直流电机脉宽调制调速在Proteus中的仿真设计
基于Proteus的直流电机PWM调速系统研究
Ｖ０ １ ． ２ １
Ｎｏ ． １ ５
电子设 计 工程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
基于 Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｕ ｓ的直 流 电机 Ｐ ＷＭ 调 速 系统研 究
Ｙ Ｕ Ａ Ｎ Ｚ ｈ ａ ｎ － ｊ ｕ ｎ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆＩ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔ ｒ ａ ｄ ｅ＆Ｃ ｏ ｍｍ ｅ ｒ ｃ ｅ ， Ｘ ｉ ａ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ７ １ ２ ４６ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｄ ｅ ｂ ｕ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｕ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． ｈｅ Ｔ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｉ ｓ Ｐ Ｗ Ｍ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ＤＣ
设计方案 。 系统 以 Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ １单 片机 为 核 心 ， 利 用 ＡＤ Ｃ ０ ８ ０ ８采样 直 流 电机 占空 比设 定值 ． 运 用脉 宽调 制 技 术 控 制 Ｐ ｗＭ 波输 出占空比 ｏ ． ｒ ， 完 成 直 流 电机 的 转 速 调 节 。 利用Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｕ ｓ软 件 进 行 了仿 真 调 试 ， 结果表明所设计的直流电机 Ｐ ＷＭ 调 速 系 统 具 有 较 高 的控 制 精 度 和 较 快 的 动 态 响 应 速 度 ； 并且 Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｕ ｓ 仿 真技术的运 用， 可 有 效 地 降 低 系统 开发 成 本 ， 缩
PROTUES课程设计-直流电动机调速器-单片机89C51-Keil---Proteus
1 引言随着微电子技术的不断发展与进步，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统。
在现代工业中，直流电动机作为电能转换的传动装置，被广泛应用于机械、冶金、石油、化工、国防等工业部门中。
直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。
因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。
随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。
正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。
其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并向全数字控制方向快速发展。
本文设计了用DAC0808设计直流电动机调速器的基本方案，阐述了该调速器系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。
本系统用电压表测量直流电动机的转速，用MCS-51单片机输出数字信号通过DAC0808芯片实现数模转换，从而输出模拟电压来控制调节直流电动机的转速。
本设计主要研究利用单片机及DAC0808实现数模转换调速，直流电机的控制和测量方法，从而对直流电机的调速控制精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。
2 设计总体方案2.1 设计要求基本要求：使用AT89C51单片机为核心，使用数模转换元件DAC0808对单片机输出的数字信号进行转换，输出模拟信号驱动直流电动机。
具体要求：在设计中，设计8个按键对应直流电动机的8挡不同转速，按下不同按键时，电动机将以不同速度转动，在8个按键中取一个按键为直流电动机转动停止按键。
8挡不同转速的设定由学生自己决定。
仿真：控制程序在Keil软件中编写，编译，整个控制电路在Proteus仿真软件中连接调示。
基于proteus的直流电机测速系统仿真
第２期（总第１８９期）２０１５年０４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１５）０２‐０２１４‐０２基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的直流电机测速系统仿真张小石，郝秀平（中北大学机电工程学院，山西 太原 ０３００５１）摘要：介绍了由ＡＴ８９Ｃ５１、ＬＣＤ和Ｌ２５６组成的直流电机测速系统，详细介绍了系统的设计框图，并通过Ｐｒｏｔｅｕｓ软件实现仿真。
仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。
关键词：直流电机；Ｐｒｏｔｅｕｓ；仿真；测速系统中图分类号：ＴＰ３９１畅９∶ＴＭ３３ 文献标识码：Ｂ收稿日期：２０１４‐０５‐２６；修订日期：２０１４‐１２‐２６作者简介：张小石（１９８７‐），男，山西阳泉人，在读硕士研究生，主要从事链式自动机驱动技术。
０ 引言直流电机的测速系统通过ＬＣＤ可视化地显示电机的转速，便于操作人员观察，使其能够更加有效地对电机进行控制。
Ｐｒｏｔｅｕｓ软件提供了大量的单片机仿真元器件，相当于虚拟实验室，节省了直流电机的研制成本，缩短了研制周期。
从科学的研究角度来看，基于Ｐｒｏｔｅｕｓ的直流电机仿真是必要的、合理的。
１ 直流电机测速系统的硬件总体设计本设计实现的是通过ＬＣＤ显示电机的转速信息。
系统采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机，通过键盘控制电机并进行可控转速显示，该系统的总体结构框图如图１所示。
图１ 直流电机测速系统结构框图２ 直流电机测速系统的软件设计直流电机测速系统软件编程时采用了模块化的设计思想，主要功能模块被编成独立的函数，由主程序调用。
其主要的程序模块包括初始化程序、键盘信号采集及处理程序、液晶显示程序、可控调速程序、信息显示程序和超限报警程序。
系统的软件主要采用Ｃ语言编制，对单片机程序进行调试，最终实现仿真的相应功能。
３ 仿真主要过程在ｋｅｉｌｃ中编译程序并运行，运行结果说明程序调试成功。
程序调试图见图２。
可逆直流PWM调速控制系统的仿真与设计(电源采用直流电源L298N)
摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。
本文设计的直流电机调速系统，主要用proteus仿真，实现电机的加减速和正反转以及控制超调量和稳态误差等要求。
采用L298N芯片来设计电机驱动电路。
用LM331来实现电压频率转换。
在仿真中加上PI调节和三角波比较环节来进行直流PWM调速控制系统。
关键词：直流电机；调速控制系统；驱动电路。
目录摘要 (Ⅰ)目录 (Ⅱ)1前言 (1)2设计基本内容 (1)2.1设计题目 (1)2.2主要内容 (1)2.3具体要求 (1)3电路设计 (2)3.1设计基本框图 (2)3.2电机正反转模块 (2)3.3电机加减速模块 (3)3.4驱动电路模块 (3)3.5频电转换模块 (5)3.6PI调节及三角波比较模块 (7)4仿真结果 (7)5总结体会 (9)参考文献 (10)致谢 (11)仿真原理图 (12)1 前言电动机作为最主要的动力源和运动源之一，在生产和生活中占有十分重要的地位。
电动机的调速控制方法过去多用模拟法，随着单片机的产生和发展以及新型自关断元器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化。
直流电动机控制技术是一项以直流电动机作为机械本体，融入了电力电子技术、微电子技术、单片机控制技术和传感器技术的多学科交叉机电一体化技术。
单片机在电动机控制中的应用使调速系统具有了数值运算、逻辑判断及信息处理的功能。
自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制的控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，或直流PWM调速系统。
PWM系统在很多方面有较大的优越性：主电路线路非常简单，需要用到的功率器件比较少；开关频率比较高，电机损耗及发热都比较少，电流很容易连续，并且谐波少；功率开关器件工作在开关状态，导通损耗比较小，装置效率比较高；低速性能比较好，调速范围比较宽，稳速精度比较高；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应比较快，动态抗干扰能力强；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
基于Proteus的单片机PWM直流电机速度控制系统设计
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
基于Proteus的单片机PWM直流电机速度控制系统设计
作者：乔志杰， 曾金明
作者单位：乔志杰(安徽电子信息职业技术学院)， 曾金明(解放军蚌埠汽车士官学校 安徽蚌埠233030)
刊名：
九江学院学报（自然科学版）
英文刊名：Journal of Jiujiang University(natural sciences)
年，卷(期)：2013,28(3)
参考文献(9条)
1.张靖武;周灵彬单片机系统的Proteus设计与仿真 2007
2.肖云茂;孙毅;张华兴基于Proteus的PC机对步进电机运动控制仿真[期刊论文]-{H}机械设计与制造 2009(04)
3.陈景贤单片机控制的直流电机PWM调速控制器设计[期刊论文]-{H}湛江师范学院学报 2008(03)
4.杨靖用单片机控制的直流电机调速系统[期刊论文]-{H}机床电器 2008(01)
5.董继承;黄宇带时钟的数字温度计的设计与制作[期刊论文]-{H}中国科技信息 2007(08)
6.茹占军;谢家兴基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计[期刊论文]-软件导刊 2010(08)
7.王毅;王平;苏伟达基于数字PID控制的直流电机控制系统的设计[期刊论文]-福建师范大学学报 2010(04)
8.陈艳;李娜娜;杨永双Proteus和Keil在单片机教学中的应用 2009(20)
9.李明基于Proteus的单片机对步进电机运动控制仿真[期刊论文]-{H}价值工程 2012(05)
引用本文格式：乔志杰.曾金明基于Proteus的单片机PWM直流电机速度控制系统设计[期刊论文]-九江学院学报（自然科学版）2013(3)。
基于.proteus仿真的pwm电机调速
直流电机调速资料汇总一．使用单片机来控制直流电机的变速.一般采用调节电枢电压的方式.通过单片机控制PWM1.PWM2,产生可变的脉冲.这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。
C语言代码：#include<AT89X52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K5=P1^4;sbit K6=P1^5;sbit PWM1=P1^0;sbit PWM2=P1^1;sbit FMQ=P3^6;uchar ZKB1,ZKB2;void delaynms(uint aa){uchar bb;while(aa--){for(bb=0;bb<115;bb++) //1ms基准延时程序{;}}}void delay500us(void){int j;for(j=0;j<57;j++){;}}void beep(void){uchar t;for(t=0;t<100;t++){delay500us();FMQ=!FMQ; //产生脉冲}FMQ=1; //关闭蜂鸣器delaynms(300);}void main(void){TR0=0; //关闭定时器0TMOD=0x01; //定时器0.工作方式1TH0=(65526-100)/256;TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次 EA=1; //开总中断ET0=1; //开定时器0中断TR0=1; //启动定时器T0ZKB1=50; //占空比初值设定ZKB2=50; //占空比初值设定while(1){if(!K5){delaynms(15); //消抖if(!K5) //确定按键按下{beep();ZKB1++; //增加ZKB1ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少}}if(!K6){delaynms(15); //消抖if(!K6) //确定按键按下{beep();ZKB1--; //减少ZKB1ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2增加}}if(ZKB1>99)ZKB1=1;if(ZKB1<1)ZKB1=99;}}void time0(void) interrupt 1{static uchar N=0;TH0=(65526-100)/256;TL0=(65526-100)%256;N++;if(N>100)N=0;if(N<=ZKB1)PWM1=0;elsePWM1=1;if(N<=ZKB2)PWM2=0;elsePWM2=1;}//显现：电机转速到最高后.也就是N为1或99时.再按一下.就变到99或1. //电机反方向旋转以最高速度二、内容及要求：1、设计一个直流电机调速系统.并用单片机实现连接开关和数码显示并将其值输入直流电机调速系统。
基于Labview和proteus的直流电机控制系统的设计与仿真
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.13.001基于Labview和proteus的直流电机控制系统的设计与仿真①彭昌权（广东省粤东高级技工学校 广东汕头 515000）摘 要：本文主要简述了利用单片机作为控制核心的直流电机的调速原理，其控制核心为AT89C51单片机，从而实现直流电机的速度调整。
简述了系统的整体框架，详细介绍了系统的主要功能模块的设计思想以及方案实现的大体思路。
采用Labview和Proteus两款软件设计一个直流电机控制系统，用AT89C51单片机作为系统的核心控制。
它的电机的远程控制则采用串口通讯技术来实现电机。
在系统中采用LCD1602显示器作为显示部件，显示当前转速，电机速度与运行方式通过按键调整。
利用Proteus设计直流电机仿真调速系统的设计方法，更加便捷实用地实现了对电机的直接控制。
关键词：单片机 Labview Proteus 直流电机 控制系统中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)05(a)-0001-02在当前时代科技快速发展的背景下，以往的直流电机因为它的控制系统和驱动电路较为复杂、成本很高，完成后修改难度非常高，可变性较差很难适应当前时代的要求，因为此些缺点以往的直流电机正慢慢地被电路简单可靠，灵活方便，成本低廉，通用性强的基于单片机控制的直流电动机所取代。
本设计就采用当前流行的单片机来对直流电机进行控制，从而使直流电机定位精度更高，具有更强的可靠性和运动性能等。
在利用上位机对直流电机进行监控，更加直观地观察直流电机的运行情况。
1 系统硬件组成部分本文采用51单片机的软件和硬件结合进行控制运用串口通讯技术实现电机的远程控制操作。
上位机是PC机运行监控软件LABVIEW,对直流电机的运行状态进行显示，对下位机Proteus进行参数设置和命令传递，从而完成对直流电机的控制。
AT 89C 51单片机收集直流电机的运行信息，通过Configure Virtual Serial Port Driver串口软件传输到上位机Labview软件比较直流电机的实际速度跟给定速度和PID 的计算。
直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现
基于uC/COS的直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。
随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。
但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传动控制系统中，传统电机如直流电机乃有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。
随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。
在电机控制系统开发中，常常需要消耗各种硬件资源，系统构建时间长，而在调试时很难对硬件系统进行修改，从而延长开发周期。
随着计算机仿真技术的出现和发展，可用计算机对电机控制系统进行仿真，从而减小系统开发开支和周期。
计算机仿真可分为整体仿真和实时仿真。
整体仿真是对系统各个时间段对各个对象进行计算和分析，从而对各个对象的变化情况有直观的整体的了解，即能对系统进行精确的预测，如Matlab就是一个典型的实时仿真软件。
实时仿真是对时间点的动态仿真，即随着时间的推移它能动态仿真出当时系统的状态。
Proteus是一个实时仿真软件，用来仿真各种嵌入式系统。
它能对各种微控制器进行仿真，本系统即用Proteus对直流电机控制系统进行仿真。
在系统软件开发中开发中可用操作系统，也可不用操作系统。
如用操作系统，程序可实现模块化，并能对系统资源进行统筹管理，最主要的是可实现多任务运行。
如果需要多任务并行运行，并且需要一定的时间间隔，某些任务对时间的要求不高时，如不用操作系统则要占用定时器资源，并且对栈空间和硬件资源很难进行管理，所以在这种情况下需要操作系统。
本系统用操作系统uC/COS.uC/COS是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核.uC/COS 已经有很多产品成功使用的案例且得到美国军方的认证，说明了该系统的可靠性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直流电机脉宽调制调速在Proteus中的仿真设计
作者：刘宸
来源：《科技创新与应用》2013年第20期
摘要：文章设计了以单片机为核心，直流电动机为执行构件，H桥集成电路L298作为电动机驱动电路的脉宽调制调速系统，并在Proteus软件中进行了仿真。
系统采用PWM对直流电机调速，精度高、范围大、设计简单实用、性能可靠，具有一定的应用价值，而使用Proteus仿真软件也方便教学。
关键词：PWM；单片机；Proteus；仿真
1 引言
脉冲宽度调制是利用数字信号输出对模拟电路进行控制的一种技术，广泛应用于功率控制、通信等领域。
脉宽调制就是按一定的规则对脉冲的宽度进行调制。
PWM的优点其一是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，其二是相较于模拟控制对噪声抵抗能力的增强，这是将PWM用于通信的主要原因。
在机电控制系统中，广泛采用PWM技术驱动各类模拟器件，如电动机调速、照明调光等。
要实现PWM可采用专用的集成电路，也可使用集成PWM功能模块的单片机，或者采用程序控制单片机定时器及通用IO口来实现。
2 系统工作原理分析
直流电动机是一个模拟器件，而单片机的输出是数字信号。
要实现单片机对直流电动机转速的控制，可以采用数/模转换电路进行D/A转换，也可以采用脉宽调制的方式实现。
本设计以单片机为控制核心并负责脉宽调制任务，按键作为系统输入，改变单片机输出脉冲的宽度实现对直流电动机速度的调节。
脉宽调制的输出就是不同宽度的脉冲，也就是单片机改变输出的高低电平的时间。
单片机的引脚负载能力极弱，需要功率驱动电路对单片机的输出信号进行放大后，再驱动直流电动机。
需要注意的是要让电动机取得不同转速的效果，必须提高调制频率，通常调制频率为1～200kHz，否则实际效果会是转动一短时间再停止一段时间。
3 硬件电路设计
本设计采用脉宽调制的方式实现用按键控制直流电动机的转速，电动机从静止到全速运行分为多个档位。
整个系统硬件电路由单片机最小系统、按键、直流电动机及其驱动电路组成。
在本设计中选择AT89S52单片机芯片为系统控制芯片，系统晶振频率为12MHz。
系统采用外部中断的方式检测按键，控制电动机调速。
在脉宽调制中，对高低电平保持时间进行定时的任务交给集成在单片机内部的定时器完成，因此不存在外围电路的连接。
对于PWM输出只需要单片机的通用IO口实现，选择PWM的输出引脚为P2.0。
单片机输出控制信号不能直接驱动电动机，需要外接如L298等H桥电路等驱动直流电动机，也可以根据需要采用由功率MOS管构成的H桥电路，来驱动高电压、大电流的直流电动机。
根据硬件电路和元器件的选择，硬件电路如图2所示。
4 系统软件设计
本设计主要实现脉宽调制调速，采用外部中断的方式检测换挡按键，定时中断的方式实现脉宽控制，因此主程序只需要完成对外部中断和定时中断的初始化设置，主程序的流程图如图1（a）所示。
当单片机检测到按键按下时，进入外部中断0的服务程序，此时应控制换挡。
程序中用变量time来表示档位，范围从0到10共分为11个档位，其中0代表电动机停止运行，10代表电动机全速运行，从1到9代表电动机转速逐渐线性提高的各个档位。
为了消除因按键抖动引起的错误操作，需要对按键进行消抖处理。
外部中断0的服务程序框图如图1（b）所示。
本设计选用的脉宽调制方案是先确定PWM信号的频率为1kHz，即周期为1ms，相比电动机对开关状态变化的响应时间足够短，所以能够近似等效于模拟信号从而控制转速。
电动机转速的档位是从0到10分为11挡，对应PWM信号的占空比从0到100%也分为11挡，因此一个周期就分为10个等份，每个等份的时间即单位间隔时间为100μs。
用定时器定时100μs，时间到就会进入定时中断服务程序，此时对定时中断次数计数，并根据变量time所指示的转速档位去判断脉冲的宽度是否已达到对应的占空比，输出对应的高低电平，从而实现脉宽调制。
定时中断服务程序的框图如图1（c）所示。
5 Proteus仿真与结果
程序中设定P2.0为PWM负脉冲输出引脚，将Proteus虚拟仪器模型中的示波器任一通道连接至P2.0引脚，可观察到PWM波形。
仿真结果，每按下一次按键，电动机转速在0～320rpm之间递增10%，实现了PWM脉宽调制调速，在虚拟数字示波器中可观察单片机引脚的脉宽调制输出波形，PWM信号幅值为
5V，周期为1ms，占空比随按键调节。
图3为 PWM负脉冲占空比为50%时，电动机转速达到162rpm，图4为PWM负脉冲占空比为80%时，电动机转速达到257rpm。
参考文献
[1]刘宸.温度控制系统中AVR单片机的研究[J].电子制作，2013（04）：18，35.
[2]朱永金，成友才.单片机应用技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.。