利用PROTEUS软件对单片机与直流电动机接口的设计仿真

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  一、PROTEUS简介
  Proteus 是目前较好模拟单片机外围器件的工具,它可以仿真51 系列、AVR,PIC 等常用的MCU 及其外围电路(如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,等等)。
  Proteus 与其它单片机仿真软件不同的是,不仅能仿真单片机CPU 的工作情况,也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作过程以及结果。对于这样的仿真设计,从某种意义上讲,是弥补了实验和工程应用间脱节的不足。
  二、单片机与直流电动机硬件接口电路的设计
  脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种有效的技术,广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的各个领域中。
  PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术,即通过对脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要的波形,保持开关周期T不变,调节开关导通时间Ton。在采样控制理论中有个重要的结论:窄脉冲的面积相等而形状不同的的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。这里所说的效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。直流斩波实际上就是 PWM控制技术中最为简单的一种情况。它把直流电压斩成一系列脉冲,改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。改变脉冲的占空比就是对脉冲的宽度进行调制,只是因为输入电压和所需要的输出电压都是直流电压,因此脉冲既是等幅的,也是等宽的。
  本设计中要产生的PWM是单片机常用的模拟量控制方式,设计通过外接的A/D转换电路,对应外部不同的电压值,利用AT89C51单片机产生占空比不同的控制脉冲,驱动直流电动机以不同的转速转动。并通过外接的单刀双掷开关,控制电动机的正转与反转。设计的电路图1所示:
  加载目标代码文件,进入调试环境执行程序。在Proteus ISIS界面中,调节电位器RV1,可以看到电机转速随着电位器的调节相应发生变化,如图2所示。同时通过示波器观察单片机输出的PWM控制脉冲信号,如图3所示。切换开关SW1的状态可切换电机的正、反转。
  四、结语
  本设计采用了软硬件相结合的方法,既达到了控制的灵活性要求又满足了响应速度快的特性,从仿真的结果来看,该控制系统是有效的,能够反映实际系统的输入输出特性和速度调制的要求。
  
  参考文献:
  [1]胡汉才.单片机原理及接口技术.清华大学出版社,2004.
  [2]朱清慧.PROTEUS教程.北京航天航空大学出版社,2003.
  [3]周润景.基于Proteu8的电路及单片机系统设计与仿真.北京航空航天大学出版社,2006.
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