基于單片機控制的直流電機調速系統的設計

吳楠

摘 要：在以51單片機為核心的基礎上，對直流電機的調速系統進行了研究，并利用單片機內部定時中斷功能而產生PWM不同占空比信號來調節直流電機的轉速，同時可以實現調節其正反轉、加減速的功能。

關鍵詞：單片機；L298；PWM信號；調速

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0040-01

隨著電機技術的發展，直流電機的成本大大降低，而其具有的響應快速、啟動轉矩較大、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能越來越受到人們的重視，從而在各個領域中被廣泛應用。直流電機的調速也成為一項應用性很強的技術。

1 總體電路的設計

整個電路主體采用AT89C51單片機作為核心，P0口接LED數碼管，顯示當前PWM信號的占空比。L298為直流電機的驅動芯片，它是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式的電機驅動，用于連接標準TTL邏輯電平，驅動電感負載（比如繼電器、線圈、DC和步進電機）。L298提供兩個使能輸入端，可以在不依賴輸入信號的情況下，使能或禁用L298器件。L298低位晶體管的發射器是連接在一起的，而其對應的外部端口則可用來連接一個外部感應電阻。L298還提供一個額外的電壓輸入，因此其邏輯電路可以在更低的電壓下工作。單片機產生的PWM信號通過P2.4端送入L298 ENA端。當ENA端電平為0時，L298 OU1、OUT2輸出電勢差為0，通過軟件改變ENA端低電平持續時間，即可調節直流電機的轉速。為了避免控制信號受電源信號的影響，可以考慮加上光電耦合部分。P2.0與P2.1端輸出的高低電平相互轉換，即可改變電機的轉向。設置的分別控制電機正反轉和加減速的4個按鍵如圖1所示。

2 軟件部分的設計

軟件部分主要分三部分，即數碼顯示子程序、按鍵掃描子程序和PWM信號產生子程序。數碼顯示管由于選用了雙位管，因此，顯示子程序采用動態顯示。同時，由于只使用了4個按鍵，因此，將這4個按鍵分別接在單片機的4個I/O端口，單獨檢測各自狀態，只需要判斷各自對應的I/O端口電平高低，即可判斷按鍵有無按下。加（減）速按鍵每按一次，占空比則減?。ㄔ黾樱?，最小值設置為0，最大值設置為99，初始設定為50.當正反轉轉換時，為了避免將電機燒壞，改變轉向時，將單片機對應的I/O端口都設置為1或者0，使電機的電勢差為0，并持續一段時間后再進行轉換。PWM信號的產生由單片機內部的定時器中斷功能來實現，本設計設置好中斷時間后，每中斷一次，標志位值加1，標志位最大值設置為99.當標志位值小于給定占空比數值時，電平置0，否則置1，由此產生占空比不同的PWM信號。

3 程序調試和仿真

經過Proteus仿真（見圖2），對程序進行了進一步的完善。例如，加入按鍵防抖和按鍵松手檢測部分程序，解決了初期按加（減）速按鍵時占空比跳動數值不為1的問題。經觀測，占空比變化時，電動機轉速經過兩三秒后即可達到穩定狀態，并且速度誤差在±5%以內，程序運行正常，達到預期效果。

4 結論

整個電路主要由51單片機、L298驅動芯片、雙位數碼顯示管、按鍵四部分組成，結構簡單，可靠性高。經過仿真對系統進行完善，結果良好，且控制質量滿足一般應用。要想獲得更高的控制效果，可以考慮加上轉速裝置或電流檢測裝置構成閉環PID控制系統以提高控制精度，還可以利用單片機的串口與上位機進行通訊，實現上位機調節PID參數等，相信效果會更好。

參考文獻

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田云.基于51單片機的直流電機調速的方法[J].雞西大學學報，2010（4）.

[3]張婧武，周靈彬.單片機系統的Proteus設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：在以51單片機為核心的基礎上，對直流電機的調速系統進行了研究，并利用單片機內部定時中斷功能而產生PWM不同占空比信號來調節直流電機的轉速，同時可以實現調節其正反轉、加減速的功能。

關鍵詞：單片機；L298；PWM信號；調速

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0040-01

隨著電機技術的發展，直流電機的成本大大降低，而其具有的響應快速、啟動轉矩較大、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能越來越受到人們的重視，從而在各個領域中被廣泛應用。直流電機的調速也成為一項應用性很強的技術。

1 總體電路的設計

整個電路主體采用AT89C51單片機作為核心，P0口接LED數碼管，顯示當前PWM信號的占空比。L298為直流電機的驅動芯片，它是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式的電機驅動，用于連接標準TTL邏輯電平，驅動電感負載（比如繼電器、線圈、DC和步進電機）。L298提供兩個使能輸入端，可以在不依賴輸入信號的情況下，使能或禁用L298器件。L298低位晶體管的發射器是連接在一起的，而其對應的外部端口則可用來連接一個外部感應電阻。L298還提供一個額外的電壓輸入，因此其邏輯電路可以在更低的電壓下工作。單片機產生的PWM信號通過P2.4端送入L298 ENA端。當ENA端電平為0時，L298 OU1、OUT2輸出電勢差為0，通過軟件改變ENA端低電平持續時間，即可調節直流電機的轉速。為了避免控制信號受電源信號的影響，可以考慮加上光電耦合部分。P2.0與P2.1端輸出的高低電平相互轉換，即可改變電機的轉向。設置的分別控制電機正反轉和加減速的4個按鍵如圖1所示。

2 軟件部分的設計

軟件部分主要分三部分，即數碼顯示子程序、按鍵掃描子程序和PWM信號產生子程序。數碼顯示管由于選用了雙位管，因此，顯示子程序采用動態顯示。同時，由于只使用了4個按鍵，因此，將這4個按鍵分別接在單片機的4個I/O端口，單獨檢測各自狀態，只需要判斷各自對應的I/O端口電平高低，即可判斷按鍵有無按下。加（減）速按鍵每按一次，占空比則減?。ㄔ黾樱?，最小值設置為0，最大值設置為99，初始設定為50.當正反轉轉換時，為了避免將電機燒壞，改變轉向時，將單片機對應的I/O端口都設置為1或者0，使電機的電勢差為0，并持續一段時間后再進行轉換。PWM信號的產生由單片機內部的定時器中斷功能來實現，本設計設置好中斷時間后，每中斷一次，標志位值加1，標志位最大值設置為99.當標志位值小于給定占空比數值時，電平置0，否則置1，由此產生占空比不同的PWM信號。

3 程序調試和仿真

經過Proteus仿真（見圖2），對程序進行了進一步的完善。例如，加入按鍵防抖和按鍵松手檢測部分程序，解決了初期按加（減）速按鍵時占空比跳動數值不為1的問題。經觀測，占空比變化時，電動機轉速經過兩三秒后即可達到穩定狀態，并且速度誤差在±5%以內，程序運行正常，達到預期效果。

4 結論

整個電路主要由51單片機、L298驅動芯片、雙位數碼顯示管、按鍵四部分組成，結構簡單，可靠性高。經過仿真對系統進行完善，結果良好，且控制質量滿足一般應用。要想獲得更高的控制效果，可以考慮加上轉速裝置或電流檢測裝置構成閉環PID控制系統以提高控制精度，還可以利用單片機的串口與上位機進行通訊，實現上位機調節PID參數等，相信效果會更好。

參考文獻

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田云.基于51單片機的直流電機調速的方法[J].雞西大學學報，2010（4）.

[3]張婧武，周靈彬.單片機系統的Proteus設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：在以51單片機為核心的基礎上，對直流電機的調速系統進行了研究，并利用單片機內部定時中斷功能而產生PWM不同占空比信號來調節直流電機的轉速，同時可以實現調節其正反轉、加減速的功能。

關鍵詞：單片機；L298；PWM信號；調速

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）10-0040-01

隨著電機技術的發展，直流電機的成本大大降低，而其具有的響應快速、啟動轉矩較大、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能越來越受到人們的重視，從而在各個領域中被廣泛應用。直流電機的調速也成為一項應用性很強的技術。

1 總體電路的設計

整個電路主體采用AT89C51單片機作為核心，P0口接LED數碼管，顯示當前PWM信號的占空比。L298為直流電機的驅動芯片，它是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式的電機驅動，用于連接標準TTL邏輯電平，驅動電感負載（比如繼電器、線圈、DC和步進電機）。L298提供兩個使能輸入端，可以在不依賴輸入信號的情況下，使能或禁用L298器件。L298低位晶體管的發射器是連接在一起的，而其對應的外部端口則可用來連接一個外部感應電阻。L298還提供一個額外的電壓輸入，因此其邏輯電路可以在更低的電壓下工作。單片機產生的PWM信號通過P2.4端送入L298 ENA端。當ENA端電平為0時，L298 OU1、OUT2輸出電勢差為0，通過軟件改變ENA端低電平持續時間，即可調節直流電機的轉速。為了避免控制信號受電源信號的影響，可以考慮加上光電耦合部分。P2.0與P2.1端輸出的高低電平相互轉換，即可改變電機的轉向。設置的分別控制電機正反轉和加減速的4個按鍵如圖1所示。

2 軟件部分的設計

軟件部分主要分三部分，即數碼顯示子程序、按鍵掃描子程序和PWM信號產生子程序。數碼顯示管由于選用了雙位管，因此，顯示子程序采用動態顯示。同時，由于只使用了4個按鍵，因此，將這4個按鍵分別接在單片機的4個I/O端口，單獨檢測各自狀態，只需要判斷各自對應的I/O端口電平高低，即可判斷按鍵有無按下。加（減）速按鍵每按一次，占空比則減小（增加）1，最小值設置為0，最大值設置為99，初始設定為50.當正反轉轉換時，為了避免將電機燒壞，改變轉向時，將單片機對應的I/O端口都設置為1或者0，使電機的電勢差為0，并持續一段時間后再進行轉換。PWM信號的產生由單片機內部的定時器中斷功能來實現，本設計設置好中斷時間后，每中斷一次，標志位值加1，標志位最大值設置為99.當標志位值小于給定占空比數值時，電平置0，否則置1，由此產生占空比不同的PWM信號。

3 程序調試和仿真

經過Proteus仿真（見圖2），對程序進行了進一步的完善。例如，加入按鍵防抖和按鍵松手檢測部分程序，解決了初期按加（減）速按鍵時占空比跳動數值不為1的問題。經觀測，占空比變化時，電動機轉速經過兩三秒后即可達到穩定狀態，并且速度誤差在±5%以內，程序運行正常，達到預期效果。

4 結論

整個電路主要由51單片機、L298驅動芯片、雙位數碼顯示管、按鍵四部分組成，結構簡單，可靠性高。經過仿真對系統進行完善，結果良好，且控制質量滿足一般應用。要想獲得更高的控制效果，可以考慮加上轉速裝置或電流檢測裝置構成閉環PID控制系統以提高控制精度，還可以利用單片機的串口與上位機進行通訊，實現上位機調節PID參數等，相信效果會更好。

參考文獻

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]田云.基于51單片機的直流電機調速的方法[J].雞西大學學報，2010（4）.

[3]張婧武，周靈彬.單片機系統的Proteus設計與仿真[M].北京：電子工業出版社，2007.

〔編輯：劉曉芳〕