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。图3.2 STC89C52引脚图3.1.3 主控制模块设计思路对于单片机而言，其所涉及的最小系统，重点涵盖电源以及复位电路等。其中，以复位电路为例，其基本示意图详见图3.3。值得一提的是，单片机RST引脚高电平有效，当输入两个机器周期以上的高电平时，单片机执行复位操作。当按下按钮时，RST引脚接收高电平，单片机复位。图3.3 单片机复位电路以时钟电路为例，其基本示意图，详见图3.4。对于任意单片机而言，其在实际运行的过程中，均应借助于某特定脉冲信号的作用，来执行相关指令。这个信号就是由晶振提供。晶振一般选择12MHz，所以单片机的机械周期就是1us，机械周期决定了单片机定时器和计数器的时间基准。图3.4 单片机时钟电路3.1.4 产生PWM方波的方案选择通过C语言来形成PWM信号的基本方式，可以大致细分为两类，分别是软件延时和用定时器产生。其中，软件延时法比较简单，利用很少的语句就能实现，但它也存在一些明显的缺点：在本设计中除了PWM程序还有其他比如按键程序和显示程序，上述程序将会占据适当的机械周期，从而造成软件出现延时现象，进而造成后期形成的PWM信号，无法保障相对良好的精确性。所以目前常用的方法是用定时器产生PWM信号。该方式借助于定时器计数溢出的中断，在中断服务程序中改变占空比。对于此类方式而言，其所涉及到的程序相对复杂，然而却可以保证良好的精确性。在本设计中也是采用定时器产生PWM方波。3.2驱动放大模块驱动放大模块的核心构件即为L293D电机驱动芯片。在该芯片当中，存在两个数量的H桥，能够在同一时间，针对两个电机进行有效驱动。使用时只要使一个H桥上的两个输入端处于高低不同的电平，就能使电机实现正反转、启动停止和换向的运动。直接使用电子元件搭建H桥也是可行的，不过使用L293D芯片就能省去这一步骤，使用起来更加方便，设计的结构也更美观。3.2.1 L293D电机驱动芯片简介L293D电机驱动芯片产自德州仪器，逻辑电源单独输入，蕴含ESD保护基本功能，抗扰能力强，能高噪声抗扰输入，可产生4.5V-36V，600毫安的驱动电流，广泛适用于感性负载以及直流电机等元件的驱动过程。（1）L293D的内部原理图图3-3 L298内部结构（2）L293D的内部H桥驱动电路L293D中实则存在两个H桥电路，并且每个H桥由四个三极管组成，如图所示，Q3和Q4的集电极相连，Q1与Q2也是如此，而Q1Q2和Q3Q4的中心通过直流电机相连，该电路通常也被称之为H桥电路。由于半导体三极管的特性，H桥输出的电流电压可以顺反向控制。H桥可以分立元件搭建，也可以集成到芯片上，本设计采用的L293D就集成了两个H桥 的芯片，这样就能免去搭建电路的麻烦。而想要使用H桥电路，就要先弄清楚它的使用方法，下面，我将介绍H桥电流导通的原理及逻辑功能的说明。图3-4 H桥驱动电路由于三极管单向道通的特性，结合内部原理图，我们可以发现，在H桥里同一边的三极管不会导通，而是对角的三极管导通，这样才会有电流流过电机，电机才会转动。但是如果搭建H桥时错误地使同一边的三极管导通了，电源电流就会直接加载在三极管上，使电路发热甚至会烧坏三极管，故而避免三极管在同一时间进行导通尤为关键。而使用集成芯片，就不会发生这种错误，使用起来比较方便。在正常工作的情况下，H桥通常表现为Q1Q4亦或为Q2Q3导通，需要注意的是，当Q1Q4导通时，电流从Q1 流通到Q4，在此情况下，电机将会保持顺时针转动；而若当Q2Q3导通的情况下，则电流将会基于Q3，径直流通至Q2，从而促进电机保持逆时针转动。在这个基础上，假设输入H桥为PWM信号，则将能有效调整PWM信号的实际占空比，就能实现电机的加速减速。（3）L293D的逻辑功能在L293D芯片中，ENA为使能端，输入逻辑电平；IN旨在代表输入端口。根据下面的真值表可以看出，当使能端为高电平时芯片才能工作，在这个基础上，唯有输入过程中的PWM信号，表现为高电平的情况下，才能促进电机实现转动，否则即停止转动；当两个输入端的输入电平相反时，则电机转向也将相反；在此情况下，无论输入为哪种状态，电机均会停止转动。IN1XIN2XENA0电机状态停止100101011100顺时针逆时针停止停止表 3-1 L293D的逻辑功能3.2.2 单片机与L298驱动芯片的连接 图3.5 单片机与L293D连接图在使用L293D芯片时要注意VSS和VS接到电源，两个GND都要接地，由于只驱动一个电机，只需要把IN1和IN2连接到单片机输出PWM信号的地方，将OUT1以及OUT2依次连接至电机两侧。本设计使用L293D芯片，故而电路基本结构极为简洁，便于实现。只需要学会芯片的原理和各引脚的功能就能使用。3.3 独立键盘模块独立键盘各不受影响，是一种常用的命令输入元件，当其和单片机进行紧密连接时，详细如下。每个按键的一端经过上拉电阻与单片机连接，另一端接地。从图上可以看出，当按下按键时，连接的端口会接地，相当于收到一个低电平。所以在编写程序时要注意按键的应用，必须是低电平的时候才会触发相关指令。本设计采用按键电路作为命令的输入显得简单方便，结构简单，编写对应的程序时只需要注意按下按键输入的是低电平就能使用。图3.6独立式键盘连接图独立键盘与单片机连接图见图3.7。图3.7独立式键盘与单片机的链接图3.4 电机测速模块测速模块旨在借助于霍尔元件CS3020的作用，来实现正常测速。通过基于电机转轴，贴附某特定磁钢，即可借助于霍尔元件的作用，得到相应的信号输出。在此之后，电机经由不间断的旋转，将可得到相应的信号脉冲，并以此获得电机的实际转速。3.4.1 霍尔元件简介霍尔传感器有三个引脚，仅需连接电源并接地，就能进行工作。一般情况下，其输出表现为集电极开路门，运用简单，详见下图所示。图3.8 CS3020外形图霍尔传感器所涉及的机械结构实则相对简洁，通过基于电机转轴，贴附某特定磁钢，即可借助于霍尔元件的作用，得到相应的信号输出。在此之后，电机经由不间断的旋转，将可得到相应的信号脉冲，并以此获得电机的实际转速。3.4.2 测速电路设计测速的本质即为测频，故而其一般能够借助于计数法以及等精度法等基本方法，进行相对深入的细致测试。以计数法为例，其已知某特定的闸门时间，统计在该范围当中计数输入脉冲的真实数量，此类方法适用于信号频率相对较高的情况下。以等精度法为例，该方法精确性极为良好，适用于各种类型的信号。3.5 显示模块 显示模块旨在选择LCD1602。3.5.1 LCD1602简介对于LCD1602液晶而言，其基本结构示意图，详见图3.9。图3.9 LCD1602结构图LCD1602基本参数： 显示容量：16×2个字符芯片工作电压：4.55.5V 工作电流：2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压：5.0V 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）存储160个多样化点阵字符图形。其中涵盖阿拉伯数字以及相应的符号等。（1）LCD1602液晶显示屏的关键接口：第1脚：VSS为地电源。第2脚：旨在代表VDD引脚，主要连接5V正电源。第3脚：旨在代表VL引脚，主要表现为液晶显示器所表现出的对比度调整端，接电源最低，接地最高。第4脚：旨在代表RS引脚，主要表现为寄存器选择端。第5脚：旨在代表R/W引脚，主要表现为读写信号线。当处于高电平状态下，即进行相应的读操作；与此同时，当处于低电平状态下，即进行相应写操作。第6脚：旨在代表E引脚，主要表现为使能端。第714脚：旨在代表D0D7引脚，其主要表现为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（2）单片机与LCD的连接（E,RW,RS）控制引脚接P3口，8个数据信号接P1口。VSS接单片机地，VCC接单片机的电源VCC.3.5.2 LCD显示屏与单片机的连接对于单片机而言，其和LCD连接的基本结构示意图，详见图3.10。图3.10 单片机与LCD连接图3.6 本章小结本章主要介绍的是系统各模块的具体设计以及硬件连接图，其中，主控制模块主要选择STC89C52单片机，驱动放大模块使用L298驱动芯片，独立键盘的硬件连接，LCD1602显示屏的展现。第四章 PWM直流电机调速系统的软件设计在本篇设计中，重点涵盖主控制模块、独立键盘模块以及相应的LCD显示模块等基本模块。4.1 主程序流程图主程序基本程序示意图详细如下：首先，将主函数main设定为运行状态，其次，将系统实现初始化，并将定时器设定为工作方式1，实现T1中断，并保持定时10us。随后，借助于加速以及正反转等基础按键进行精准查询，并借助于LCD液晶的作用，跟踪展现出实际转速。主函数main系统初始化函数启动中断，设置定时时间采用定时器中断实现脉冲调制查询按键，得到相应的脉冲LCD液晶显示器显示转速图4-1 程序流程图4.2 定时器中断程序流程图定时中断基本程序示意图详细如下：首先，将定时器设定为工作方式1，实现T1中断，并保持定时10us。当处于某特定的周期中：如果出现T<M的情况下，则电机将会即刻结束运转；如果出现T>=M的情况下，则电机将会即刻启动。假设两者出现T=100的情况下，则即刻清零，反之将进入定时中断循环13。唯有如此，才能有效调整既定的平均电压，并精准控制电动机所表现出的实际转速。具体流程如图4-2。启动定时器（计数器）工作方式1进入中断重置定时器时间10us，定时器标记T为1电机停止开启中断T1，设置时间为10us电机启动T<MMT=100T=0YNYN图4-2 定时器中断程序流程图4.3 独立键盘控制流程图开始K1=0W+W=0W=0K4=0A=！AW=100W-有键闭合部W=100K2=0W=0K3=0YNYYYNNNNYNY图4-3独立式键盘控制流程图独立式键盘控制基本程序示意图详细如下：对于该系统而言，其实则含有若干独立式按键，其中，K1-K4依次控制系统当中的加速过程以及启动停止等。一旦按键成功，则系统将会实时输出对应的低电平K=0，并行使功能。具体流程如图4-3。调自定义字库4.4 LCD 显示屏显示流程图设置DDRAM地址，在第一行显示设置显示数据首地址循环量设置取字符代码N循环完？Y显示第二行，同前结束图4-4 LCD显示流程图第五章 仿真结果和设计分析本设计用protues7.8进行仿真。在keil5软件中写好程序，生成.hex文件，并于protues内部绘制相应的仿真图，将上述hex文件径直导入到指定的单片机当中，再按下仿真按钮就能开始仿真。5.1 系统仿真结果系统总体仿真如图5.1图5.1 直流调速系统仿真图仿真开始时，各部分处于初始状态，显示屏显示0转速，在此期间可进行按键操作，按下反转按键电机反转运动，显示屏也显示电机的实时转速，从下面的仿真图也能看出本设计能达到以上功能。当成功操作启动按键时，系统将自行工作，电机保持持续转动状态，显示屏随之工作。图5.2 电机开始工作按下加速按键，电机转速上升，显示屏示数上升。图5.3 电机转速上升按下减速按键，电机转速下降。图5.4 电机转速下降按下反转按键，电机反转，显示屏显示反转。图5.5 电机反转运动5.2 对本设计的分析基于上述仿真结果能够得知，本文已经可以针对电机运动过程，进行行之有效的把控。由单片机产生PWM信号，由C语言控制定时器的中断达到控制占空比的目的，最终实现了电机启动停止、加速减速、反转的控制，达到了最初的设想，基本完成了所设计的功能。但是这并不意味本设计是十全十美的，本篇设计，依然存在某些亟待完善的部分。比如在控制占空比方面，本次设计，旨在针对多级占空比，进行科学合理的设计。每按一次按键占空比向高级或低级突变，使得电机调速为有级调速，如果能设计成按住按键占空比能持续变化就能实现无极调速；在电路设计方面，如果能加入闭环负反馈环节能进一步提高系统的稳定性；在仿真方面，protues并没有霍尔元件，所以我用不同的脉冲信号模拟霍尔元件受到磁感应时发送的脉冲，这样虽然也能说明本设计采用霍尔元件测速的可行性，但毕竟是模拟少了点说服力。受制于本人水平的限制，本设计并没有做到很完美，但是并不代表本设计可行性低，目前PWM直流调速已经成为普遍运用的调速方式，配合PID控制的直流调速系统也已经成为目前研究的热门方向。