### 双向调速直流电机驱动电路关键技术解析
#### 一、引言
本文将详细介绍一种双向调速直流电机驱动电路的设计原理和技术要点。该电路适用于PWM调速控制，能够实现电机的正反转及速度调节功能。通过对电路设计的关键要素进行深入分析，旨在帮助读者更好地理解和应用此类电路。
#### 二、电路设计考量
在设计双向调速直流电机驱动电路时，需要考虑以下几个关键性能指标：
1. **输出电流和电压范围**：决定了电路能够驱动的电机功率大小。例如，本电路设计用于驱动较小功率的电机，其电源电压范围为15~30V，最大持续输出电流为500mA/每个电机，在短时间内（例如10秒）可以达到700mA。
2. **效率**：高效的驱动电路不仅能节约能源，还能降低电路发热，提高整体系统稳定性。可以通过确保功率器件处于开关状态并防止H桥电路中的共态导通现象来提高效率。
3. **对控制输入端的影响**：为了保护主控电路不受高电压大电流的影响，可以通过提高输入阻抗或使用光电耦合器等手段实现信号隔离。
4. **对电源的影响**：共态导通会导致电源电压瞬间下降，从而引起高频电源污染；大电流还可能导致地线电位浮动。因此，合理设计电路结构，减少共态导通的发生是非常重要的。
5. **可靠性**：无论加上何种控制信号或无源负载，驱动电路都应该是安全可靠的。这通常需要通过电路设计和元件选择来实现。
#### 三、电路组成与工作原理
##### 输入与电平转换部分
- **输入信号线**：由Port引入，Port1脚作为电机方向信号输入端，Port2脚作为PWM信号输入端，Port3脚接地。其中，Port3脚通过一个2kΩ的电阻与地线相连，此电阻的作用是在驱动板与单片机分别供电时提供信号电流回流的通路，或者在两者共用一组电源时防止大电流干扰单片机地线。
- **电容C1**：用于防止电机突然启动时造成的电压突降。
- **与非门U1A**：实现PWM信号与电机方向信号的调制，将信号转换为接近功率电源电压幅度的方波信号。
##### 三极管驱动部分
- **三极管驱动电路**：利用三极管及其周边的电阻和二极管组成，实现对直流电机的正反转及速度调节。四个二极管用于保护三极管，防止电机产生的负感应电动势对三极管造成冲击。
- **工作原理**：当74LS00输出端为低电平时，Q2、Q4截止，Q1、Q3导通，输出为高电平；当74LS00输出端为高电平时，Q2、Q4导通，Q1、Q3截止，输出为低电平。
#### 四、PWM调速的实现
- **PWM信号生成**：可以通过定时器完成，但由于51系列单片机只有两个定时器，因此如果需要向多个电机输出不同占空比的PWM信号，则需要采取更灵活的方法。本文提出了一种简单方法，即在内存中存储各个电机所需的占空比信息，并通过逐位取出的方式输出到电机端口。
- **具体实现**：根据所需占空比，在内存中存储相应的二进制数。例如，占空比为1时存储0xFF，占空比为0.5时可以存储0xF0或任何包含4个0和4个1的二进制数。每次输出PWM信号时，只需逐位取出存储的数值并送到电机端口即可。
#### 五、布线注意事项
- **大电流线路处理**：大电流线路应尽量短而粗，并避免经过过孔；如果必须经过过孔，则需加大过孔尺寸，并在焊接时用焊锡填充，以避免烧断。
- **稳压管与三极管连接**：三极管的射极、集电极对电源和地的导线应尽可能短粗，以减少大电流时导线上的压降，避免损坏二极管和三极管。
#### 六、总结
本文介绍了一种双向调速直流电机驱动电路的设计原理和技术要点。通过详细分析电路的设计考量、组成部分以及PWM调速的实现方法，可以帮助读者更好地理解并应用于实际项目中。此外，还特别强调了电路布线的注意事项，这对于提高电路的整体性能至关重要。希望本文能够为从事电机驱动领域的工程师和技术人员提供有价值的参考。
