用单片机控制直流电机

单片机控制直流电机 PWM 技术应用 单片机控制直流电机是通过采用 PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）技术来控制电机的转速和方向。PWM 技术可以实现电机的精确控制，提高电机的效率和可靠性。 在本设计中，采用了 AT89C51 单片机作为核心，以 4*4 矩阵键盘作为输入设备，实现了电机的启停、速度和方向控制。通过对占空比的计算，达到精确调速的目的。 电机调速控制模块可以分为三种方案：电阻网络或数字电位器调整电动机的分压、继电器对电动机的开或关进行控制、达林顿管组成的 H 型 PWM 电路。其中，达林顿管组成的 H 型 PWM 电路是最优的选择，原因是该电路工作在饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳。 PWM 调速工作方式可以分为双极性工作制和单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平另一端输出 PWM 信号，两口的输出切换和对 PWM 的占空比调节决定电动机的转向和转速。 PWM 软件实现方式可以分为定时器做为脉宽控制的定时方式和软件延时方式。软件延时方式是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。 在系统分析与设计中，总体设计方案的硬件部分包括键盘、单片机、PWM 驱动模块、H 型桥式电动机控制电路等。电机运转状态通过 LED 显示出来，电机所处速度级以速度档级数显示。 PWM 驱动模块的电路设计与实现采用的是基于 PWM 原理的 H 型桥式驱动电路。该电路由四个大功率晶体管组成 H 型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组：根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。 在实验中，控制系统电压统一为 5v 电源，因此若达林顿管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为 5V，再加上三极管本身压降，加到电动机两端的电压就只有 4V 左右，严重减弱了电动机的驱动力。基于上述考虑，我们运用了 4N25 光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离开来。 在电动机驱动信号方面，我们采用了占空比可调的周期矩形信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。经实验发现，脉冲频率在 40Hz 以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在 10Hz以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在 15Hz-30Hz 时效果最佳。 本设计采用 PWM 技术实现了电机的精确控制，提高了电机的效率和可靠性。