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【摘 要】论文主要介绍了使用单片机AT89C51的直流电机调速系统,直流电机调速电机系统的意义、基于单片机控制的PWM直流电机调速方法和PWM基本工作原理以及实现方法.
【关 键 词】单片机AT89C51直流电动机PWM脉冲调制
直流电动机就是将直流电能转换成机械能的电机.分为两部分：定子与转子.定子包括：主磁极,机座,换向极,电刷装置等.转子包括：电枢铁芯,电枢绕组,换向器,轴和风扇等.由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能,直流电机调速系统已广泛应用于工业、航天领域的各个方面,最常用的直流技术是脉冲调制（PWM）直流调速技术,具有调速精度高,响应速度快,调速范围宽和损耗低的特点.
1.调速原理
PWM为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM,在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压Ud不变的情况下,电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小,改变D的值可以改变电枢端电压的平均值：一、定宽调频法：保持t1不变,只改变t,这样使周期（或频率）也随之改变.二、调宽调频法：保持t不变,只改变t1,这样使周期（或频率）也随之改变.三、定频调宽法：保持周期T（或频率）不变,同时改变t1和t.前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率）,当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压.
2.系统硬件设计
AT89C51是带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器,带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机,单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次.系统采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容.
复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块.复位电路通常分两种：上电复位和手动复位.有时系统在运行过程中出现程序跑飞得情况,在程序开发过程中,经常需要手动复位,所以本次设计选用手动复位.随计算机技术及电力电子技术的发展,PWM波形采用软件方法实现显得非常灵活和实用以89C51单片机为控制核心,晶振频率为12MHz定时计数器TO、T1作定时器使用,工作在方式1,定时时间为0.1ms,若PWM波形的频率为50Hz,占空比为1：1,则和R0载入30H和31H单元的值初始100,若在程序中利用按键产生中断调用来改变30H和31H单元的值就可以改变占空比.
在直流电动机的驱动中对大功率的电动机常采用IGBT作为主开关元件,对中小功率的电机常采用功率场效应管作为主开关元件.本次系统设计采用集成电路L298来驱动电机.由于电机具有较大的感性,电流不能突变,若突然将电流切断,将在功率管两端产生很高的电压,损坏器件.我们在此电路中应用的是二极管来续流,利用二极管的单向导通性.
3.系统软件设计
该主程序主要完成初始化,设置定时常数和中断入口程序,主程序不断的循环处于等待中断状态；
通过按键延时程序来判断按键的按下与否,消除按键的抖动；
用于驱动电机的启动程序：
time0（）interrupt1using0
{
if（timebitelse{pwmout等于0；}
timebit++；
if（timebit>99）{timebit等于0；}
}
在该设计中,利用Proteus软件进行仿真.仿真结果如上图所示.其中按键从上到下分别为电机开始转动、正反转、加速和减速控制.其中IN1、IN2和IN3、IN4分别控制两个电机的转动.并用两位的共阴的数码管来显示其电机的转速.
4.仿真结果分析
当仿真开始运行时,各个模块处于初始状态.点击右边的独立键盘加速或是减速按钮.显示模块便开始显示数字,然后点击正传或是反转.电机的驱动模块能够实现电机的正转、反转、加速、减速、停止等操作.且改变PWM脉冲时的占空比电机的工作电压改变.因此,当按键P1.0按下的时候电机开始转动；当P1.1按下的时候电机开始正转,没按下的时候反转；当P1.2按下的时候电机加速,P1.3按下开始减速.从仿真结果可以看出,本设计可以得到预期的仿真效果.