宮曉明

摘 要 脈沖寬度調(diào)制（PWM）是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)做微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。因此在設(shè)計(jì)中，對(duì)直流調(diào)速的原理、直流調(diào)速控制方式以及調(diào)速特性、PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了全面的闡述。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；PWM；直流電機(jī)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）16-0151-01

隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)發(fā)展很快，單片機(jī)技術(shù)成為自動(dòng)控制技術(shù)的核心之一。直流電機(jī)由于具有良好的啟動(dòng)，制動(dòng)，調(diào)速性能也被廣泛應(yīng)用。基于單片機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，通過(guò)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(jiǎn)單，靈活。

1 硬件電路的設(shè)計(jì)

1.1 控制電路的設(shè)計(jì)

控制電路主要由STC89C51單片機(jī)來(lái)控制，編寫(xiě)一段程序使單片機(jī)發(fā)出的PWM脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的控制。

1.2 霍爾元件測(cè)速部分電路的設(shè)計(jì)

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

1.3 電機(jī)控制正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)節(jié)直流電機(jī)的電壓可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。方波的有效電壓跟電壓幅值和占空比有關(guān)，通過(guò)占空比實(shí)現(xiàn)改變有效電壓。用軟件模擬PWM可以有延時(shí)和定時(shí)兩種方法，延時(shí)方法占用大量的CPU，所以這里采用定時(shí)方法。

一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)，要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。本系統(tǒng)直接用L293D芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.4 顯示設(shè)計(jì)

LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)來(lái)顯示具體的值。

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，通過(guò)由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)的P0口輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)P2.4-P2.7位選通COM端電路的控制。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。

1.5 整個(gè)電路原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序部分

本程序的功能是通過(guò)對(duì)測(cè)量的轉(zhuǎn)速，并用L293D器件來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。然后用4位數(shù)碼管顯示出來(lái)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

2.2 數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)

數(shù)碼管要顯示當(dāng)前各種狀態(tài)，當(dāng)前轉(zhuǎn)速與當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的時(shí)候，數(shù)碼管顯示內(nèi)容立即顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速。

程序設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)：

1）消除各個(gè)數(shù)碼管之間的顯示陰影部分；2）由于硬件沒(méi)有鎖存器，需要延長(zhǎng)數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間，從而使數(shù)碼管顯示的更加清晰；3）合理運(yùn)用程序空間，避免數(shù)碼管顯示不清晰；4）動(dòng)態(tài)掃描可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)碼管的不同顯示。

2.3 功能程序設(shè)計(jì)

功能程序部分，主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)按鍵的功能。主要功能如下：

1）啟動(dòng)/停止鍵：用來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止按鍵；2）加速按鍵：用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以增加電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速；3）減速按鍵：用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，減緩電機(jī)的轉(zhuǎn)速；4）正/反轉(zhuǎn)按鍵：改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

PWM調(diào)速程序：

void timer0（） interrupt 1

{

sec++； //每10us sec加一

if（RF==0）

{

J7=1； //正轉(zhuǎn)調(diào)速

if（sec

J2=0；

else

J2=1；

}

else //反轉(zhuǎn)調(diào)速

{

J2=1；

if（sec

J7=0；

else

J7=1；

}

if（sec>10）

{

sec=0；

}

}

3 結(jié)論

本系統(tǒng)用51單片機(jī)做微處理器，產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)數(shù)字式的調(diào)速。相比于傳統(tǒng)用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速，本系統(tǒng)降低了成本，電路簡(jiǎn)單、控制響應(yīng)快、控制精度高，而且調(diào)試和運(yùn)行也比較方便。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)控制數(shù)字化具有一定的使用價(jià)值。

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