单片机驱动的直流电机速度调节系统

单片机驱动的直流电机速度调节系统
摘要
随着单片机技术的持续进步，多种算法与数据结构已经能够通过软件实现。

这不仅增强了调节电机转速的灵活性，同时也优化了系统的精度与表现。

本文深入探讨了利用PWM方法在单片机中调速的策略。

初始阶段，无线遥控模块或按键电路被用作PWM信号的发生器，再将这些信号传递给单片机。

经过单片机内部的计算处理，PWM信号由其IO端口生成并输出不同电压。

这一电压随后被传递至驱动电路，并通过L298驱动器推动电机旋转。

值得一提的是，本研究还采用了专门的L298电机驱动芯片来驱动电机。

此外，我们还结合专门的红外传感系统，构建了一个独特的测速装置——红外线光电传感器。

该传感器可以将电机旋转时产生的红外信号转化为电信号，再交由单片机处理。

单片机将根据这些信号进行对比，识别转速的变化，并通过PID算法进行计算，为调速任务提供了极大的便利。

关键词：PID运算；测速发电机；PWM信号
一、引言
由于社会的快速发展，集成电路制作工艺的快速发展，而且还有控制理论地完善、仿真工具的日愈成熟，就给机电控制行业带来了很多机遇和发展契机。

利用高性能的微电技术机解决电机控制器不断增加的计算量和速度请求，让其功能不断的强大、维修愈来的方便、适用范围变广又非常的经济。

对无刷直流电动机而言，其无论是在制动还是启动方面都占据极大优势，可以避免大幅度的速度波动，也可广泛用于许多必须变速或正反的电动行业。

从操作的角度来看，直流变速箱也是交流和交流拖动系统软件的基础。

二、设计方案
（一）总体设计
该设计采用STC89C51单片机设计，L298电机驱动器集成了IC、1602LCD液晶显示器、
霍尔传感器，通过无线收发射频模块来传输直流电机速度值，其中无线收发芯片中含有频率
发生器，都是提高闭环控制系统稳定与准确的关键因素。

（二）控制器选型
CPU及部分部件的作用和功能
CPU：这是进行计算和操纵的单片机设计的关键。

内部数据信息存储：STC89C51集成系统有集成RAM模块
内部程序存储器：STC89C51在系统内集成了现有的4k存储模块。

（三）显示器选型
LCD 1602也称为1602字符LCD屏幕。

1602总共有16个引脚，但是编程中使用的三个
关键引脚是：RS（数据信息命令选择端子），R/W（读写能力选择端子），E（也可以使用数
据信号）；编写程序后，关键是围绕这三个引脚进行复位，编写指令和紧密写入数据信息。

（四）按键模块选型
一般情况下，会通过接地的方式，对功能键进行连接。

这一方式的操作难度并不高，且
变动性较低。

将设计方案作为依据，应该选择集成的方式进行连接。

对矩阵建安而言，其端
口并不适用于本设计的功能需求，因此，直流电机的调速系统选用独立按键的形式，只需要
控制器单独检测端口的电平信号读取按键是否按下。

（五）霍尔元件选型
A3144E区别于其他传感器，在磁传感器的范畴之内，能够对电源进行适当调整，主要
由以下部分构成，如输出放大器、差分放大器和稳压电源等等。

霍尔元件的外观设计及其与
电磁场的关系如图2-4所示。

磁砖是引发电磁场的关键UI尿素，由此可见，应该将两者搭
配起来使用。

（六）无线遥控模块选型
无线遥控时我考虑到主要有两种形式，一种是蓝牙遥控器，一种是红外遥控，红外遥控
和蓝牙遥控都不需要数据线连接，红外遥控的抗干扰能力大于蓝牙遥控，和蓝牙遥控器相比，红外遥控在编码方面存在一定的特殊性，线程已经超过了八米，无论是在使用范围还是速度
方面都占据家优势。

两者相比较而言，红外遥控可以减少资源的损耗程度。

从蓝牙的角度来看，诸多因素都可以对其形成制约，且发展并不成熟，指标也是参差不齐。

出于对安全的考虑，最终选择使用红外遥控的方式。

三、硬件电路设计
（一）单片机最小系统
1.单片机的选择
在设计本文时，我考虑到有两种单片机可以完成本次设计实现设计的要求，分别是STC89C51和AT89C51两种单片机，其中STC89C51单片机自身带有AD数模转化器，可以实现自身编程，STC89C51拥有三个16位的定时器而AT89C51只有两个。

同时前者具有系统可编程，应用可编程的特点，这就使得STC89C51单片机不需要特定的编程器，STC89C51的6T模式比AT89C51速度性、准确性更高，所以为本次设计我们选择STC89C51单片机。

2.STC89C51单片机输入/输出接口区别
P0口：（1）可传递数据总线信号与低8位的地址总线。

（2）作为普通输入端口时必须接上拉电阻得到高电平。

（3）读引脚前要先向端口锁存器写1。

（4）读端口指令MOV、读修改写指令（ANL、ORL、DEC）。

P1口：单一功能，输入输出端口。

P2口：（1）可传递数据总线信号与高8位的地址总线。

（2）作为普通输入端口时必须接上拉电阻得到高电平。

（3）读引脚前要先向端口锁存器写1（避免V1导通）。

（4）读端口指令MOV、读修改写指令（ANL、ORL、DEC）。

P3口：多功能口。

3.复位电路
由STC89C51的微控制器设计的RST引脚连接到延迟电路。

当RST显示上拉电阻时，微
控制器被设计和校准，并且所有内部硬件配置被重置。

恢复了微控制器设计开始时的情况，
并将程序计数器PC内容设置为0000H。

使微控制器设计从0000H模块逐渐执行。

（二）驱动电路
L298是分立元件集成一起的一种电机驱动芯片，具有2相或4相的双全桥专用驱动电路。

一般情况下，通过连接外界的TTL逻辑电平来进行对输出电压和电流的控制。

可以直接
驱动电机工作。

由于L298驱动器中含有两组H桥型驱动电路，所以可以同时带动两个高电压、大电流的步进电机或直流电动机来工作H桥电机光耦合电路包含4个晶体管和一个电机。

之所以著名，是因为它看起来类似于英文字母H。

如下图所示，L298N驱动电路如图3-2所示。

（三）稳压电路
稳压电路维持系统中的电压平衡，防止电压的异常波动，保护各部分元件，该稳压电路
为单片机提供3-5V的电压，L7805cc的1管脚接输出的正电压，2管脚接地，这样在3管脚
就可以产生电压为+5V的电源。

（四）按键电路（PWM信号发生电路）
在使用单片机来解决计算机键盘的情况下，涉及整个键的过程，即计算机键
盘的除颤。

这里提到的震颤是机械设备的震颤。

未被按压的是计算机键盘的关键
区域引起的脉冲信号的不稳定性。

若脉冲信号的变动性较强，则其抖动时间的检
测难度也会提升，而对于数字时钟只有几分钟和几秒钟的单片机设计来说，抖动
速率也会降低，除颤配置在此类电路中发挥着关键作用，可以规避震颤等问题。

对软件除颤而言，其主要要体现在时间方面，一旦键盘恢复稳定状态，便能够开
展后续工作，所以，笔者最终决定使用软件除颤的方式。

在使用期间，需要先对
功能键进行查询。

参考文献
[1]魏肇辉,李锐城,何湘艳.基于MATLAB GUI和AVR单片机的直流电机调速系统的设计[J].湘南学院学报,2020,40(02):115-118.
[2]陈文康.基于单片机的直流电机调速系统设计探讨[J].电脑编程技巧与维
护,2020,(10):53-54+62.
[3]李美艳.基于单片机的直流电机调速系统的设计[J].电子设计工
程,2020,24(22):158-160.
[4]刘朋.基于AT89S52单片机的直流电机调速系统研究[J].数码世界,2020,(09):62-63.。