基于單片機控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的研究

丁洪義

（佛山市順德區(qū)立創(chuàng)電子有限公司 廣東佛山 528000）

摘 要：文章結(jié)合具體操作應(yīng)用，通過運用具有PWM技術(shù)的單片機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制風扇的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，為直流電機的運動控制領(lǐng)域提供技術(shù)實現(xiàn)，以期為有關(guān)方面提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：單片機；調(diào)速系統(tǒng)；控制

直流電動機是工業(yè)生產(chǎn)中的主要驅(qū)動設(shè)備，隨著當下電力電子技術(shù)及單片機應(yīng)用的發(fā)展，基于單片機控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用開始在使用中推廣。通過單片機的輸出電壓可以改變直流電機的運轉(zhuǎn)，從而改變風扇的轉(zhuǎn)動速度及轉(zhuǎn)動方向，具有一定的研究應(yīng)用作用。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

該控制系統(tǒng)是由AT89C52單片機、晶振電路、復位電路、直流電機、彈性按鍵、晶體管等組成。對于直流電機的控制采用的是典型的H橋驅(qū)動電路。該電路中含有4個三極管和一個直流電機。系統(tǒng)原理圖如圖1所示：

用直流電機來驅(qū)動風扇的轉(zhuǎn)動。用單片機的P1.0、P1.1引腳來控制直流電機的正反轉(zhuǎn)，當P1.0引腳是高電平、P1.1引腳是低電平的時候，會將4個三極管中左上對角線的一對導通，這時電流從左向右流過直流電機，此時電機正轉(zhuǎn)；當P1.0引腳是低電平、P1.1引腳是高電平的時候，會將4個三極管中右上對角線的一對導通，這時電流從右向左流過直流電機，此時電機反轉(zhuǎn)。通過改變電動機的正反轉(zhuǎn)，從而改變風扇的轉(zhuǎn)動方向。

利用彈性按鍵S1來調(diào)整風扇的轉(zhuǎn)動方向。當?shù)谝淮伟聪掳存IS1時，直流電機正轉(zhuǎn)，當?shù)诙伟聪掳存IS1時，直流電機反轉(zhuǎn)，當?shù)谌伟聪掳存IS1時，直流電機又回到第一次的正轉(zhuǎn)，依次反復。

利用單片機提供的PWM電壓來控制風扇的轉(zhuǎn)速。利用彈性按鍵S2來控制風扇的轉(zhuǎn)速，風扇的轉(zhuǎn)速有三檔：低檔、中檔和高檔。單片機引腳分別輸出占空比為30%、50%和70%的脈寬調(diào)制信號PWM就可以讓風扇風速處于低檔、中檔和高檔。當?shù)谝淮伟聪掳存IS2時，風扇處于低檔運行，當?shù)诙伟聪掳存IS2時，風扇處于中檔運行，當?shù)谌伟聪掳存IS2時，風扇處于高檔運行，依次循環(huán)，根據(jù)按鍵S2被按下的次數(shù)來循環(huán)選擇風速檔位。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在程序中設(shè)置變量flag，表示轉(zhuǎn)向標志位，flag=0表示電機正轉(zhuǎn)，flag=1表示電機反轉(zhuǎn)，首先檢測按鍵S1是否按下，然后延時10ms左右去除按鍵抖動，再次檢測按鍵S1是否按下，如果按鍵S1確實按下，通過語句flag=～flag改變電機轉(zhuǎn)向。

檢測按鍵S2是否按下，然后延時10ms左右去除按鍵抖動，再次檢測按鍵S2是否按下，如果按鍵S2確實按下，然后統(tǒng)計一下按鍵S2按下去的次數(shù)，用switch case語句來實現(xiàn)風扇低檔、中檔和高檔三檔的轉(zhuǎn)換，如果按鍵S2按下去一次，那么風扇在低檔運行，如果按鍵S2按下去兩次，那么風扇在中檔運行，如果按鍵S2按下去三次，那么風扇在高檔運行。

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，很多單片機都有內(nèi)置PWM模塊。有些51單片機內(nèi)部沒有PWM模塊，因此本設(shè)計采用軟件模擬法，這種方法簡單實用，缺點是占用CPU的大量時間。本任務(wù)是采用AT89C52單片機輸出不同的PWM脈寬調(diào)制信號來控制風扇風速。單片機讀取連接到P3.3引腳上的按鍵S2的狀態(tài)，判斷是請求低檔、中檔還是高檔，來調(diào)整PWM電平信號的占空比，以達到調(diào)節(jié)風扇風速的目的。PWM的占空比越大，直流電機的轉(zhuǎn)動速度越快；PWM的占空比越小，直流電機的轉(zhuǎn)動速度越慢。風扇低中高三檔的實現(xiàn)可以通過單片機P1.0、P1.1引腳輸出不同占空比值的脈寬調(diào)制信號PWM來實現(xiàn)。本系統(tǒng)將PWM占空比為30%時所對應(yīng)的風扇檔位設(shè)置為低檔（弱風），將PWM占空比為50%時所對應(yīng)的風扇檔位設(shè)置為中檔（舒適風），將PWM占空比為70%時所對應(yīng)的風扇檔位設(shè)置為高檔（強風）。以風扇正轉(zhuǎn)、高檔為例講述PWM，讓P1.0引腳輸出高電平，電機轉(zhuǎn)動，然后持續(xù)一段時間t1；讓P1.0引腳輸出低電平，電機停轉(zhuǎn)，然后再持續(xù)一段時間t2，使電機轉(zhuǎn)動持續(xù)時間t1與電機停轉(zhuǎn)持續(xù)時間t2的比值為70%，此時PWM的占空比就是70%，風扇風速被設(shè)置在高檔。

本系統(tǒng)部分程序如下所示：

void pwm3（）//函數(shù)功能：輸出占空比為70%的脈寬調(diào)制信號（正轉(zhuǎn)、高檔）

{ D JB=0；

D JA=1；//電機轉(zhuǎn)動

delay（1680）；//延時，電機轉(zhuǎn)動的時長

D JA=0；//電機停轉(zhuǎn)

delay（720）； //延時，調(diào)整電機停轉(zhuǎn)的時長}

switch（number）

{ case 0x01：pwm1（）；break；//低檔，弱風

case 0x02：pwm2（）；break；//中檔，舒適風

case 0x03：pwm3（）；break；//高檔，強風

default：；}

3 結(jié)語

綜上所述，通過將單片機作為控制器，操作直流電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)對風扇轉(zhuǎn)動方向和速度的控制。該系統(tǒng)設(shè)計簡單，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以方便地用于直流電機的調(diào)控，有較好的實用價值，可為后續(xù)產(chǎn)品的研發(fā)做好基礎(chǔ)。

參考文獻：

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