用單片機控制直流電機設計

本設計以AT89C51單片機為核心，以4*4矩陣鍵盤(pán)做為輸入達到控制直流電機的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設計中，采用了PWM技術(shù)對電機進(jìn)行控制，通過(guò)對占空比的計算達到精確調速的目的。

一、 設計方案比較與分析：

1、電機調速控制模塊：

方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò )或數字電位器調整電動(dòng)機的分壓，從而達到調速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò )只能實(shí)現有級調速，而數字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)題在于一般電動(dòng)機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì )降低效率，而且實(shí)現很困難。

方案二：采用繼電器對電動(dòng)機的開(kāi)或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對小車(chē)的速度進(jìn)行調整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應時(shí)間慢、機械結構易損壞、壽命較短、可靠性不高。

方案三：采用由達林頓管組成的H型PWM電路。用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調整電動(dòng)機轉速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現轉速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調速技術(shù)。

兼于方案三調速特性?xún)?yōu)良、調整平滑、調速范圍廣、過(guò)載能力大，因此本設計采用方案三。

2、PWM調速工作方式：

方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內，單片機兩控制口各輸出一個(gè)控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時(shí)差決定電動(dòng)機的轉向和轉速。

方案二：?jiǎn)螛O性工作制。單極性工作制是單片機控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調節決定電動(dòng)機的轉向和轉速。

由于單極性工作制電壓波開(kāi)中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。

3、PWM調脈寬方式：

調脈寬的方式有三種：定頻調寬、定寬調頻和調寬調頻。我們采用了定頻調寬方式，因為采用這種方式，電動(dòng)機在運轉時(shí)比較穩定；并且在采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現上比較方便。

4、PWM軟件實(shí)現方式：

方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。

方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。但是基于不占用定時(shí)器資源，且對于直流電機，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍，故采用方案二。