个人资料整理仅限学习使用1 / 4 直流电机 PWM 闭环调速系统摘要：推出一种使用单片机地PWM 直流电机闭环调速系统.本系统结构简单 ,价格低廉,在实际应用中效果良好.采用硬件电路实现直流电机闭环调速系统已在实践中应用多年,其硬件组成复杂 ,调整困难 ,缺乏控制地灵活性 .本文介绍地直流电机PWM 闭环调速系统 ,使用低价位地单片微机 89C2051 为核心 ,实现闭环控制 ,并可进行数字显示和速度预置,方便了使用.电机调速采用脉宽调制方式,与晶闸管调速相比技术先进,可减少对电源地污染.本系统已用于健身跑步机调速,工作可靠 ,使用效果良好 .图 1 是本系统地线路图 ,主要有 PWM 信号发生、闭环调速微机控制、直流电机驱动等几部分组成.b5E2RGbCAP 1 PWM 信号发生电路 PWM 波可由具有 PWM 输出地单片机 (如 80C198 等 通过编程产生 ,也可采用PWM 专用芯片来实现 .PWM 波地频率太高时 ,对直流电机驱动地功率管要求太高,太低时产生电磁噪声较大.实践应用中 PWM 波地频率在 18kHz 左右效果最好 .经综合分析,本系统采用两片4 位数值比较器4585 和一片 12 位串行计数器4040 组成了PWM 信号发生电路 .两片比较器 U3、U2 地 A 组接 4040 计数输出 Q2Q9 端,B 组接单片微机地P1端口.改变 P1端口地输出值 ,可使 PWM 信号地占空比产生变化,进行调速控制 .计数器 4040 地计数输入端CLK接单片机 2051 晶振地振荡输出XTAL2.晶振选用 18MHz 时,经 QOQ2 地 8 分频 ,Q2Q9 地 256 分频,产生地 PWM 波形地频率为 176kHz,适合光耦及功率开关管地合理工作范围.计数器 4040 每来 8 个脉冲 ,其输出 Q2Q9 加 1,当计数值小于或等于单片机P1端口输出值 X 时,U2 地(AB 输出端保持为低电平,当计数值大于X 时 U2 地(AB输出端为高电平 .随着计数值地增加 ,Q2Q9 由全“1”变为全 “O ”时,(AB 输出端又变为低电平 ,这样 ,在 U2 地(AB 端得到 PWM 地信号 ,其占空比为 (255-X/255 100,改变 X 值可改变 PWM 信号地占空比 ,进行直流电机地转速控制.使用此方法单片机只需根据调整量输出X 值,PWM 信号由三片通用数字电路生成,使软件大大简化 ,有利于单片机系统正常工作.由于单片机上电复位时P1 端口输出全 “1”,使用 4585 地 B 组与 P1端口相连 ,升速时 PO端口输出 X 按一定规律减少 ,降速时按一定规律增大 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页个人资料整理仅限学习使用2 / 4 图 1 直流电机 PWM 闭环调速系统原理图p1EanqFDPw 2 单片微机闭环速度控制电路本系统地闭环控制选用低价位地单片机89C2051,与带 PWM 输出地 80C552 及80C198 相比,无需外扩 EPROM,且价格低地多 .2051 单片机片内有2K 地 flash 程序存储器 ,15 个 I/O 口,两路 16 位地定时 /计数器 ,指令及中断系统与8031 兼容,给闭环速度控制带来很大地灵活性.闭环速度控制中传感器选用霍尔传感器,小磁钢固定在被测转轴上,每转一周输出一个脉冲信号 .转速脉冲信号经施密特触发器U6-1,U6-2 整形后 ,输入到 2051 单片机地 INTO 中断口 P32 端口上 .软件设置 INTO 为下降沿中断 ,进入中断服务程序后开启定时 /计数器 O 进行定时 ,测出每转地周期 ,再由软件计算出控制值X,由 P1 端口输出 PWM 波占空比地控制数 .软件中还可进行显示线速度或角速度地转换计算,由八位驱码驱动器带动LED 数码管进行显示 .预置速度由按键S1、S2输入 ,进行“ +”“ -” 控制,预置数也由 LED数码管显示 .显示使用了高集成度地MAX7219 串行 LED 显示驱动器 ,带动八位 LED数码管进行显示 ,前四位显示当前运行速度,后四位显示预置速度 .MAX7219 是 24 脚窄封装芯片 ,串行口工作频率最高10MHz,八位 LED 显示,通过对精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页个人资料整理仅限学习使用3 / 4 译码模式寄存编程 ,可控制各位显示方式 (BCD 码或非译码 , 显示是片内动态扫描模式,通过一个电阻和编程可控制亮度,并可多个芯片串联显示多达64 位共阴极 LED数码管 .MAX7219 地数据输入端DIN、时钟端 CLK、数据锁定端L 分别与 2051 单片机地 P3.0、P3.1、P3.5 端口相接 .改变电阻 R6 地阻值可调整显示亮度,R6 取值在3.910kQ 之间 .使用 MAX7219 不仅可减少硬件电路 ,由于是片内动态扫描显示,并可降低功耗和简化软件设计. 2051 单片微机地上电复位使用了MAX812 电压监控器 ,上电时约有 200 ms 地延迟,以保证复位正常进行 .为了防止掉电后预置数丢失,使用了使用备用电池保护2051 单片机片内 RAM数值.电源经变压整流后 ,一路经 DC-AC开关电源输出5V直流电压给单片机系统供电,一路经三端稳压元件7812 稳压输出 12V 电压供驱动大功率开关管使用 .单片机系统电源与驱动电路部分电源隔离,以提高系统工作地可靠性和安全性 .DXDiTa9E3d 3 直流电机驱动系统电路直流电机驱动系统原理如图2 所示 . U2 生成地 PWM 信号经施密特反相器U6-3 驱动光电耦合器O1,送至直流电机驱动电路 .大功率开关管选用N 沟道 VMOS功率场效应管 ,它为压控元件 ,具有很高地输入阻抗 ,因而驱动功率很小 ,对驱动电路要求也较低.经光电耦合器传送地PWM 信号,经并联使用地六施密特反相器,接到 VMOS 功率管 Y1 地栅极上 ,直接驱动即可 .稳压管 D4 和电阻 R8 起保护作用 .VMOS功率管地源极接直流电机绕组,经感抗器接电机直流电源负端 .漏极接电机直流电源正端.快速关断二极管D3 起保护作用 ,消除VMOS功率管开关过程由电机绕组产生地感生电势.电源是交流电压经C7、ZL、C8组成地滤波器后 ,由高压桥整流器件Z2 整流,高压电解电容滤波后供VMOS功率管.VMOS功率管 ,快速关断二极管及高压电解电容器及整流桥等根据选用直流电机地电压、功率等要求确定相应型号和参数.RTCrpUDGiT 4 结束语本文所述地直流电机闭环调速系统以低价位单片微机89C2051 为核心,PWM 波地生成使用三片通用数字电路,显示使用了高集成度地八位LED 串行译码驱动器 MAX7219,电机驱动使用VMOS场效应管 ,反馈信号使用霍尔传感元件,系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页个人资料整理仅限学习使用4 / 4 统设计合理 .使用单片机定时器对传动轴地周期进行检测,可由软件计算出相应地线速度或角转速进行显示,并可进行速度定量预置.软件中可用 PLD算法或查表地方法确定闭环控制地补偿量.这些是由数字线路组成地直流电机闭环调速系统所不及地.以前也曾试过使用单片机地定时/计数器直接生成PWM 波,这样使软件频繁工作在中断服务程度中 ,整体效果不太好 .使用少量硬件后单片机仅输出X 值,使软件工作量大大减少 ,程序中有充足时间进行闭环控制地测控和计算,使程序设计和软件运行合理可靠5PCzVD7HxA 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 4 页