基于51單片機的直流電機PWM調速系統(tǒng)

宮曉明

摘 要 脈沖寬度調制（PWM）是利用微處理器的數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(fā)展，微型計算機發(fā)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?；趩纹瑱C的PWM調速系統(tǒng)對直流電機進行調速，通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)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(fā)出的PWM脈沖來實現(xiàn)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(wěn)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(jié)直流電機的電壓可以改變電機的轉速，本系統(tǒng)用脈寬調制（PWM）來實現(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(tǒng)直接用L293D芯片來實現(xiàn)。

1.4 顯示設計

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

動態(tài)驅動是將所有數(shù)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(shù)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(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)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(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)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(shù)碼管顯示出來當前的轉速與轉動方向。

2.2 數(shù)碼管顯示設計

數(shù)碼管要顯示當前各種狀態(tài)，當前轉速與當前轉動方向。當電機轉速發(fā)生改變的時候，數(shù)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(shù)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(shù)碼管的點亮時間，從而使數(shù)碼管顯示的更加清晰；3）合理運用程序空間，避免數(shù)碼管顯示不清晰；4）動態(tài)掃描可以實現(xiàn)各個數(shù)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(xiàn)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(tǒng)用51單片機做微處理器，產生PWM脈沖信號，實現(xiàn)對直流電機數(shù)字式的調速。相比于傳統(tǒng)用硬件來實現(xiàn)PWM調速，本系統(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)了電機控制數(shù)字化具有一定的使用價值。

參考文獻

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