【導讀】PWM脈沖信號實現(xiàn)對直流電機的供電電源進行控制從而達到調速目的。同時利用光電編碼。差的調速系統(tǒng)設計。64LCD顯示器顯示電機當前的參數(shù)、正反轉狀。態(tài)、轉速以及運行時間；通過4?4鍵盤實現(xiàn)：數(shù)字PID參數(shù)設置、速度、電機正反轉、加。速、減速、啟動、停止。

　　

【正文】 面上的 某一單元地址。列地址計數(shù)器在每一次讀 /寫數(shù)據后將自動加 1。 (8) 讀數(shù)據 D/I R/W E DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 下降沿 指令 D/I R/W E DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 下降沿 顯示數(shù)據 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 顯示數(shù)據 20 該操作時將 128?64LCD 模塊中的 DDRAM 存儲器 對應單位中的內容獨處，然后列地址計數(shù)器自動加 1。 3． 3． 2 128?64LCD 顯示器的顯示子程序流程圖 （ a） （ b） 圖 (a)寫入 16? 16漢字程序流程圖 (b)寫入 8? 16 程序 流程圖 關于顯示模塊的 C 語言源代碼，見附錄 1。 3． 4 行列式鍵盤輸入模塊 3． 4． 1 行列式鍵盤輸入模塊的 設計思想 單片機讀取行線和連線當前的電平高低，確認是否有按鍵按下，然后通過內部運算確定鍵值，輸出鍵值，用于：改變電機運行狀態(tài)， 128? 64LCD 顯示相關參數(shù)，設定 PID 參數(shù)。 如圖 。 圖 鍵盤輸入模塊設計思想 21 行列式鍵盤編程要實現(xiàn)以下三個目標： (1) 鍵的正確判斷。先使某行值為“ 0”。再讀取列值，如果讀取得到的列值是“ 0”，則說明所在行和列的交叉處的鍵被按下。 (2) 鍵去抖動。當掃描到有鍵按下時，延時 10ms 再判斷該鍵是否仍是按下的，若不是，則將它當做誤操作處理。這樣可以有效對按鍵動作進行消抖。 (3) 鍵值確定。 根據行號、列號建立一個鍵值數(shù)據表，鍵值存于數(shù)據表中，當相應的按鍵按下時，再從中取鍵值。通過相應的鍵值執(zhí)行其對應的代碼。 3． 4． 2 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 圖 行列式鍵盤程序流程圖 關于鍵盤輸入模塊的 C 語言源代碼，見附錄 1。 3． 5 PWM 調速方法設計 3． 5． 1 對 PWM 控制的介紹 由電機原理可得一下公式： U IRn K?? ? （ 21） 在確定的調速系統(tǒng)中， I、 R、 K 及φ都是確定，則由式（ 21）可知，轉速 n與直流電機的 22 電樞電壓存在一定關系，只要調節(jié)點數(shù)電壓 U，就能改變轉速 n，此法稱為調壓調速法。對于直流 電機的調壓調速方法，常見的有以下三種：晶閘管調速、發(fā)電機 — 電動機調速以及直流斬波調速（脈寬調制（ PWM））。 由于全空性功率電子器件的逐步發(fā)展， PWM 控制技術與開關功率電路已經成為主流技術，以其能減小功率器件導通損耗、提高驅動效率等優(yōu)點，所以在功率應用方面已經基本取代了現(xiàn)行功率放大電路。在 PWM 控制技術中，讓功率器件按一個固定頻率工作在“開”與“關”兩個狀態(tài)，即開關飽和和導通狀態(tài)。通過這種方式來改變公路器件的驅動脈沖信號的通、斷的時間，來改變負載兩端的平均電壓的大小。當這個負載為直流電機時，就實現(xiàn)了電機的 調壓調速。 為什么 PWM 控制技術能改變負載兩端電壓呢？ 在采樣控制理論中存在一個重要的結論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積，效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。這個結論就是面積等效原理，它是 PWM 控制技術的重要基礎理論。 由這個原理我們可以用一些等幅不等寬的脈沖來等效代替一個正弦半波。我們把一個正弦半波分成 N份，看做 N個相連的脈沖序列，等寬但不等幅；我們再用等幅不等寬的矩形脈沖來表示代替這個正弦半波，有 圖 可知，它們面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 圖 PWM替換正弦半波原理圖 23 下面舉例說明下， PWM 的工作原理，如下圖所示： 圖 PWM波形圖 設 T 為脈沖的周期， t1 為電樞兩端高電平時電壓為 Ud 所用的時間， α 為占空比，得： 1 /tT?? 因此，我們可得電樞兩端電壓的平均值 sdUU?? 如圖 27，若電壓幅值 5dUV? ，周 期 10T ms? ，脈寬 1 6t ms? ， 則占空比 5 / 10 50%? ? ? ，得：電樞兩端的平均電壓 5sU V V? ? ??? ? ???。 通過 PROTEUS 仿真，我們可以得到電樞兩端的平均電壓不同時的 PWM 波形， 平均電壓較高時 圖 PWM波形圖（電壓高） 平均電壓一般時 24 圖 PWM波形圖（電壓一般） 平均電壓較低時 圖 PWM波形圖（電壓低） 3． 5． 2 PWM 脈沖的產生 目前在鍵盤輸入模塊主要有以下 四 種方法： 方法一： 分立電子元件組成的 PWM 信號發(fā)生元件。該法是以分立的邏輯電子元件組成 PWM信號電路。 它是最早期的方式。 方法二：專業(yè) PWM 集成芯片。制造商生產的專用于 PWM 控制的集成電路芯片，如 ti 公司的 tl494 芯片，東芝公司的 2sk3131 芯片等。 這些芯片一般都還具有“死區(qū)”調節(jié)功能、過流過壓保護功能等。 方法三： 軟件模擬法。采用軟件編程的方法讓單片機的一個 I/O 引腳不間斷地輸出高低電平來實現(xiàn) PWM 波。 方法四： 單片機的 PWM 口。新一代的單片機增加了許多功能，其中包括 PWM 功能。在這些單片機中我們只要通過初始化設置，就能使其 PWM 輸出口自動輸出 PWM 脈沖波，只有在改變占空比時 CPU才進行干預。 將上訴四種方法進行比較 ，為了減少硬件電路的復雜性，減少成本，以及為了鍛煉自己的編程能力，本設計采用軟件模擬法來完成 PWM 脈沖波的產生。 本設計通過延時程序來控制 PWM 脈沖的占空比。 25 3． 5． 3 PWM 脈沖產生模塊的程序流程圖 圖 PWM脈沖程序流程圖 關于 PWM 脈沖產生模塊的 C 語言源代碼，見附錄 1。 4 總結與展望 本設計對基于單片機的 PWM調速系統(tǒng)做了一個粗淺的探討。它是以 51 系列單片機為控制核心，加上一定量的外圍電路，通過 L298 驅動芯片完成對直流電機的驅動，通過 PWM脈沖波完成對直流電機的調速，通過數(shù)字 PID 與測速模塊形成速度閉環(huán)系統(tǒng)完成對直流電機的無靜差調節(jié)。并通過人機界面，完成對電機運行的參數(shù)設置，且直觀地觀察電機的運行狀態(tài)。 在整個設計過程中遇到了很多問題，我通過尋找書籍以及網絡資料進行改善與解決，該系統(tǒng)還存在不足之處有待改善。鑒于本水平有限，有不對之處，望包涵，多多指教。 26 參考文獻 [1] 張強 等 .基于單片機的電動機控制技術 [M].北京：中國電力 出版社出版 ,～ 16 [2] 谷腰欣司 等 .直流電動機實際應用技巧 [M].北京：科學 出版社出版 ,2021. [3]劉偉 .PWM技術在電機驅動控制中的應用 [D].合肥 ： 合肥工業(yè)大學電子與通信工程專業(yè) ， 2021 [4]dianliying．脈沖寬度調帶 U[EB／ OL]． ：／／ baike． baidu． corn／ view／ 168039． htm， 2021— 10— 29 [5]dianliying．面積等效原理 [EB／ OL]． ：／／ baike． baidu． corn／ view／ 614401． htm， 20211 1— 19 [6]孫緒才 . L298N在直流電機 PWM 調速系統(tǒng)中的應用 [J].濰坊學院學報 ， 2021， 9(4)： 19～ 21 [7] 張元良等 .單片機開發(fā)技術實例教程 [M].北京：機械工業(yè) 出版社出版 ,2021. [8] 邊春元等 . C51單片機典型模塊設計與應用 [M].北京：機械工業(yè) 出版社出版 ,2021. [9] 王蘇 . 直流電機 PWM調速研究及單片機控制實現(xiàn) [J].機電工程技術 ,2021,(11). [10] 陳伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2021． [11] 張紅娟 ,李維． 基于 PIC單片機的直流電機 PWM調速系統(tǒng) [J]． 機電工程 ， 2021,(02)． [12] 李維軍 ,韓小剛 ,李晉 .基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機 PWM 調速系統(tǒng) [J].機電一體化 , 2021,(10) . [13] 張立勛 ,沈錦華 ,路敦民 ,楊勇 .AVR 單片機實現(xiàn)的直流電機 PWM 調速控制器 [J].機械與電子 ,2021(04). [14] 孫宜 ,王東 . 經濟型直流電機 PWM閉環(huán)調速系統(tǒng)設計 [J]. 電 氣傳動自動化 ,2021,(01). [15] 張千帆 ,寇寶泉 . 電機控制集成電路的選用：第五講 直流電機 PWM控制芯片 UC3637的選用 [J]. 微電機 , 1999,(05) . [16] 余建國 .基于單片機的步進電動機調速的控制方法 [J].產品與技術系統(tǒng) amp。裝置 .電器時代2021,(4). [17] 薛英杰 .用于單相電機調速的單片 PWM控制技術 [A].伺服技術 ,2021,35. [18] 李維軍 .基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機 PWM調速系統(tǒng) [OL]. [19] 梁亦鉑 .數(shù)字式直流電機調速器的硬件設計 [J].微電機 ,2021,34（ 5） . [20] 孔峰 .一種基于模糊控制的單片機電機調速系統(tǒng) [N].廣西工學院學報 ,2021,3. [21] Basic DC Motor Speed PID Control With The Infineon C167 Family[OL]. .rar