基于51單片機的直流電機PWM調速系統

宮曉明

摘 要 脈沖寬度調制（PWM）是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。本設計用單片機做微處理器來實現對直流電機的調速。因此在設計中，對直流調速的原理、直流調速控制方式以及調速特性、PWM基本原理及實現方式進行了全面的闡述。

關鍵詞 單片機；PWM；直流電機

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）16-0151-01

隨著電子技術、微電子技術的飛速發展，微型計算機發展很快，單片機技術成為自動控制技術的核心之一。直流電機由于具有良好的啟動，制動，調速性能也被廣泛應用。基于單片機的PWM調速系統對直流電機進行調速，通過以數字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統的成本和功耗，其控制簡單，靈活。

1 硬件電路的設計

1.1 控制電路的設計

控制電路主要由STC89C51單片機來控制，編寫一段程序使單片機發出的PWM脈沖來實現對驅動的控制。

1.2 霍爾元件測速部分電路的設計

霍爾傳感器是基于霍爾效應的一種磁敏式傳感器。由于霍爾元件產生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。

1.3 電機控制正反轉電路設計

通過調節直流電機的電壓可以改變電機的轉速，本系統用脈寬調制（PWM）來實現調速。方波的有效電壓跟電壓幅值和占空比有關，通過占空比實現改變有效電壓。用軟件模擬PWM可以有延時和定時兩種方法，延時方法占用大量的CPU，所以這里采用定時方法。

一個典型的直流電機控制電路，電路得名于“H橋驅動電路”。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠。H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機，要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。本系統直接用L293D芯片來實現。

1.4 顯示設計

LED數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發亮，從而顯示出數字。在本系統中采用了四位七段數碼管，用動態驅動來顯示具體的值。

動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，通過由各自獨立的I/O線控制，當單片機的P0口輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對P2.4-P2.7位選通COM端電路的控制。通過分時輪流控制各個數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示。

1.5 整個電路原理圖

2 軟件設計

2.1 主程序部分

本程序的功能是通過對測量的轉速，并用L293D器件來控制電機的轉速，與電機轉動的方向。然后用4位數碼管顯示出來當前的轉速與轉動方向。

2.2 數碼管顯示設計

數碼管要顯示當前各種狀態，當前轉速與當前轉動方向。當電機轉速發生改變的時候，數碼管顯示內容立即顯示當前轉速。

程序設計注意事項：

1）消除各個數碼管之間的顯示陰影部分；2）由于硬件沒有鎖存器，需要延長數碼管的點亮時間，從而使數碼管顯示的更加清晰；3）合理運用程序空間，避免數碼管顯示不清晰；4）動態掃描可以實現各個數碼管的不同顯示。

2.3 功能程序設計

功能程序部分，主要實現各個按鍵的功能。主要功能如下：

1）啟動/停止鍵：用來控制電機的啟動和停止按鍵；2）加速按鍵：用來控制電機的轉速，可以增加電機的當前轉速；3）減速按鍵：用來控制電機的轉速，減緩電機的轉速；4）正/反轉按鍵：改變電機的轉動方向。

PWM調速程序：

void timer0（） interrupt 1

{

sec++； //每10us sec加一

if（RF==0）

{

J7=1； //正轉調速

if（sec

J2=0；

else

J2=1；

}

else //反轉調速

{

J2=1；

if（sec

J7=0；

else

J7=1；

}

if（sec>10）

{

sec=0；

}

}

3 結論

本系統用51單片機做微處理器，產生PWM脈沖信號，實現對直流電機數字式的調速。相比于傳統用硬件來實現PWM調速，本系統降低了成本，電路簡單、控制響應快、控制精度高，而且調試和運行也比較方便。本系統實現了電機控制數字化具有一定的使用價值。

參考文獻

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