基于P89V51RD2直流電機控制器的設計

一、概述

眾所周知，在現代電子產品里，自動控制系統，家用電器、電子儀器設備、電子玩具等等方面，直流電機都得到了廣泛的應用。

直流電機大體分為四類。第一，是有幾相繞組的步進電機。第二，永磁式換流器直流電機。第三，即伺服電機。一般在有控制信號時，伺服電機就會轉動，且轉速大小與控制電壓的大小成正比，在除去控制信號電壓后，伺服電機會立即停轉。最后一類，是兩相低電壓交流電機。

二、直流電機

直流電機是由直流電源（電池等）驅動，具有很好的回轉特性和輸出效率。和相同大小的一般交流電機相比，具有更強的扭矩和過載能力。在大負荷的時候低速運轉、也就是說轉速與轉速和負荷大小成反比，通過電壓進行更好的控制。由于通過電刷來供給電流、使用壽命相對來說不是很長、必須通過維護保養來延長壽命。電機，顧名思義是將電能轉換成機械能的裝置。電機的種類繁多，按電源類型分，可分為直流電機和交流電機兩大類。常見的直流電機包括有刷電機、無刷電機、步進電機等。

三、硬件設計

為減少成本，本系統采用P89V51RD2單片機。P89V51RD2是一款帶有64KB程序Flash和1024B數據RAM的80C51微控制器。在5V工作電壓情況下，操作頻率為0～40MHZ。P89V51RD2的關鍵的特性就是其具有X2模式。在實際操作中，設計人員可讓芯片工作于傳統80C51的12時鐘模式（12個時鐘周期合1個機器周期），也可選擇X2模式（6個時鐘周期合1個機器周期），即可在相同時鐘頻率下獲得雙倍的吞吐量。另外從這種特性獲益的方法為降低一半的時鐘頻率仍然可以保持相同的性能，對顯著地降低EMI（電磁干擾）十分有效。這樣可大大減少元件的數目和電路板面積并降低系統的成本。P89V51RD2還集成了SPI（串行外圍接口），增強型UART，PCA（可編程計數器陣列），具有PWM和捕獲/比較功能，尤其是P89V51RD2支持在系統軟件調試和在系統編程的功能，這樣可大大減少元件的數目和電路板面積并降低系統的成本，進而大大減少了開發的時間。

本設計采用了PHILIPS公司的P89V51RD2單片機作為其微控制器，單片機可以選擇外部晶振、外部時5輸入、內部RC振蕩和內部WDT四種信號源。

本設計用單片機的I/O口作為單片機與直流電機的接口。由于I/O口驅動能力有限，而被控制的直流電機要求高電壓和大電流，與單片機的電流和電壓完全不一樣，所以在I/O口之后必須加一個驅動電路。直流電機的驅動電路如圖1所示。

四、軟件設計

在系統中單片機發出信號來控制直流電機，發出信號由鍵盤來輸入然后數碼管顯示。所以，軟件部分由幾個模塊組成：系統監控、鍵盤掃描及處理顯示程序、控制信號發生程序。

在次模塊中啟動系統，然后對鍵盤進行掃描，得到一些數值，進而對直流電機進行初步的設置。完成后對直流電機進行啟動，并按要求工作。流程圖如圖2所示。

本系統采用P89V51RD2單片機控制的直流電機系統，其轉動方向，可以通過鍵盤輸入，使用程序對直流電機的數據進行控制，直流電機由單片機控制精確度很高，因為單片機發出的控制信號靈活性高，次系統具有中斷方式有效的把直流電機的運行方式進行相對的改變。而且系統有兼容通用性。