单片机直流电机PWM(调速)控制管理系统仿真+程序设计

  早期直流传动的控制管理系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经普遍的使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定能力比模拟直流调速系统大幅度的提升。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。

  微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比慢慢的升高。此外，由于电力电子技术的发展，制作流程与工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用上的要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。

  对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就能轻松实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节[2]。高性能的微处理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。

  近年来，随着科学技术的进步，电力电子技术获得了迅速的发展，直流电机得到了愈来愈普遍的应用。直流它具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广;过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需要能满足生产的全部过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不能够满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。

  直流电机PWM控制管理系统的基本功能包括：实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停，并能调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。

  主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S52单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且能调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制管理系统由以下电路模块组成：

  设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。

  设计控制部分：主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。

  设计显示部分： LED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。

  方案说明：直流电机PWM调速系统以AT89S52单片机为控制核心，由命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。

  载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM能应用在许多方面，比如：电机调PWM（脉冲宽度调制）是经过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负速、温度控制、压力控制等等[7]。

  在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据自身的需求改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

  设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。

  由上面的公式可见，当我们改变占空比D=t1/T时，就能够获得不同的电机平均速度Vd,进而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们大家可以将其近似的看成是线PWM调速方法

  基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值能改变电枢端电压的平均值进而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法：

  前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整，此种方式可简化硬件电路，操作性强等优点。

  方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。

  方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，尤其是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。

  这里利用定时计数器让单片机P2口的P2.6、P2.7引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片L298放大后控制直流电机。驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可经过控制其中一个引脚来控制。当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。

  定时计数器若干时间（1us）中断一次，就使P2.6或P2.7产生一个高电平或低电平。直流电机的速度分成100个等级，因此一个周期就有100个脉冲，周期为一百个脉冲的时间，速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的百分数。一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。占空比越大，加在电机两端的电压越大，电机转动越快。电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。当我们改变占空比时，就能够获得不同的电机平均速度，进而达到调速的目的。精确的讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似看成线主要性能

  AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

  与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz～33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针；掉电标识符。

  2、晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12MHz）3、内部程序存储器（ROM）为 8KB

  5、32 个可编程I/O 口线、三级加密程序存储器9、全双工UART串行通道

  L298是SGS公司的产品，L298N为15个管角的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用L298N来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达 36 V；Vs 电压最大值也是 36 V。L298N可直接对电机来控制，无须隔离电路，可以驱动双电机。

  当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时,电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;;IN1与IN2相 同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。

  在对直流电动机电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使用上可大致分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式。

  LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分所组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。

  当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。除半导体激光器外，当电流激励时能发射光学辐射的半导体二极管。严格地讲，术语LED应该仅应用于发射可见光的二极管；发射近红外辐射的二极管叫红外发光二极管（IRED,Infrared Emitting Diode）；发射峰值波长在可见光短波限附近，由部份紫外辐射的二极管称为紫外发光二极管；但是习惯上把上述三种半导体二极管统称为发光二极管。

  共阴极 共阳极 管脚图其中：图（a）为共阴极结构，8断发光二极管的阴极端连接在一起，阳极端分开控制，使用时公共端接地，要使哪根发光二极管，则对应的阳极端接高电平。图（b）为共阳极结构，8端发光二极管的阳极端连接在一起，阴极端分开控制，使用时公共端接电源。要使哪根发光二极管，则对应的阴极端接地。其中7段发光二极管构成7笔的字形“8”,1根发光二极管构成小数点。图“c”为引脚图，从a-g引脚输入不同的8位二进制编码，可显示不同的数字或字符。通常把控制发光二极管的7（或8）位二极管编制称为字段码。不同数字或字符其字段码不一样，对于同一个数字或字符，共阴极连接和共阳极连接的字段码也不一样，共阴极和共阳极的字段码互为反码。

  电路的接法决定了一定要采用逐位扫描显示方式。即从段选口送出某位LED的字型码，然后选通该位LED， 并保持一段延时时间。然后选通下一位，直到所有位扫描完。

  键盘是一种最常用的输入设备,它是一组按键的集合，从功能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据与命令，查询和控制管理系统的工作状态，实现简单的人机对话。

  （a）键盘按照接口原理可分为编码键盘与非编码键盘两类。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。

  非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。（b）键盘按照其结构可分为独立式键盘与矩阵式键盘两类。

  独立式键盘大多数都用在按键较少的场合,矩阵式键盘大多数都用在按键较多的场合，也称行列式键盘

  独立式键盘的按键相互独立，每个按键接一根I/O口线，一根I/O口线上的按键工作状态不可能影响其它I/O口线的工作状态。因此，通过检验测试I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下

  直接应用AT89S52的软件方法实现PWM信号输出，这比硬件实现PWM信号成本低。限制少。实现便捷。其流程图如下所示。

  通过本次毕业设计，使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。在本次课程设计过程中，我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源，这中间还包括：直流电机PWM调速、AT89S52单片机、L289引脚图及其引脚功能等，LED数码管显示，为本次毕业设计提供了一定的资料。

  在做毕业设计的初期阶段，难度很大，没有头绪。通过求助于陈老师、理清了思路。同时，在图书馆里、网上查阅资料，攻克了毕业设计中的道道难题。通过本次科学技术创新实践，我学到了许多东西，知道光靠书本上的东西是不够的，需额外去查资料。无论是在硬件还是软件设计上，我都遇到了不少的问题，在克服困难的过程中，我学到了许多，特别是在课堂上学不到的东西如（PWM）。也锻炼了我的protel画图能力，以前学的时候元器件都是给定的只要到库里面找出名字就可以，只要连线就可以，而这次是通过你自己的设计需要去画，感觉不同。本次设计我能独立完成，算是有了很大的收获。总的感受有以下几方面：

  1、通过本次毕业设计，我不但对单片机有了更为深入的了解，对一个课题如何画流程图，编程序等有了一定的认识。

  2、进一步加强了我的动手能力和运用专业相关知识的能力，从中学习到如何去思考和解决实际问题，以及如何灵活地改变方法去实现设计的具体方案。特别是深刻体会到了软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合作用。3、让我了解到单片机技术对当今我们正常的生活的重要性。同时这次做毕业设计的经历也使我受益匪浅，让我知道做所有的事情都应脚踏实地，刻苦努力地去做，只有这样，才能做好。

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  功能描述：使用单片机T0定时器产生(xxxHz)脉宽调制信号，输到L298N的EN_A

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  编辑：什么鱼 引用地址：单片机直流电机PWM(调速)控制管理系统仿真+程序设计

  1 引言 随着时下人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合能够正常的看到彩色霓虹灯。 led 彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价和控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰慢慢的变成了一种时尚。但目前市场上各式样的 LED 彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构较为复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。 本文提出了一种基于AT89S51单片机的彩灯控

  的LED彩灯控制器 /

  0 引言 随着计算机网络技术、全球化通信技术和高精尖的精密加工工业的发展，对电源的要求慢慢的升高。为确保供电的可靠性和稳定能力，UPS正愈来愈普遍地被应用到国民经济的所有的领域。本文介绍了一种基于Motorala单片机MR16的全数字化的UPS设计方法，根据设计思想制作了一台样机，得到了较好的实验结果。 1 主电路的设计 系统主电路最重要的包含蓄电池、逆变电路和切换电路3部分，逆变部分采用电压型全桥逆变结构，如图1所示。蓄电池电压经全桥逆变电路逆变，再经低频变压器升压和滤波后输出。逆变电压或电网电压Un通过切换开关向负载供电。系统模块设计要求为直流侧输入电压220V，额定交流输出电压为220V/50Hz

  的不间断电源的研究 /

  首先来说，每一款单片机的编程软件都有软件仿真功能。我们大家可以通过这个软件仿真功能学习一些单片机的功能。 例如，能够最终靠软件仿真功能实现单片机端口输出高低电平，然后通过观察相应的端口 寄存器的值来看程序是否正确执行了；还可以编写定时程序实现固定时间（例如定时1秒）执行端口的输出功能，可以用软件仿真看看是否按照设定的时间进入了中断，等等。但是，软件仿真的功能实在有限，我们最多只能看到相应的寄存器是否执行正确，因没有硬件电路的配合，完全看不到电路是否正确执行了。 所以，用单片机编程软件的软件仿真功能能学习单片机很有限。 这方面的软件首推proteus，这是目前为止我见过、用过的，可以仿真单片机种类多的软 件。 proteus这

  2.4Simulink中模块搭建 Simulink中模块如图1所示，三个OPC模块需要作一些简单的设置（或组态），其中OPC读模块用于读取WINCC中的调节器输出信号，而OPC写模块用于向WINCC写入过程量，在OPC数据交换状态下，仿真是实时的，或者更正确的说是伪实时的。

  玩PID控制—从理想PID控制至先进PID控制_6 /

  引言 单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性价比受到大家的重视和关注，所以应用很广，发展非常迅速。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。广大工程技术人员通过学习有关单片机的知识后，也能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。正因为如此，在我国，单片机已被广泛地应用在工业自动化控制、自动检验测试、智能仪表、家用电器等每个方面。在现代工业控制和一些智能化仪器仪表中，慢慢的变多的场所需要用点阵图形显示器显示汉字。汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根

  在通用变频器、异步电动机和机械负载所组成的变频调速传统系统中，当电动机所传动的位能负载下放时，电动机将可能处于再生发电制动状态；或当电动机从高速到低速（含停车）减速时，频率能突减，但因电机的机械惯性，电机可能处于再生发电状态，传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过逆变器的六个续流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的逆变器处于整流状态。这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升。如果当制动过快或机械负载为提升机类时，这部分能量就可能对变频器带来损坏，所以这部分能量我们就应思考考虑了。   在通用变频器中，对再生能量最常用的解决方法有两种：(1)、耗散到直流回路中

  器能耗回馈的解决方法 /

  温度是工业控制中主要的被控参数之一，在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制，因此研究温度的测量方法和装置具备极其重大的意义。传统方法多以热电阻和热电偶等为温度传感元件，而这种模拟温度传感器输出为模拟信号，一定要经过A/D 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构很复杂、抗干扰性差、布线麻烦以及成本高等缺点。 针对以上问题，该设计提出了基于Dallas 半导体公司的数字式温度传感器DS18B20［1-2］和ATMEL 公司AT89S52 单片机构成的温度测量系统，并可通过串口连接在PC 系统上进行实时显示，该系统安装简易，可靠性高，适用于恶劣环境的现场温度测量。 1 系统构成 测温

  和PC串口通信基础上的测温系统设计 /

  摘要： 介绍了通用单片机（MCU）AT89C51与信号处理单片机（DSP）TMS320C32通过共享片外随机存储器实现板间通信的方法，并给出了总线隔离硬件电路与软件控制流程。文中还简要分析了AT89C51与微生机盎然进行串行通信的软硬件设计，通过扩展AT89C51间接实现了TMS320C32与通用单片机或微机之间的通信。     关键词： 单片机  DSP  数字信号处理器  共享存储器  串口通信 TMS320系列数据信号处理单片机（DSP）在测控、仪器仪表、图象处理、计算机视觉与声信号处理等领域得到了愈来愈普遍的应用。DSP获取原始采集数据和输出处理结果一般有两种途径：一是通过串行口，另一是通过数据

  固定错相

  构建射频应用

  研讨会 : 用于感测应用 带可配置信号链元素的新型 MSP430™ MCU

  CapTIvate™：引爆触摸新体验_2016 TI 嵌入式产品研讨会实录

  直播回放: 借助Sitara™ AM263x MCU 创造电气化的未来

  解锁【W5500-EVB-Pico】，探秘以太网底层，得捷电子Follow me第4期来袭！

  【下载】LAT1317 STM32CubeProgrammer和STM32CubeIDE协同调试的方法

  【下载】LAT1334 基于MCSDK5.4.8电机库修改两电阻采样方法

  【直播】轻松使用STM32MP13x如MCU般在Cortex A 核上裸跑应用程序

  【新品】STM32H5-Arm® Cortex®-M33 内核，主频高达250MHz，提升性能与信息安全性

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  2023年12月20日，中国 - 意法半导体新软件帮助工程师把STM32微控制器应用代码移植到性能更强大的STM32MP1微处理器上，将嵌入式系统模块设计性 ...

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  在万利STM32学习板的USB摇杆例程中，摇杆的按键处理并没有消抖处理，因此重新修改了摇杆的驱动，顺便还增加了两个按键以及摇杆中键下压的驱 ...

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