用单片机控制直流电机系统（含电路原理图和程序）.doc
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2023-06-19
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用单片机控制直流电机
摘要
本设计以 AT89C51 单片机为核心，以 4*4 矩阵键盘做为输入达到控制直流
电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用
了 PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
一、 设计方案比较与分析：
1、电机调速控制模块：
方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速
的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂
贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降
低效率，而且实现很困难。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小
车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应
时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用由达林顿管组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制达林顿
管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于
工作在管子的饱和截止模式下，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，是一种广泛采
用的 PWM 调速技术。
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此
本设计采用方案三。
2、PWM 调速工作方式：
方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两
控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决
定电动机的转向和转速。
方案二：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。
由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流
的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。
3、PWM 调脉宽方式：
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定
频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单
片机产生 PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
4、PWM 软件实现方式：
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽
度极其精确，误差只在几个 us。
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