### 直流电机PWM闭环调速系统关键技术解析
#### 一、引言
直流电机作为工业自动化中的关键部件之一，在各种设备中得到了广泛的应用。传统的直流电机调速系统大多采用硬件电路实现，这种方式存在硬件复杂、调整不便以及缺乏灵活性等问题。近年来，随着微电子技术和计算机技术的发展，基于PWM（脉宽调制）技术的闭环调速系统逐渐成为主流方案。本文将详细介绍一种基于单片机的PWM直流电机闭环调速系统的设计原理和技术特点。
#### 二、PWM信号发生电路设计
PWM信号发生是实现闭环调速的关键环节之一。在该系统中，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040来组成PWM信号发生电路。具体来说：
- **PWM信号频率选择**：PWM波的频率直接影响到功率管的工作状态和电磁噪声水平。经过实验验证，PWM波的频率在18kHz左右时，既能满足功率管的工作需求，又能有效降低电磁噪声。因此，系统选择了这一频率作为PWM信号的频率。
- **PWM信号产生**：通过将4040计数器的计数输入端CLK接到单片机2051晶振的振荡输出XTAL2，结合4585比较器，可以根据单片机P1端口输出的值动态调节PWM信号的占空比，进而控制电机的速度。
#### 三、单片微机闭环速度控制电路设计
为了实现闭环控制，系统选用了低成本的89C2051单片机作为核心控制单元。89C2051单片机内部集成了2K的Flash程序存储器，具备15个I/O口，可以满足闭环控制的需求。闭环控制系统主要包括以下几个方面：
1. **传感器选择**：采用霍尔传感器来检测电机转速。小磁钢固定在被测转轴上，每转一周输出一个脉冲信号，通过施密特触发器进行整形处理后，送入单片机的INT0中断口。
2. **速度检测与控制**：通过软件计算出每转周期，并根据设定的目标速度计算PWM信号的占空比，从而实现对电机转速的精确控制。
3. **显示与预置速度**：系统配置了MAX7219 LED显示驱动器，可以实现当前速度和预置速度的数字显示。用户可以通过按键进行速度预置，提高操作便捷性。
#### 四、系统优势与应用场景
相比于传统的直流电机调速系统，该PWM闭环调速系统具有以下优势：
- **成本低廉**：使用了低价位的89C2051单片机作为核心控制单元，降低了系统的总体成本。
- **灵活性高**：通过软件控制PWM信号的占空比，可以轻松实现电机速度的精确调节，提高了系统的灵活性。
- **易于使用**：支持数字显示和速度预置功能，使得系统操作更加直观便捷。
- **减少电源污染**：采用PWM调速方式，相比晶闸管调速减少了对电源的干扰，提升了系统的整体性能。
该系统已被成功应用于健身跑步机的调速控制中，表现出良好的稳定性和可靠性。此外，基于其优越的性能，该系统还适用于其他需要精密调速控制的场合，如自动化生产线、精密仪器等。
#### 五、结论
基于单片机的PWM直流电机闭环调速系统不仅克服了传统调速系统的局限性，还通过优化电路设计实现了更为精准的速度控制。其成本低廉、使用方便、可靠性高等特点使其在多个领域中具有广泛的应用前景。未来，随着微电子技术的进一步发展，此类系统有望在更多领域发挥重要作用。
