模拟技术中的基于PWM模块和CWG模块的直流电机伺服系统设计

直流电动机结构简单，工作稳定可靠，较易实现伺服控制。本文以PIC16F1508单片机为控制器，运用其PWM模块和CWG模块产生带死区的互补PWM波形，输入给H桥驱动的上下桥臂，有效解决了直流电动机H桥驱动上下桥臂的直通问题。　　引言　　直流电动机是最早发明的电动机，也是最早实现调速的电动机。在大多数调速场合，优先选择的还是直流电动机，因为其价格便宜、调速较易实现，且调速效果相对平稳。目前，直流电动机仍被广泛应用于智能玩具与按钮调节式汽车座椅中。　　1 直流电动机伺服系统组成　　直流电动机伺服系统主要包括控制器PIC16F1508、光电隔离电路、驱动电路、速度检测与电平转换电路，如图1所示。 　 【模拟技术中的基于PWM模块和CWG模块的直流电机伺服系统设计】 直流电机伺服系统是自动化设备中的关键组件，尤其在需要精确控制速度和位置的应用中。本文介绍了一种利用PIC16F1508单片机设计的伺服系统，该系统巧妙地结合了PWM（脉宽调制）模块和CWG（互补波形发生器）模块，以实现高效、稳定的直流电机控制。 **PWM模块** 是一种常见的调速手段，通过改变脉冲宽度来调整输出的平均电压，进而改变电机的转速。在PIC16F1508中，PWM模块可以生成可调宽度的脉冲，用于控制电机的转动速度。而**CWG模块** 则用于产生互补的PWM波形，即两个相反相位的波形，这样可以确保在H桥驱动中，上下桥臂不会同时导通，避免直通现象，从而提高系统的安全性。 **伺服系统组成** 包括以下几个部分： 1. **控制器**：使用PIC16F1508单片机，它具有内置的PWM和CWG模块，能够生成带死区时间的互补PWM波形，确保驱动电路的安全。 2. **光电隔离电路**：通过HCPL4504等光电耦合器，隔离控制器和H桥驱动之间的信号，防止电压反冲影响控制器，同时减少噪声干扰。 3. **驱动电路**：采用H型驱动结构，由4个MOSFET管组成，其中上桥臂使用PMOS，下桥臂使用NMOS，简化电路并增强稳定性。每个MOSFET的栅极由低成本的三极管驱动电路控制。 4. **速度检测与电平转换电路**：直流测速发电机（DCTG）用于检测电机速度，其输出电压需经过电平转换才能适应A/D转换器。这里使用了TL431精密稳压元件和INA132差分放大器进行电压转换。 这种伺服系统的设计具有以下优点： 1. **成本效益**：通过单片机内置模块产生PWM和CWG波形，减少了外部元件的需求，降低了成本。 2. **系统稳定性**：采用光电隔离电路和H桥驱动，提高了系统的抗干扰能力和安全性。 3. **精确控制**：通过直流测速发电机实时监测电机速度，反馈给控制器，实现闭环控制，保证了速度控制的精度。 这个基于PWM和CWG模块的直流电机伺服系统设计展示了如何利用微控制器的高级特性实现高效、可靠的电机控制，尤其是在对成本和性能有严格要求的应用中。这种设计思路对于理解模拟技术和微控制器在现代电机控制中的应用有着重要的参考价值。