基于单片机控制的直流电机调速系统的设计

摘 要：在以51单片机为核心的基础上，对直流电机的调速系统进行了研究，并利用单片机内部定时中断功能而产生pwm不同占空比信号来调节直流电机的转速，同时可以实现调节其正反转、加减速的功能。

关键词：单片机；l298；pwm信号；调速

中图分类号：tm33 文献标识码：a 文章编号：2095-6835（2014）10-0040-01

随着电机技术的发展，直流电机的成本大大降低，而其具有的响应快速、启动转矩较大、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能越来越受到人们的重视，从而在各个领域中被广泛应用。直流电机的调速也成为一项应用性很强的技术。

1 总体电路的设计

整个电路主体采用at89c51单片机作为核心，p0口接led数码管，显示当前pwm信号的占空比。l298为直流电机的驱动芯片，它是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式的电机驱动，用于连接标准ttl逻辑电平，驱动电感负载（比如继电器、线圈、dc和步进电机）。l298提供两个使能输入端，可以在不依赖输入信号的情况下，使能或禁用l298器件。l298低位晶体管的发射器是连接在一起的，而其对应的外部端口则可用来连接一个外部感应电阻。l298还提供一个额外的电压输入，因此其逻辑电路可以在更低的电压下工作。单片机产生的pwm信号通过p2.4端送入l298 ena端。当ena端电平为0时，l298 ou1、out2输出电势差为0，通过软件改变ena端低电平持续时间，即可调节直流电机的转速。为了避免控制信号受电源信号的影响，可以考虑加上光电耦合部分。p2.0与p2.1端输出的高低电平相互转换，即可改变电机的转向。设置的分别控制电机正反转和加减速的4个按键如图1所示。

2 软件部分的设计

软件部分主要分三部分，即数码显示子程序、按键扫描子程序和pwm信号产生子程序。数码显示管由于选用了双位管，因此，显示子程序采用动态显示。同时，由于只使用了4个按键，因此，将这4个按键分别接在单片机的4个i/o端口，单独检测各自状态，只需要判断各自对应的i/o端口电平高低，即可判断按键有无按下。加（减）速按键每按一次，占空比则减小（增加）1，最小值设置为0，最大值设置为99，初始设定为50.当正反转转换时，为了避免将电机烧坏，改变转向时，将单片机对应的i/o端口都设置为1或者0，使电机的电势差为0，并持续一段时间后再进行转换。pwm信号的产生由单片机内部的定时器中断功能来实现，本设计设置好中断时间后，每中断一次，标志位值加1，标志位最大值设置为99.当标志位值小于给定占空比数值时，电平置0，否则置1，由此产生占空比不同的pwm信号。

3 程序调试和仿真

经过proteus仿真（见图2），对程序进行了进一步的完善。例如，加入按键防抖和按键松手检测部分程序，解决了初期按加（减）速按键时占空比跳动数值不为1的问题。经观测，占空比变化时，电动机转速经过两三秒后即可达到稳定状态，并且速度误差在±5%以内，程序运行正常，达到预期效果。

4 结论

整个电路主要由51单片机、l298驱动芯片、双位数码显示管、按键四部分组成，结构简单，可靠性高。经过仿真对系统进行完善，结果良好，且控制质量满足一般应用。要想获得更高的控制效果，可以考虑加上转速装置或电流检测装置构成闭环pid控制系统以提高控制精度，还可以利用单片机的串口与上位机进行通讯，实现上位机调节pid参数等，相信效果会更好。

参考文献

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[2]田云.基于51单片机的直流电机调速的方法[j].鸡西大学学报，2010（4）.

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