现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在电力拖动系统中已大量采用晶闸管（即可控硅）装置向电动机供电的KZ-D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F- D系统，又伴随着微电子技术的不断发展，中小功率直流电机采用单片机控制，调速系统具有频率高，响应快，本文论述了采用PIC16F877单片机作为主控制元件，充分利用了PIC16F877单片机捕捉、比较、模/数转换模块的特点作为触发电路，其优点是：结构简单，能与主电路同步，能平稳移相且有足够的移相范围，控制角可达10000步，能够实现电机的无级平滑控制，脉冲前沿陡且有足够的幅值，脉宽可设定，稳定性与抗干扰性能好等。

　　1 直流电机调速原理分析

　　直流电动机的转速n和其它参数的关系可用下式来表示：

　　采用PIC16F877单片机实现电路调速系统的设计

　　在中小功率直流电机中，电枢回路Ra电阻非常小，式（4）中IaRa项可省略不计，由此可见，直流电机的调速当改变电枢电压时，转速n随之改变。

　　2 系统组成及其工作原理

　　2.1 系统硬件结构模块框图

　　下图是系统的模块框图：

　　2.2 系统工作原理

　　本系统主要由主控开关，电机激磁电路，晶闸管调速电路（包括测速电路），整流滤波电路，平波电抗器及放电电路，能耗制动电路组成，系统采用闭环PI 调节器控制。当主控开关闭合后，单相交流电经晶闸管调速电路控制后，又经过桥式整流、滤波、平波电抗器后，获得脉冲小，连续的直流，提供给电机，同时，交流电通过激磁电路整流后，使电机获得励磁，开始工作。调节触发电路中的速度设定电位器RP1，使得当AN1输入电压减小时，PIC16F877单片机输出的控制角也相应减小，晶闸管导通角随之增加，主电路输出电压增大，电机速度增大，同时测速电路输出电压也增大，经PI调节器作用后，电机在设定的速度范围内稳定运转。

　　3 系统各部分电路设计

　　3.1 主电路设计

　　电路中各元件参数如下图所示。

　　按下启动按钮SW，接触器KM线圈通电， KM常开触点闭合，常闭触点打开，启动按钮自锁，主电路导通， 晶闸管调速电路通过改变双向晶闸管控制角大小来控制交流电输出，再经桥式整流，滤波后，得到直流， 同时，电机通过激磁电路整流后，获得励磁，开始工作。

　　为了限制直流电流脉动，电路中接入平波电抗器，电阻R3在主电路突然断电时，为平波电抗器提供放电回路。

　　为了加快制动与停车，本装置中采用能耗制动，由电阻R4与主电路接触器常闭触点组成制动环节。

　　电动机激磁由单独整流电路供电，为了防止电动机失磁而引起飞车事故，在激磁电路中，串接欠电流继电器KA，动作电流可通过电位器RP进行调整。

　　3.2 晶闸管触发电路设计

　　主电路中A、B两点电压经变压器变压为20V，再经过桥式整流后，在2点产生100H左右的半波信号，通过R6，R7分压后接入NPN三极管进行放大， 在三极管集电极产生过零脉冲，利用CCP1模块先捕捉过零脉冲上升沿，记下其发生时间，紧接着捕捉过零脉冲下降沿，两者的时间差即为过零脉冲宽度，其值的一半即为脉冲中点，采用这样的捕捉方式可以  地得到交流电的实际过零点，同时利用ADC模/数转换模块转换PIC16F877引脚RA1/AN1模拟电压的值作为晶闸管控制角的设定值（电机速度设定值），改变电位器RP1设定值，相应改变晶闸管控制角大小，同时测速电路输出值由PIC16F877引脚 RA1/AN1输入，经A/D转换后作为速度反馈值。本系统中单片机的振荡频率采用4MHz，由PIC16F877单片机指令周期的特点可知，晶闸管控制角的分辨率是单片机振荡频率的四分之一的倒数，即1us，对于工频电的半波时间10ms来说，控制角可达10000步，完  够实现电机的无级平滑控制。

　　3．3 测速电路设计

　　测速电路由附着在电机转子上的光码盘及电脉冲放大整形电路组成。电脉冲的频率与电机的转速成固定的比例关系，光码盘输出的电脉冲信号经放大整形为标堆 TTL电平从PIC16F877单片机引脚RC0/T1CKI输入，通过TMR1计数器进行计数，从而算出转速，将这个转速与预置转速进行比较，得出差值，PIC16F877通过对这个差值进行PI运算，得出控制增量，在CCP2送出晶闸管控制角的大小，从而改变加在电机两端的有效电压，  终达到控制转速的目的。

　　4 软件设计

　　为使晶闸管控制角超调小，将速度闭环控制设计成为典型I系统，即PI调节器，用来调节晶闸管控制角时间Td，其控制算法为：

　　考虑到在本系统中电动机的机电时间常数为0.12s，在实加给定的作用下，偏差不会在几个采样周期内消除掉，故在本系统中测速电路采样周期选取为2ms。

　　本系统的软件设计模块主要包括CCP1上升沿捕捉模块， CCP1下升沿捕捉模块，控制角设定值A/D转换模块， 测速电路脉冲定时计数模块， PI调节器模块，CCP2比较输出模块等，程序流程图如下：

　　假设我们得到过零点时间为T，晶闸管控制角时间为Td，那么送入CCP2寄存器CCPR2H:L比较值Tf= T+Td，比较一致后，将在CCP2引脚上输出高电平，使晶闸管导通，然后根据所需的触发脉宽值，再次修改CCPR2H:L值，使输出高电平触发脉冲维持一定的时间后再回到低电平，这样就完成一个双向晶闸管触发脉冲输出

　　5 结语

　　设计出的 PIC16F877单片机作为双向晶闸管触发电路的调速系统，在中小型直流电机调速系统中具有结构简单，运行可靠，调节范围宽，电流连续性好，响应快等特点， 转速环采用PI控制算法，能有效地抑制转速超调，采用此单片机的调速系统是一种可行的设计方案，运行曲线如下：