pwm异步电机调速

1、济 南 大 学自动化与电气工程学院专业综合实训报告综合实训题目：直流电动机PWM驱动器硬件软件设计 所属实训环节： 电力电子与电气传动综合实训 学生姓名： 宋春有 学号： 20120321229 班级： 电能1201班 指导教师： 龚宇雷、王成友、陈芳 计划实训时间：2015年9月15日至2015年10月25 日自动化与电气工程学院制专业综合实训任务书任务与要求专业综合实训内容：掌握直流电动机驱动器电路原理，以及CPLD程序设计方法，编程技巧及调试的技能。主要要求及指标：通过在可编程逻辑器件CPLD中综合运用数字电子技术基础课程中的触发器、计数器、数据比较器等内容，实现数字PWM驱动器功能；完

2、成作品的设计、制作和调试，给出制作实物，提交简要设计报告（按照技术类杂志投稿要求撰写1000字左右，要求学生手写），按照题目要求进行电动机调速运行等功能的演示开始日期2015年9月15日完成日期2015年10月25日以下由指导教师填写：指导教师评语： 评定成绩（五级制） 指导教师签字 年 月 日目录一、电力电子课程实训概要21、实训主要仪器设备和材料2二、实训软件ispLEVER的学习与运用21、ispLEVER的安装22ispLEVER的运用3三、实训电路图与编程原理图及其工作原理41、电路原理图42、编程原理图72、工作原理分析9四、电路调试与波形分析121、仿真波形图122、波形图分析1

3、2五、收获与体会13参考文献14一、电力电子课程实训概要1、实训主要仪器设备和材料a、示波器，电烙铁，尖头镊子，斜口钳b、示波器、万用表c、微型直流电动机，电源，CPLD下载器 二、实训软件ispLEVER的学习与运用1、ispLEVER编程软件 a、它支持原理图、硬件描述语言（ABEL-HDL、VHDL、Verilog）以及原理图和硬件描述语言混合输入三种方式。   b、能对设计进行逻辑优化，并将逻辑映射到器件中去，自动完成预布线，生成编程所需的熔丝图文件，通过下载电缆下载到器件中。   c、ispLEVER在WINDOWS平台上运行，支持层次设计，具

4、有十分友好的人机界面。    d、整个设计工作流程大致分为创建新设计项目，选择器件，输入源文件，编译与优化，逻辑模拟，连接和器件适配，下载等若干过程。2、在系统可编程器件设计步骤 1.创建新设计项目：设计的第一步，它的任务是建立一个项目，包括项目文件和项目标题。  2.选择器件：在器件选择窗口中选择要使用的器件。针对某个可编程器件进行设计时，建立项目后，应首先选择器件。 3.输入和修改源文件：设计过程中最重要的一步。所有的设计思想通过源程序的形式输入计算机。一个项目可能由一个或多个源文件组成。 4.编译与优化：原理图和ABEL-HDL文件必须经过编译。编

5、译用途和其他语言是一样的。若不能通过编译，则需返回修改源文件。  5.仿真：目的是对设计的正确性进行检验。从功能上对设计的正确性进行检查，它假定信号的传输时间为0，与适配器的时间无关。若仿真结果与设计要求不符，则需修改设计。  6.连接与器件适配：连接将编译后的各模块连接成一个文件。器件适配则把设计放进目标器件中。 7.下载：通过下载电缆，将生成的JED数据文件下载到电路板上的ISP器件中。下载又称为编程。一个ISP器件只有经过下载这一步骤，才能将设计成果转化为该器件的功能，在电路板上发挥应有的作用。 3、建立由原理图源文件组成的设计1.创建一个新的设计项目选择菜单File

6、->New Project.在Create New Project对话框的Project Name栏中，键入项目名，在Project type栏中选择Schematic/ABEL你可以看到默认的项目名和器件型号: Untitled and ispLSI5256VE-165LF256。用鼠标双击Untitled，在Title文本框中输入项目2.选择器件双击ispLSI5256VE-165LF256, 你会看到Device Selector对话框(如下图所示)，选择器件，按ok按钮。在软件弹出的如下图显示的Confirm Change窗口中，按Yes按钮。在软件接着弹出的如下图显示的ispL

7、EVER Project Navigato窗口中，按Yes按钮,以用来去除原有的约束条件。3.在设计中增加源文件从菜单上选择Source项，选择new。在对话框中，选择Schematic(原理图)，并按OK。输入文件名demo，确认后按OK。现在出现了如图所示的原理图编辑器，可以开始绘制原理图了。4. 建立元件符号（Symbol）ispLEVER工具的一个非常有用的特点是能够迅速地建立起一张原理图的符号。通过这一步骤，你可以建立一个可供反复调用的逻辑宏元件，以便放置在更高一层的原理图纸上。双击原理图的资源文件demo.sch，把它打开。在原理图编辑器中，选择File菜单。从下拉菜单中，选择Ma

8、tching Symbol命令。关闭原理图。至此，这张原理图的宏元件符号已经建立完毕，并且被加到元件表中。你可以在下一步中调用这个元件。三、实训原理图及其工作原理1、电路原理图2、工作原理分析电路原理图如上图所示。有两个环节组成：isp1016E芯片控制的PWM输出、驱动放大电路。电路通电后，在可编程逻辑器件中放入所编程序实现PWM波行输出，四个按键进行控制，SW1是调速按钮，SW2是控制正反转，SW3控制SW1，SW2的输入，SW4是复位按钮。通过对不同按键的的控制来改变所输出PWM波的占空比以及线路的极性，通过放大驱动控制电路，实现对直流电动机的加减速，正反转的控制。3、硬件电路设计方案及

9、设计原理直流电机PWM调速硬件设计框图如图1所示。速度设定PWM信号产生电路正反转控制电路驱动电路电机电源电路1、PWM信号产生电路的设计方案及设计原理PWM是英文pulse width modulation的缩写，其含义就是脉冲宽度调节，简称脉宽调制，广泛应用于测量，调速等。目前直流电机PWM调速信号有多种方法实现。1）模拟电路实现方案；用模拟电路加电位器实现PWM信号的原理如图2所示。集成运放A1、A2构成三角波发生电路，集成运放A3构成电压跟随器，A4构成电压比较器，它是实现PWM信号的核心部分，电压比较器的同相端通过电压跟随器接三角波输出信号，其电压按三角波规律变化。电压比较器的反相端

10、接10K欧姆电位器的中心抽头，调节电位器可使其电压在0V+12V之间变化。从而调节电压比较器的基准电压，也就调节了比较器的门限电平。当基准电压低时，门限电平低，输出脉冲高电平持续时间长，即输出脉冲宽度宽；当基准电压高时，门限电平也高，输出脉冲宽度就窄，从而达到了脉宽调制的目的，其波形图如图3所示。2、数字电路方案：采用数字电路设计方案如图4所示，由计数器、寄存器及数字比较器等电路组成。寄存器保存的是四位比较数据，由控制电机调速的开关提供数据，可以通过开关改变其数据大小。计数器是按四位二进制加法规律计数，在CP脉冲作用下，其输出Q3 Q2 Q1 Q0由00001111变化，每经过16个CP脉冲循

11、环一次。四位数字比较器的比较信号B接开关数据，被比较信号A接计数器输出端。当A大于B时，输出高电平，当A小于等于B时，输出低电平。根据输入的不同比较信号，其输出脉冲宽度不同，从而得到所需要的PWM信号。图5给出了B=B3B2B1B0=0100以及B= B3B2B1B0=1100时的PWM波形。 Q0计数器 Q1 Q2 Q3数字电路产生PWM信号电路四位数字比较器A0A1A2A3B0B1B2B3Y寄存器CP脉冲 速度设定数据PWMX信号HtCP 不同调速数据的PWM信号波形PWM1: B=0100时的PWM波PWM2: B=1100时的PWM波形PWM1PWM2tt2、正反转驱动控制电路设计 控

12、制电机正反转的条件就是使流过电机的电流方向相反，如图6所示，当三极管T1、T4导通，且T2、T3截止时，电流由电机的左端流向右端，电机实现正转，反之，当三极管T1、T4截止，且T2、T3导通时，电流由电机的右端流向左端，电机实现反转。根据这一思想，设计中，将T1、T4的基极并联，T2、T3的基极并联，控制轮流接通PWM信号即可实现正反转控制。为了能实现轮流给出PWM信号，设计中采用了两个三态非逻辑门,如图7所示。当控制端SW3=0时，三态非逻辑门G1输出高阻态，G2有效，PWM信号通过G2输出，实现反转。当控制端SW3=1时，三态非逻辑门G1有效，G2输出高阻态，PWM信号通过G1输出，实现正

13、转。图6电机正反转驱动电路111PWMLPWMRPWMG1G2图7 正反转信号控制电路SW33、计数器计数脉冲电路设计。计数器正常计数需要计数脉冲，设计中采用555定时器构成多谐振荡器来实现计数脉冲。电路如图8所示。其输出波形如前面图5中CP波形。图8 CP脉冲产生电路8 47 36 555 2 5 1 GNDVCCR1C0.01mR2UoUC4、编程原理图4、工作原理分析电路原理图如上图所示。有以下几个模块组成：555信号发生器，累加器，数字比较器，D触发器，三态门555定时器发出信号、计数器进行累加，16个正弦波为一个信号，加满溢出，由clv端口控制，一开始对数字比较器的B0，B1，B2，

14、B3端口进行初始值的设定为0100，通电后当正弦波进行到第四个上升沿是比较器输出，从而电动机转动，此时按下SW1不松，再按SW3，依次松开SW3、SW1，则对B0，B1，B2，B3的值进行了重新设定，此时只有当方波上升那个到第十二个上升沿时比较器才输出，从而控制了输出电流的大小，实现了电机的调速，此时再按下SW3速度又返回。进行电机的正反转，在数据比较器后面设置了两个三态门，由SW2进行控制，两个三态门分别接电机的不同端子，按下SW2后面的三态交替工作，从而实现了电机的正反装的控制，此时按下SW3电机返回初始状态。一开始接通电路，电机进行快速正向转动，此时一直按着SW1，再按一下SW3，松开S

15、W3，SW1电机实现减速功能，按下SW3电机实现加速功能。此时一直按着SW2，再按一下SW3，松开SW3，SW2电机实现快速反转功能，按下SW3电机实现正转加速功能功能。四、电路调试与波形分析1、波形图2、波形图分析波形Y0是有555定时器发出的方波，接上电机时电动机开始快速正向旋转，此时按着SW1，按一下SW3，高电平输入，电动机开始减速，PWML波形占空比减少，PWML为高电平，按一下SW3电动机速度又回到高速，按着SW2，按一下SW3，电机实现反转，PWML波形变化，PWMR为高电平，电机实现反转，按下SW3电机又回到正转。五、收获与体会经过为期四周的实习训练，我觉得自己获益匪浅，这次实

16、训，自己终于有了一个从课堂理论向实际动手操作转变的机会，从而深刻体会的理论与现实之间有很大的差距。在实训过程中，经历了许多困难与挫折，由于这个课程设计涉及许多关于数字电子的内容，而这些内容早已在脑海中淡忘，所以，我和同学们又温习了数字电子理论，把课本上学到的知识，经过积极努力的探索，转化成了电路板上一个又一个焊点，一块又一块芯片之间的连接，最终形成整体电路，实现了软硬件结合，进而驱动电机正反转，调速等等。理论是现实技术发展的前提与向导，但技术确是检验理论的唯一手段，此次设计，让我深刻体味了技术的重要性，也许，我们的知识已经在大脑中储存了很多，但如果想要变成真正的技术进而制造出想要得到的实物，恐怕还有很长一段路要走。这个过程中，让我感触最深的就是电机驱动芯片的焊接，由于该芯片的焊接属于贴片焊接，而且芯片有很多引脚，这让许多同学在焊接过程中遇到很多麻烦，而且有一个很关键地方就是芯片怕高温，许多芯片在焊接过程中已经被高温所损坏，所以在焊接过程中要非常的小心。该电路板设置了很多检测信号的地方，以便在测试过程中及时发现问题的所在，便于检查电