【導(dǎo)讀】PWM脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的供電電源進(jìn)行控制從而達(dá)到調(diào)速目的。同時(shí)利用光電編碼。差的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。64LCD顯示器顯示電機(jī)當(dāng)前的參數(shù)、正反轉(zhuǎn)狀。態(tài)、轉(zhuǎn)速以及運(yùn)行時(shí)間；通過(guò)4?4鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)：數(shù)字PID參數(shù)設(shè)置、速度、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加。速、減速、啟動(dòng)、停止。

　　

【正文】 面上的 某一單元地址。列地址計(jì)數(shù)器在每一次讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)后將自動(dòng)加 1。 (8) 讀數(shù)據(jù) 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(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 1 顯示數(shù)據(jù) 20 該操作時(shí)將 128?64LCD 模塊中的 DDRAM 存儲(chǔ)器 對(duì)應(yīng)單位中的內(nèi)容獨(dú)處，然后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1。 3． 3． 2 128?64LCD 顯示器的顯示子程序流程圖 （ a） （ b） 圖 (a)寫(xiě)入 16? 16漢字程序流程圖 (b)寫(xiě)入 8? 16 程序 流程圖 關(guān)于顯示模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。 3． 4 行列式鍵盤(pán)輸入模塊 3． 4． 1 行列式鍵盤(pán)輸入模塊的 設(shè)計(jì)思想 單片機(jī)讀取行線和連線當(dāng)前的電平高低，確認(rèn)是否有按鍵按下，然后通過(guò)內(nèi)部運(yùn)算確定鍵值，輸出鍵值，用于：改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)， 128? 64LCD 顯示相關(guān)參數(shù)，設(shè)定 PID 參數(shù)。 如圖 。 圖 鍵盤(pán)輸入模塊設(shè)計(jì)思想 21 行列式鍵盤(pán)編程要實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)目標(biāo)： (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(shuō)明所在行和列的交叉處的鍵被按下。 (2) 鍵去抖動(dòng)。當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)，延時(shí) 10ms 再判斷該鍵是否仍是按下的，若不是，則將它當(dāng)做誤操作處理。這樣可以有效對(duì)按鍵動(dòng)作進(jìn)行消抖。 (3) 鍵值確定。 根據(jù)行號(hào)、列號(hào)建立一個(gè)鍵值數(shù)據(jù)表，鍵值存于數(shù)據(jù)表中，當(dāng)相應(yīng)的按鍵按下時(shí)，再?gòu)闹腥℃I值。通過(guò)相應(yīng)的鍵值執(zhí)行其對(duì)應(yīng)的代碼。 3． 4． 2 行列式鍵盤(pán)輸入模塊的程序流程圖 圖 行列式鍵盤(pán)程序流程圖 關(guān)于鍵盤(pán)輸入模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。 3． 5 PWM 調(diào)速方法設(shè)計(jì) 3． 5． 1 對(duì) PWM 控制的介紹 由電機(jī)原理可得一下公式： U IRn K?? ? （ 21） 在確定的調(diào)速系統(tǒng)中， I、 R、 K 及φ都是確定，則由式（ 21）可知，轉(zhuǎn)速 n與直流電機(jī)的 22 電樞電壓存在一定關(guān)系，只要調(diào)節(jié)點(diǎn)數(shù)電壓 U，就能改變轉(zhuǎn)速 n，此法稱為調(diào)壓調(diào)速法。對(duì)于直流 電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速方法，常見(jiàn)的有以下三種：晶閘管調(diào)速、發(fā)電機(jī) — 電動(dòng)機(jī)調(diào)速以及直流斬波調(diào)速（脈寬調(diào)制（ PWM））。 由于全空性功率電子器件的逐步發(fā)展， PWM 控制技術(shù)與開(kāi)關(guān)功率電路已經(jīng)成為主流技術(shù)，以其能減小功率器件導(dǎo)通損耗、提高驅(qū)動(dòng)效率等優(yōu)點(diǎn)，所以在功率應(yīng)用方面已經(jīng)基本取代了現(xiàn)行功率放大電路。在 PWM 控制技術(shù)中，讓功率器件按一個(gè)固定頻率工作在“開(kāi)”與“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)飽和和導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)這種方式來(lái)改變公路器件的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)的通、斷的時(shí)間，來(lái)改變負(fù)載兩端的平均電壓的大小。當(dāng)這個(gè)負(fù)載為直流電機(jī)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的 調(diào)壓調(diào)速。 為什么 PWM 控制技術(shù)能改變負(fù)載兩端電壓呢？ 在采樣控制理論中存在一個(gè)重要的結(jié)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(shí)，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(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。這個(gè)結(jié)論就是面積等效原理，它是 PWM 控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。 由這個(gè)原理我們可以用一些等幅不等寬的脈沖來(lái)等效代替一個(gè)正弦半波。我們把一個(gè)正弦半波分成 N份，看做 N個(gè)相連的脈沖序列，等寬但不等幅；我們?cè)儆玫确坏葘挼木匦蚊}沖來(lái)表示代替這個(gè)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(shuō)明下， PWM 的工作原理，如下圖所示： 圖 PWM波形圖 設(shè) T 為脈沖的周期， t1 為電樞兩端高電平時(shí)電壓為 Ud 所用的時(shí)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(guò) PROTEUS 仿真，我們可以得到電樞兩端的平均電壓不同時(shí)的 PWM 波形， 平均電壓較高時(shí) 圖 PWM波形圖（電壓高） 平均電壓一般時(shí) 24 圖 PWM波形圖（電壓一般） 平均電壓較低時(shí) 圖 PWM波形圖（電壓低） 3． 5． 2 PWM 脈沖的產(chǎn)生 目前在鍵盤(pán)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(hào)發(fā)生元件。該法是以分立的邏輯電子元件組成 PWM信號(hào)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(chǎn)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(diào)節(jié)功能、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能等。 方法三： 軟件模擬法。采用軟件編程的方法讓單片機(jī)的一個(gè) I/O 引腳不間斷地輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM 波。 方法四： 單片機(jī)的 PWM 口。新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括 PWM 功能。在這些單片機(jī)中我們只要通過(guò)初始化設(shè)置，就能使其 PWM 輸出口自動(dòng)輸出 PWM 脈沖波，只有在改變占空比時(shí) CPU才進(jìn)行干預(yù)。 將上訴四種方法進(jìn)行比較 ，為了減少硬件電路的復(fù)雜性，減少成本，以及為了鍛煉自己的編程能力，本設(shè)計(jì)采用軟件模擬法來(lái)完成 PWM 脈沖波的產(chǎn)生。 本設(shè)計(jì)通過(guò)延時(shí)程序來(lái)控制 PWM 脈沖的占空比。 25 3． 5． 3 PWM 脈沖產(chǎn)生模塊的程序流程圖 圖 PWM脈沖程序流程圖 關(guān)于 PWM 脈沖產(chǎn)生模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。 4 總結(jié)與展望 本設(shè)計(jì)對(duì)基于單片機(jī)的 PWM調(diào)速系統(tǒng)做了一個(gè)粗淺的探討。它是以 51 系列單片機(jī)為控制核心，加上一定量的外圍電路，通過(guò) L298 驅(qū)動(dòng)芯片完成對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，通過(guò) PWM脈沖波完成對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速，通過(guò)數(shù)字 PID 與測(cè)速模塊形成速度閉環(huán)系統(tǒng)完成對(duì)直流電機(jī)的無(wú)靜差調(diào)節(jié)。并通過(guò)人機(jī)界面，完成對(duì)電機(jī)運(yùn)行的參數(shù)設(shè)置，且直觀地觀察電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，我通過(guò)尋找書(shū)籍以及網(wǎng)絡(luò)資料進(jìn)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(duì)之處，望包涵，多多指教。 26 參考文獻(xiàn) [1] 張強(qiáng) 等 .基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù) [M].北京：中國(guó)電力 出版社出版 ,～ 16 [2] 谷腰欣司 等 .直流電動(dòng)機(jī)實(shí)際應(yīng)用技巧 [M].北京：科學(xué) 出版社出版 ,2021. [3]劉偉 .PWM技術(shù)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制中的應(yīng)用 [D].合肥 ： 合肥工業(yè)大學(xué)電子與通信工程專業(yè) ， 2021 [4]dianliying．脈沖寬度調(diào)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(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J].濰坊學(xué)院學(xué)報(bào) ， 2021， 9(4)： 19～ 21 [7] 張?jiān)嫉?.單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)例教程 [M].北京：機(jī)械工業(yè) 出版社出版 ,2021. [8] 邊春元等 . C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè) 出版社出版 ,2021. [9] 王蘇 . 直流電機(jī) PWM調(diào)速研究及單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn) [J].機(jī)電工程技術(shù) ,2021,(11). [10] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021． [11] 張紅娟 ,李維． 基于 PIC單片機(jī)的直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng) [J]． 機(jī)電工程 ， 2021,(02)． [12] 李維軍 ,韓小剛 ,李晉 .基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) [J].機(jī)電一體化 , 2021,(10) . [13] 張立勛 ,沈錦華 ,路敦民 ,楊勇 .AVR 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速控制器 [J].機(jī)械與電子 ,2021(04). [14] 孫宜 ,王東 . 經(jīng)濟(jì)型直流電機(jī) PWM閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 電 氣傳動(dòng)自動(dòng)化 ,2021,(01). [15] 張千帆 ,寇寶泉 . 電機(jī)控制集成電路的選用：第五講 直流電機(jī) PWM控制芯片 UC3637的選用 [J]. 微電機(jī) , 1999,(05) . [16] 余建國(guó) .基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的控制方法 [J].產(chǎn)品與技術(shù)系統(tǒng) amp。裝置 .電器時(shí)代2021,(4). [17] 薛英杰 .用于單相電機(jī)調(diào)速的單片 PWM控制技術(shù) [A].伺服技術(shù) ,2021,35. [18] 李維軍 .基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng) [OL]. [19] 梁亦鉑 .數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速器的硬件設(shè)計(jì) [J].微電機(jī) ,2021,34（ 5） . [20] 孔峰 .一種基于模糊控制的單片機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) [N].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào) ,2021,3. [21] Basic DC Motor Speed PID Control With The Infineon C167 Family[OL]. .rar