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基于单片机实现直流电机PWM调速系统

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1. 系统硬件电路的设计1.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计1.1.1 系统总体设计框图图1.1系统总体设计框图键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM 脉冲，另一口输出低电平，经过光耦传递、信号放大，驱动H 型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。

1.2 键盘电路与单片机的电路设计（1）键盘电路的设计在单片机应用系统中，通常需要有人机对话功能，它包括人对应用系统的状态干预、数据的输入，需要用到键盘电路；以及应用系统向人报告运行状态与运行结果，需要显示电路 。

非编码式键盘只简单地提供行和列的矩阵，与全编码键盘相比，它更加经济实用且简化了硬件的外围电路；行列式键盘占用的I ／O 口也较少，使用起来比独立式键盘方便。

因此，系统选用非编码式键盘。

此处选用3×8阵列，第1行是8个命令键和状态输入，它们分别是：启动键、停车键、读拨盘键和1个备用状态；第2，3行16个状态则作为电动机转速值的BCD 码输入。

（2）8051单片机的基本组成8051单片机由CPU 和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU 加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。

其基本组成如下图所示：PWM 变换电路单片机 键盘 隔离电路 驱动电路 M图1.2 8051单片机基本组成（3）CPU及8个部件的作用功能介绍如下中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。

内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H—7FH。

通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。

特殊功能寄存器：是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80H—FFH。

内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。

并行I/O口：8051芯片内部有4个8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的并行输入输出。

串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。

定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。

中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。

振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。

系统允许的最高晶振频率为12MHz。

3.8051单片机引脚图图1.38051单片机引脚图表1.1功能表（4）接线分析P0.7---P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。

第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于传送CPU的I/O数据。

第二种情况是8051带片外存储器，P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。

P2.7---P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。

它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。

P3.7---P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。

它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：P3口的位第二功能注释P3.0 RXD 串行数据接收口P3.1 TXD 串行数据发送口P3.2 ______0INT外中断0输入P3.3 ______1INT外中断1输入P3.4 T0 计数器0计数输入P3.5 T1 计数器1计数输入P3.6 _____WR外部RAM写选通信号P3.7 ____RD外部RAM读选通信号表1.3 P3口功能表V CC 为+5V电源线，VSS为接地线。

ALE/_________PROG：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7---P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/_________PROG线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7---P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。

在不访问片外存储器时，8051自动在ALE/_________PROG线上输出频率为1/6 f OSC的脉冲序列。

该脉冲序列可以用作外部时钟源或者作为定时脉冲源使用。

____EA / V PP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是片外ROM。

如果____EA=1，那么允许使用片内ROM；如果____EA=0，那么允许使用片外ROM。

________PSEN：片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在________PSEN线上产生一个负脉冲，用于片外ROM芯片的选通。

其他情况下，________PSEN线均为高电平封锁状态。

RST/VPD：复位备用电源线，可以使8051处于复位工作状态。

XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接8051片内OSC的定时反馈电路。

石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便于8051片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容C1、C2可以帮助起振，调节它们可以达到微调fOSC的目的。

1.2.1 PWM的基本原理PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。

PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。

在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。

通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。

也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

如下图所示：图1.9 时序图设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax* D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。

由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd ，从而达到调速的目的。

严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。

1.3隔离电路设计该隔离电路采用东芝TLP521-4型砷化镓红外发光二极管耦合到光三极管的可光电藕合器件，通过对其输入端的控制，可使光耦按工作需要打开或关闭。

当在输入控制端加高电平时，光耦正常工作。

广泛作用在各种电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。

TLP521－4提供了4个孤立的光耦中16引脚塑料DIP封装1.4 功率放大驱动电路设计该驱动电路采用了IR2110集成芯片，该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。

1.4.1 芯片IR2110性能及特点IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。

它把驱动高压侧和低压侧MOSFET 或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试。

高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。

与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。

降低了产品成本和减少体积。

1.4.2 IR2110的引脚图以及功能引脚1（LO）与引脚7（HO）：对应引脚12以及引脚10的两路驱动信号输出端，使用中，分别通过一电阻接主电路中下上通道MOSFET的栅极，为了防止干扰，通常分别在引脚1与引脚2以及引脚7与引脚5之间并接一个10KΩ的电阻。

引脚2（COM）：下通道MOSFET驱动输出参考地端，使用中，与引脚13（Vss）直接相连，同时接主电路桥臂下通道MOSFET的源极。

引脚3（Vcc）：直接接用户提供的输出极电源正极，并且通过一个较高品质的电容接引脚2。

引脚5（Vs）：上通道MOSFET驱动信号输出参考地端，使用中，与主电路中上下通道被驱动MOSFET的源极相通。

与引脚6（VB）：通过一阴极连接到该端阳极连接到引脚3的高反压快恢复二极管，与用户提供的输出极电源相连，对Vcc的参数要求为大于或等于—0.5V，而小于或等于+20V。

引脚9（VDD）：芯片输入级工作电源端，使用中，接用户为该芯片工作提供的高性能电源，为抗干扰，该端应通过一高性能去耦网络接地，该端可与引脚3（Vcc）使用同一电源，也可以分开使用两个独立的电源。

引脚10（HIN）与引脚12（LIN）：驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率MOS 器件的驱动脉冲信号输入端。

应用中，接用户脉冲形成部分的对应两路输出，对此两个信号的限制为Vss -0.5V至Vcc+0.5V，这里Vss与Vcc分别为连接到IR2110的引脚13（Vss）与引脚9（VDD）端的电压值。

引脚11（SD）：保护信号输入端，当该引脚为高电平时，IR2110的输出信号全部被封锁，其对应的输出端恒为低电平，而当该端接低电平时，则IR2110的输出跟随引脚10与12而变化。

引脚13（Vss）：芯片工作参考地端，使用中，直接与供电电源地端相连，所有去耦电容的一端应接该端，同时与引脚2直接相连。

引脚8、引脚14、引脚4：为空引脚。

芯片参数：1．IR2110的极限参数和限制：最大高端工作电源电压VB： -0.3V至525V门极驱动输出最大（脉冲）电流IOMAX：2A最高工作频率fmax：1MHz工作电源电压Vcc：-0.3V至25V贮存温度Tstg：-55至150°C工作温度范围TA：-40至125°C允许最高结温Tjmax：150°C逻辑电源电压VDD ：-0.3V至VSS+25V允许参考电压Vs临界上升率dVs/dt：50000V/μs高端悬浮电源参考电压Vs：VB -25V至VB+0.3V高端悬浮输出电压VHO ：Vs-0.3V至VB+0.3V逻辑输入电压VIN ：Vss-0.3V至VDD+0.3V逻辑输入参考电压Vss：Vcc-25V至Vcc+0.3V低端输出电压VLO：-0.3V至Vcc+0.3V功耗PD：DIP-14封装为1.6W2．IR2110的推荐工作条件：高端悬浮电源绝对值电压VB：Vs+10V至Vs+20V低端输出电压VLO：0至Vcc低端工作电源电压Vcc：10V至20V逻辑电源电压VDD： Vss+5V至Vss+20V逻辑电源参考电压Vss： -5V至+5V图1.13 IR2110芯片1.5 PWM变换主电路设计1.5.1 延时保护电路利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护电路。

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51单片机pwm调速程序

51单片机pwm调速程序

51单片机pwm调速程序此程序是一个用51单片机来调直流电机转速的程序。

当然也可以用来调整led灯的亮度，用定时器2来实现. #include //包括一个52标准内核的头文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsigned longsbit PWM = P3^3; //要控制的风扇sbit K= P3^7; //按键控制转速uchar scale;//用于保存占空比的输出0的时间份额,总共10份//延时程序void delay10ms(void){unsigned char i,j;for(i=20;i>0;i--)for(j=248;j>0;j--);}// 主程序void main(void){RCAP2H =0xF3; //赋T2的预置值，溢出1次是1/1200秒钟RCAP2L =0x98;scale=10;TR2=1; //启动定时器ET2=1; //打开定时器2中断EA=1; //打开总中断while(1) //程序循环{while(K==0){scale++;while(K==0);if(scale==11)scale=0;}}}//1/1200秒定时器2中断timer2() interrupt 5{static uchar tt=0; //tt用来保存当前时间在一秒中的比例位置TF2=0;tt++;if(tt==10) //每1/120秒整开始输出低电平{tt=0;if(scale!=0) //这里加这一句是为了消除灭灯状态产生的鬼影PWM=0;}if(scale==tt) //按照当前占空比切换输出高电平PWM=1;}。

基于Proteus的单片机PWM直流电机速度控制系统设计

基于Proteus的单片机PWM直流电机速度控制系统设计

２ ｏ ０ ３． ４３ ３． 周仲 瑛． 中医 内科 学 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 中国中 医药 出版社 ， ２ ０ｏ ３． ３ ５． 周 仲瑛 ． 中医 内科 学 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 中国中 医药 出版社 ，
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高继 宁 ， 赵建平．孙郁 芝肾病临证经验集 ［ Ｍ］ ．北京 ： 科 学 出版 社 ，２ ０ １ １ ．２ ３ ４ ．
究 。Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：１ ６ ３ ｑ ｚ ｊ ＠１ ６ ３ ． Ｃ Ｏ ｎ。 ｒ
第 ３期
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毛 ：益 肾活血方治疗糖尿病 肾病 ６ ０例 临床 观察
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５８ ６． 王 吉耀． 内科学 ［ Ｍ］ ．北京 ：人 民卫生 出版社 ，２ ０ ０ ５ ．
本 方案 以 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １单 片机 为 控制 器 ，将 单 片 机产 生 的控制 信号加在 电机 驱动 Ｈ 模块 Ｉ ２ ９ ８芯 片
就是对脉冲的宽度进行调制的技术。Ｐ ＷＭ控制技
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３—５—１ ２
通讯作者 ：乔志杰 （ １ ９ ８ ３一） ，男，安徽 电子信 息职 业技术 学院 ，讲师 ，工学硕士，主要从事电气 自动化方 面的教 学与研
脉宽 调 制 （ Ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ Ｗｉ ｄ ｔ ｈ Ｍｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｐ ＷＭ）
图 １ 周期性 Ｐ Ｗ Ｍ 矩 形 脉 冲
： ，
若 令 ： 每
则上式可化为 ：Ｕ ｏ ＝ Ｏ ／ × Ｕ（ ｕ为脉 冲幅值 ） Ｏ ｔ 即为 占空 比，由上式可知 ，要改变直 流输 出电压的大小 ，可以通过改变脉冲幅值 和占空 比 来实现 ，实际应用 中脉冲幅值通常是不变 的， 所 以可 以通过 控 制 占空 比 的大 小 实 现 直 流输 出 电压在 ０～Ｕ之 间 的有 效控制 ，也就 是改 变 电机 电 枢 （ 定 子 ） 电压 的 接 通 和 断 开 的 时 间 比 （ 占空 比） 以达到变压 目的，从而利用 Ｐ ＷＭ控制技术实 现对直 流 电机 转速 的调节 。 ３系统 设计 ３ ． １总体 方案 的确定
基于STM32的直流电机PWM调速控制

基于STM32的直流电机PWM调速控制

(《嵌入式系统及接口技术》课程大作业)课程名称：嵌入式系统及接口技术班级专业：姓名学号：指导老师：电动摩托车控制器中的电机PWM调速摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。

1.总体设计概述1.1 直流无刷电机及工作原理直流无刷电机（简称BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。

另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。

工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2 总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。

图1 总体方案系统框图该方案主要运行状况如下：通过摩托车车把的转动来改变其机械位置，然后这个变量通过ADC 转换后，传送其调速信号给STM32F103，另外，霍尔传感器将其对电机速度的检测信号也传送给STM32，在STM32中，首先根据ADC 的值改变PWM 波形，并且与霍尔传感器的检测信号进行叠加，最终输出叠加后的PWM 波形给功率驱动电路，从而驱动电机并对其进行速度的控制和调节。

基于单片机的直流电机控制系统

基于单片机的直流电机控制系统

摘要本设计首先介绍了AT89S52单片机，L298驱动电路及直流电机的基本原理与功能；其次,设计直流电机实现转向、速度的控制方案；再次，在这些器件功能与特点的基础上，拟出设计思路，构建系统的总体框架，并利用LED数码管对测试结果进行显示；最后利用Proteus软件绘出电路图，同时写出设计系统的运行流程和相关程序。

整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值；启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L298驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制直流电机的脉冲信号。

本系统采用了低成本的AT89S52单片机芯片作为控制芯片，以按键做为输入达到对直流电机的启停、速度和方向的精确控制。

直流电机的驱动采用的是达林顿集成管L298，并且采用LED的进行显示。

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。

总之，本次设计出了操作简单、显示直观的直流电机控制系统。

关键字： AT89S52单片机；L298驱动芯片；直流电机。

AbstractThe design first introduced the AT89S52 single-chip microcomputer, L298 drive circuit and dc motor of the basic principle and function; Second, the design of dc motor to realize, the speed control scheme; and Again, in these devices based on the characteristics of the function and, draw up the design idea, construction of the whole system framework, and use of LED digital tube the results shows; Finally, using the Proteus software draw circuit diagram, at the same time, write design the operation of the system process and procedures. The whole system by writing to the single chip microcomputer program allocation good control of the word and the corresponding storage unit of the memory address assignment; Reboot your system, from single chip I/O mouth output control pulse, after L298 driving circuit pulse processing, the output can directly control dc motor of the pulse signal. This system USES a low cost AT89S52 single-chip microcomputer chip as control chip, with button as input to the keyboard to dc motor of the rev. Stop, speed and direction of the accurate control. Dc motor driver uses is the integration of L298 tube, and using the LED displayed. In the design, adopted PWM technology of motor control, through to the occupies emptiescompared to achieve the purpose of accurate calculation speed. All in all, this design out the operation is simple, direct display of dc motor control system.Key word:AT89S52 single-chip microcomputer; L298 driving chip; DC motor.目录1 绪论 (1)1.1 直流电机调速系统的发展 (1)1.2 开发背景 (2)1.3 选题的目的及意义 (3)1.4 研究方法 (4)2 系统方案设计 (5)2.1 概述 (5)2.2 总体设计任务 (5)2.3 系统总体设计方案论证 (6)2.4 系统总体设计方框图 (7)2.5 直流电机调速概述 (8)2.5.1 直流电机简介 (8)2.5.2 直流电机调速原理 (9)2.5.3 直流调速系统实现方式论证 (9)3 电机调速驱动设计 (11)3.1 PWM控制方式 (11)3.2 PWM控制的基本原理 (11)3.3 PWM 发生电路的设计 (13)3.4 功率放大驱动电路 (16)3.4.1 芯片L 298 性能及特点....................... ..163.4.2 L298芯片引脚的电气特性及功能 (17)3.4.3 L298驱动电机的逻辑功能 (19)4 硬件电路设计 (21)4.1 AT89S52的最小系统电路 (21)4.1.1 单片机芯片AT89S52介绍 (21)4.1.2单片机管脚说明 (22)4.1.3 时钟电路 (25)4.1.4 复位电路 (26)4.2 数码管显示 (27)4.3 排阻的简介 (27)4.4 显示电路与AT89S52单片机接口电路设计 (28)4.5 键盘与AT89S52单片机接口电路设计 (30)4.6 驱动电路与AT89S52单片机接口电路设计 (30)5 系统软件设计 (32)5.1 主程序设计 (33)5.2 子程序设计 (34)5.2.1 键盘子程序设计 (34)5.2.2显示子程序设计 (35)5.2.3 P W M控制程序设计 (36)5.3 系统仿真 (36)5.4 Proteus的简单使用 (37)6 设计总结 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录1 程序清单 (42)附录2 系统总图 (50)绪论1.1 直流电机调速系统的发展直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种: 第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。