基于51单片机的直流电机调速系统设计与实现+仿真图+流程图(6)
3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据
4 RS 数据/命令 12 D5 数据
5 R/W 读/写选择 13 D6 数据
6 E 使能信号 14 D7 数据
7 D0 数据 15 BLA 背光源正极
8 D1 数据 16 BLK 背光源负极
由于LCD1602工作性能好，应用较为广泛，所以本次毕业设计以其为显示器件，LCD1602与单片机的连接如图8所示。
图8 单片机与LCD1602连接图
3.8 直流电机
(1) 直流电机工作原理
直流电机电路模型如图9所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈a b c d。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图9 直流电动机电路模型
(2) 直流电机主要技术参数：
①额定功率 ：在额定电流和电压下，电机的负载能力。
②额定电压 ：长期运行的最高电压。
③额定电流 ：长期运行的最大电流。
④励磁电流 ：施加到电极线圈上的电流。
⑤额定转速 ：单位时间内的电机转动快慢。以 为单位。在本系统中，直流电机全速旋转时的情况如图10。
图10 直流电机全速旋转图
3.9直流电机PWM调速原理
直流电机的数学模型可用下图表示，由图可见电机的电枢电动势的正方向与Ia的方向相反，Ea为反向电动势；负载转矩T1的正方向与转速n的方向相同，为拖动转矩；负载转矩T2和空载转矩To的正方向都与转速n相反，故为制动转矩。
图11 直流电机的数学模型
由基尔霍夫第二定律得： （2）
式中 为电枢回路电阻、电枢回路串联绕阻与电刷接触电阻的总和， 是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为： （3）
式(3)中，Ce为电动势常数，Φ是磁通量。
由(2)式和(3)式得 （4）
由式(4)可知，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压 决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。
4. 系统软件设计
本系统要实现指定点温度信号的采集，对采集结果依据PID调节规律进行运算，利用运算结果产生PWM信号实现对直流电机转速的调节，同时把采集到的信号读入到LCD液晶显示器中。设计上采用模块化设计方法，各个子模块相对独立，调节修改以及扩展都比较方便。
4.1 程序流程图
(1) 主程序设计流程图
图12 系统软件设计流程图
(2) PID控制算法流程图
图13 PID控制算法产生PWM图
4.2 软件调试
在程序编写的过程中，出现了很多问题，温度控制的PID算法的C语言程序、PWM信号的软件实现方法、以及单片机控制直流电机的转动方向等问题，这些都需要花很长时间去完成。PWM信号的产生主要由定时、中断来产生，需
要经过多次调试确定合适的初始值。经过多天的学习探索和老师的悉心指导，大部分问题都已经解决，但是有些程序还是不能实现应该实现的功能，这是软件调试中常见的问题，后来经过不断的调试，并认真总结，发现了问题。其实是在编写中断处理程序时出现了错误，修改后即可实现直流电机调速的目的。总结这次软件调试，主要采用了以下软件调试的基本方法与流程：
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