基于單片機的直流電機調速設計

【摘要】進入二十一世紀后，各項技術都呈現出快速發展的態勢，PWM控制技術也不例外。截止如今，我國已有多樣PWM控制技術。筆者在此次研究中將以AT89C51系列單片機采取PWM方式控制直流電機調速的方法為研究對象。當形狀不同、沖量一致的窄脈沖加在帶有慣性的環節上的時候，其效果差不多一致。PWM控制技術就是建立在此結論的基礎上，讓輸出端獲取到幅值一致但寬度不同的脈沖，以此來取代正弦波或者其他波形。然后結合規則認真調制各個脈沖的寬度，如此即可促使逆變電路的輸出頻率與輸出電壓發生改變。

【關鍵詞】單片機；直流電機；調速設計

憑借著在控制與響應方面的優勢，PWM控制技術得到了大范圍地推廣和運用，同時也成為人類探索的一大焦點。在未來的發展過程中，該項技術將會到學科的界限，充分融合現代控制理念不斷向前發展，其發展前景廣闊。

1、基于單片機整體方案設計

本設計的整體思路是：利用單片機及其必要的控制電路、芯片調節直流電機輸入電壓的大小，并控制電機的轉速、轉向等。并利用LED將其顯示單片機的轉速及其轉向。

此方案運用閉環控制的方式形成并控制PWM信號，同時依靠調節占空比的方式對電機的輸入電壓實施管控。并由測速發電機采集速度信號，通過濾波電路和A/D轉換電路實現電機轉速大小的反饋。同時，緊扣AT89C51以排阻對單片機電頻的輸出進行控制，同時借助電機驅動電路對直流電機電壓進行調節，以達到直流電機的調向與調速的目的。并通過單片機直接采集信號，通過LED驅動芯片MAX7219來驅動LED的顯示。

2、單片機單元模塊設計

設計的主要構成部分包括電機控制模塊、顯示驅動模塊、單片機模塊以及顯示模塊四種，單片機模塊居于核心地位，此次設計的對象是基于單片機AT89C51的直流電機調速。

2.1 單片機模塊

此設計采用單片機AT89C51為核心通過程序進行控制。AT89C51是由美國ATMEL 公司生產的功能強勁、性價比高、性能好、低電壓的可在各大控制領域靈活運用的CMOS8位單片機。片中涵蓋了256 bytes的隨機存取數據存儲器以及8k bytes的支持反復擦寫的Flash只讀程序存儲器，內部安置了Flash存儲單元與通用八位中央處理器。

2.2 電機控制模塊

本次設計是利用L298控制電機的，眾所周知，L298是由SGS公司研發生產的，它的內部涵蓋了四通道邏輯驅動電路。其作用眾多，可驅動一個四相電機、兩個二相電機，輸出電壓最高可達到50V，可直接通過單片機的IO口獲取到限號，也可借助電源的方式對輸出電壓進行調節。L298N可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.5～46 V。

3、軟件設計

3.1 主程序設計：

A/D轉換器輸出的數據一旦進入到單片機中，那么單片機就能實施數據采集，然后把所得的數據存儲至內部存儲器的存儲單元內，把輸入的BCD碼轉成七段碼進行顯示，然后調用查表子程序輸送至LED中展示。

3.2 單片機從A/D轉換器讀取數據的程序設計

MC14433的EOC端與DU端連接好后，和單片機的INT1相連，選取連續準還的手段向輸出寄存器中傳輸每一次轉換的結果。轉換完成后，EOC會發出相應的信號，此時單片機即可借助終端的手段讀取數據。

初始化程序開放CPU中斷，允許外部1中斷，置外部中斷1位邊沿觸發方式。每次A/D轉換結束，都向CPU請求中斷，PU相應中斷，執行中斷服務程序，讀取A/D轉換的結果。

3.3 碼的變換程序

單片機讀入數據之后，將數據保存在52H到55H的單元內，由于讀入的數據也即是我們需要顯示的數據，因此我們將讀入的BCD碼轉變成七段顯示碼。

3.4 顯示程序

將從轉換后的十進制數根據選通信號送入相應的LED上顯示，置選通信號在P2.0～P2.3四個口上，當P2.0置“1”時，就選通千位，讀取5FH單元的數據后將結果顯示出來，當P2.1置“1”時，就選通百位，待5EH單元的數據被讀取完畢后才顯示結果；當P2.2置“1”時，就選通十位，待5DH單元的數據被讀取完畢后才顯示結果，當P2.3置“1”時，就選通個位，待5CH單元的數據被讀取出來后才顯示結果，這樣來實現LED的顯示。

4、系統調試

4.1 硬件部分的調試

當電路板焊接好之后。我們對電路板開始進行調試。首先我們接通電源，測試了關口等三個電壓，一切都正常。但是電源旁邊的指示等卻不亮。調試發現譯碼器芯片周圍電壓不正常，通過仔細檢查發現芯片插針接反，導致芯片接反，從而使整個電路的異常。通過修正后，指示燈恢復正常。

然后我們進行單片機工作性能的調試，發現單片機復位功能不能順利地進行，通過查閱單片機復位功能的資料，發現我們沒有焊接復位電容。復位電容的作用主要體現在：單片機在復位過程中需一定時間，上電過程中，復位電容可以確保電容兩側的變化是一個緩慢的過程，以發揮出上電自動復位的作用。通過焊接復位電容后，單片機功能一切正常。

結論

這次設計的不足之處在于，由于種種限制原因，比如：經費的不足，時間的限制，能力的有限，沒有利用反饋電路的方式采集電機速度的相關數據，顯示的不精確，僅支持顯示電機的大致轉速。同時無法以鍵盤的形式控制電機的調速，只能通過按鈕對電機轉速的檔次進行設置。通過這次設計結果的反饋，我們如果采用測速電動機進行反饋并采集速度信號，系統會更精確，更穩定。

參考文獻：

[1]萬福君、潘松峰.單片微機原理系統設計與應用（第二版）[M]. 合肥：中國科學技術大學出版社，2001.

[2]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M]. 北京：清華大學出版社，2004.