原标题：采用PIC16F877单片机实现电路调速系统的设计

一、系统总体设计

1. 核心功能

• 调速控制：通过调节电机电枢电压实现无级调速，适用于中小功率直流电机。

• 闭环反馈：实时监测电机转速，动态调整控制信号，确保转速稳定。

• 保护机制：具备过流、过压、欠压保护功能，提升系统安全性。

2. 硬件架构

• 控制器：PIC16F877单片机（8位，内置PWM模块与ADC）。

• 驱动电路：晶闸管调速模块或L298N电机驱动芯片。

• 测速模块：光码盘+脉冲整形电路，输出标准TTL信号。

• 人机交互：按键调速、LED状态指示、LCD1602显示参数。

二、硬件电路设计

1. 电源模块

• 输入220V交流电，经变压器降压至20V交流，再通过整流滤波和稳压电路输出12V和5V直流电，分别用于驱动电路和单片机供电。

2. 主电路设计

• 20V交流电经桥式整流、滤波后，得到脉动直流电。

• 通过单片机PWM信号控制晶闸管导通角，调节输出电压，实现电机调速。

• 晶闸管调速：

• 平波电抗器：抑制直流电流脉动，提升电机运行平稳性。

• 能耗制动：制动电阻与接触器常闭触点并联，实现快速停车。

3. 测速电路

• 光码盘：安装在电机转子上，每转输出固定脉冲数。

• 脉冲整形：光耦隔离+施密特触发器，输出标准TTL电平至单片机。

4. 保护电路

• 过流保护：电流互感器检测主电路电流，异常时触发单片机中断。

• 过压/欠压保护：电压分压后接入单片机ADC引脚，实时监测电源电压。

三、软件设计

1. 系统初始化

• 配置I/O口、定时器、PWM模块、ADC等外设。

• 加载默认参数（如目标转速、PI调节系数）。

2. 主程序流程

• 测速与反馈：定时读取测速信号，计算实时转速。

• PI调节：根据目标转速与实际转速的误差，动态调整PWM输出，控制晶闸管导通角。

• 保护逻辑：实时监测电流、电压，异常时关闭驱动信号。

3. 中断服务程序

• PWM中断：捕捉交流电过零点，同步更新控制信号。

• ADC中断：读取电压、电流模拟量，进行过压/欠压、过流判断。

4. PI调节器参数

• 根据电机特性预设PI参数，或通过实验手动调整，确保系统响应速度与稳定性。

四、系统优化与扩展

1. 抗干扰设计

• 硬件：增加去耦电容、光耦隔离、屏蔽线缆。

• 软件：数字滤波、软件陷阱、看门狗定时器。

2. 扩展功能

• 通信接口：集成RS-485或CAN总线，实现多机联网控制。

• 人机界面：外接触摸屏，支持参数实时修改与曲线显示。

• 多电机控制：扩展单片机I/O口，或外接I2C/SPI从机。

五、性能特点

• 调速范围：支持100-2000rpm无级调速。

• 调速精度：±1rpm，满足工业应用需求。

• 响应时间：≤200ms，快速适应负载变化。

• 保护功能：过流、过压、欠压自动保护，确保系统安全。

六、应用场景

• 纺织机械：细纱机、并条机速度控制。

• 包装设备：封口机、贴标机电机调速。

• 实验室设备：离心机、搅拌器转速调节。

结论

本设计利用PIC16F877单片机的PWM与ADC功能，结合晶闸管调速电路，实现了中小功率直流电机的无级平滑调速。系统结构简单、成本低、可靠性高，适用于对调速精度与稳定性要求较高的工业场景。未来可扩展通信功能，满足智能化需求。