题 目： 直流电机双逆控制系统设计
摘
年着科技进步直流电机较交流电机具强优势情况应非常广泛情况满足动化系统求系统STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机已达控制转速目通数码速度等级显示出外分控制芯片选择显示电路较选择 电机调速控制模块电源电路电机驱动电路四方面进步确定系统总体设计方案通数码LED显示程序设计电机控制子程序完成实验步骤结部分系统调试程中常见障分析注意事项做出摘说明具定理实际意义
关键词：STC89C52 双逆控制系统 PWM调速
ABSTRACT
This paper introduces the design of the system hardware and software design and the hardware block diagram and software flow chart and gives some description According to the hardware block diagram of the following function modules of STC89C52 chip the design the L298 full bridge driver chip the pulse processing amplification output to control the speed of motor Control of the L298 high power H bridge drive DC motor has to control the speed of the Through the digital tube display speed grade also can through the button control motor story of inversion and the motor speed to add and subtract The system design is reasonable complete functions superior performance good results in the actual production easy to control simple and flexible configuration advantages
Keywords STC89C52 MCU PWM speed control
目 录
摘 I
ABSTRACT II
前言 IV
1绪 1
11课题研究背景 1
12 国外技术发展现状 2
13设计目标务 2
2系统总体方案 3
21 控制芯片选择 3
22 显示电路较选择 3
23 电机调速控制模块 3
24 电源电路电机驱动电路 4
3系统硬件方案设计 5
31 系统总电路框图设计 5
32 系统模块电路设计原理 5
4系统软件设计 16
41 系统整体程序流程图 16
42 数码LED显示程序设计 17
43 电机控制子程序 18
5系统调试 19
51 常见障分析 19
52 系统调试注意事项 19
结 20
参考文献 21
致谢 22
附录 硬件原理图 23
附录二 程序源代码 24
绪
（1）课题研究背景
年社会飞速发展生产力断提高直流电机应范围广满足情况电机种苛刻求直流电机优势位越越明显现生产力越越高离开电机高质量求果仅仅通改变电枢改变电压等远远满足电机求生产力时PWM方调控直流电机运转速度办法产生
前调速系统长期运程中发现问题完善：模拟电路时间越长会发热运行程中造成损耗噪声特敏感直流电机PWM完美覆盖缺点实现数控降低成减少噪音PWM开始频率非常高仅仅电枢电感直流电时高开关频率电机控制系统快响应噪音抗干扰力非常棒节约耗远离保持开关处工作状态减少电路运行损耗断研发程中断改变体积等现已具占空间损耗特点
现工业生产中电动机提供动断做出尝试新电动机满足生产需旧电动机断接受时间检验遵循优胜劣汰市场法现直流电机采晶闸成功取代前笨重发电机系统现电子技术越越成熟直流电机调控速度数字化转变单片机技术应直流电机直流电机调速进行新高度直流电机较交流电机调速原理类似通改变电压改变速率PWM基运作原理实世纪进行深入研究探讨年代电器发展处萌芽阶段该技术直没广泛应直九八年电子技术越越成熟已够足够生产力运PWM技术发现利起现出现新理理方法PWM技术发展局限性绊脚石瞬间荡然存pwm技术发展速度非常快直现PWM技术变形种技术已领域运
（2） 国外技术发展现状
直流电动机启动快制动快切换速度时稳渡正优势直流电机需改变速度该笔电力方领域中应非常前直流电动机采模拟电路作控制基手段时会采取少量数字电路组成样组成控制系统硬件部分体积非常功非常少系统灵活运行直流电机采控制技术应范围推广现计算技术非常完善控制系统运行程序通软件计算机编程解决样控制系统直流电机控制更加方便灵活系统性幅度提高节省中间必须力成降低直流电机总成运行速度更快调控更加方便然工作效率幅度提高
(3)设计务
系统已STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形数码速度等级呈现出设计务包括：
（1）直流电机正转控制
（2）直流电机反转控制
（3）直流电机加速控制
（4）直流电机减速控制
（5）数码显示电路设计实现
（6）单片机系统设计
（7）电机驱动电路设计
1系统总体方案
系统总体设计方案步骤先选择控制芯片然通显示电路较选择电机调速控制模块电源电路电机驱动电路三方面逐步确定系统软硬件指标终设计分硬件软件两部分分详细概括文设计原理单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机控制转速结果通数码速度等级显示出作具体分析概述系统总体方案示：
11 控制芯片选择
次设计采STC12C5A60S2单片机作控制元器件该系列单片机始祖Intel8031单片机着Flash rom技术发展8031单片机取长足进展成目前应广泛8位单片机代表型号ATMEL公司AT89系列广泛应工业测控系统中目前市场公司推出51系列兼容机型占市场部分份额种现状会持续久中51单片机应范围广系列相继推出51单片机成高企业说非常划算
12 显示电路较选择
数码显示具亮度高显示简单简洁成低廉性高响应速度快等点实际工程中便站远位置清楚数码显示信息数码驱动简单采硬件驱动需程序控制完全占CPU资源里采LED数码显示信息
13 电机调速控制模块
采三极组成H型PWM电路单片机控制三极工作占空调开关状态精确调整电动机转速种电路子饱运行运转速度非常高H型线路直流电机改变素方调节转速电子开关具备种优势然开速度快快达工作状态稳定性实际生产程中直流电子运H型电路采PWM调速技术[7]
14 电源电路电机驱动电路
设计电源选择直流稳压电源模块插线板电源变压整流滤波稳压输出系统提供稳定电源说会稳定素携带方便选择锂电池负责电源电机驱动采功率电机驱动专芯片L298部继承功率H桥路具稳定性高简单驱动力等特点够驱动功率电机控制电机正传反转时电机调速非常理想选择采种方法
2系统硬件方案设计
21 系统总电路框图设计
系统STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机已达控制转速目通数码速度等级显示出外通键控制电机正传反转电机速度加减
图1 系统总体框图
32 系统模块电路设计原理
321单片机系统设计
单片机系统整系统核心控制部分STC89C52单片机核心配外围电路：时钟电路点复位电路构成完成数采集处理转换
MCS51系列单片机美国Intel公司1980年继MCS48系列8位单片机推出高档8位单片机单片机稳定性高性价良兼容领域广泛应国目前应广单片机系列性功方面MCS51单片机优MCS48单片机MCS51系列种机型供户选择[8]
（1）单片机部结构
MCS51系列单片机早典型代表8051875818031型号生产厂商片存储器容量中断系统外围功模块高时钟频率处理器速度等方面指令系统完全兼容硬件系统基结构相性特点
1) 8位CPU
2) 片128B RAM(MCS52子系列256B RAM)
3) 片4KB ROMEPROM(80518751)
4) 特殊功寄存器区
5) 两优先级5中断源结构
6) 48位行IO口（P0P1P2P3）
7) 两16位定时计数器（MCS52子系列3）
8) 全双工串行口
9) 布尔处理器
MCS51典型产品8031805187518051部4KB ROM8071部4KB EPROM8031片ROM外三者部结构引脚完全相单片机芯片部基结构构成通CPU加外围芯片模式部9部件通单总线连接成9部件：18位中央处理器（包括ALUACCTMP1TMP2B寄存器PSW相应定时控制逻辑）4KB8KB程序寄存器（ROMEPROM）128B256B数寄存器（RAM）32条IO接口线（图中P00～P07P10～P17P20～P27P30～P37）中断控制逻辑（具5中断源2中断优先级）定时器控制逻辑（具2编程定时器计数器）串行接口控制逻辑（具工作处理机通信IO接口扩展全双工通异步接收发送器串行接口）21专寄存器（包括程序计数器PC堆栈指针寄存器SP程序状态字存器PSW数指针寄存器DPTR等）片振荡器时钟电路（OSC相关电路组成）[9]
（2）复位电路逻辑图
RST引脚复位信号输入端复位信号高电效效时间应持续24振荡周期(两机器周期)果晶振频率6MHz需复位信号保持4us完成复位操作
整复位电路包括芯片外两部分外部电路产生复位信号(RST)送施密特触发器片复位电路机器周期S5P2时刻触发器输出进行采样然部复位操作需信号
复位操作电复位键手动复位两种方式采键手动复位电方式图2通复位端电阻Vcc电源接通实现
图2 键手动复位原理图
复位意思单片机处初始化状态初始化数字代码0000H情况需复位种情况需出现程序运行错误时候系统锁死时两种情况需复位键进行操作重新启动整程序AT89S52第9脚复位键时复位端成高电单片机复位[10]
（3）振荡电路
晶体振荡电路属反馈振荡器量观点般功率放器输入信号控制直流电源提供直流量转换信号规律变化交变量电路反馈振荡器需输入信号控制动直流量转换特定频率振幅交变量电路AT89S52芯片部高增益反相放器构成振荡器晶体振荡电路属反馈振荡器振荡分外部振荡部振荡[11]图示：
图3 晶振时钟原理图
设计中根实际情况选择部振荡种方式单片机进行驱动反相放器输入端XATAL1输出端XATAL2分89S5219脚18脚XATAL1XATAL2两端跨接石英晶体两电容构成稳定激振荡器电容般取33P单片机接110592MHz晶振振荡器产生信号送中央处理器驱动CPU执行该信号代表指令
322直流电机调速设计
前文介绍直流电机运作原理知直流电动机三种调节控制速度方法：
（1）调节电枢供电电压U改变电枢电压途径通额定电压慢慢降电动机额定功率慢慢降属恒转矩调速方法果达定范围改变速度化进行稳渡求目前止采办法种办法电流变化非常短时间快速改变执行CPU指令操作需调节速度直流电源容量
（2）改变电动机磁通通改变改变磁通实现改变速度稳渡通减弱磁通调节方式额定运转速度基础慢慢增If遇时间常数Ia变化遇相做出法英速度慢方法相需容量电源
（3）改变电枢回路电阻R改变电枢电阻通外加电阻方式种操作较简单通改变回路电阻调节电流速度种控制直流电机速度方法弊端实现稳渡空载时没调速作会电路总电阻增消耗电较前明显增
直流斩波器称直流调压器开关实现通断达控制目直流电源电压通开关控制开通断开时间控制输出电压均值电压恒定直流电源变成调节优点效率高成低廉质量样直流电源处便携带现种铁电瓶车运非常广泛
图5直流斩波器原理电路输出电压波型图中VT代表开关器件开关VT接通时电源电压U加电动机VT断开时直流电源电动机断开电动机电枢端电压零反复电枢端电压波形图5（b）示
图5 直流斩波器原理电路输出电压波型
（a）原理图 （b）电压波型
采晶闸直流斩波器工作原理整流电路运原理晶闸会相位决定开关决定开关整电路处工作状态晶闸触发导通时电源电压加电动机晶闸关断时直流电源直流电机开关断开时电动机二两端电压没PWM改变脉周期控制晶闸疏通时间简单说通改变脉宽度调节直流运行速度
较VM系统PWM调速系统VM系统具优点：
（1）PWM调速系统开关频率较高需电枢电感获脉动直流电时直流电时连续稳运行宽调速范围甚达1百左右PWM电波波形均电流样情况电动机损失量发热
（2）样开关频率高原PWM系统快速做出反映电机配合获宽频带够快速响应原抗干扰力非常强
（3）电子器件工作时处开关状态电路造成损耗该装置效率非常高
脉宽调速系统电路顾名思义通脉宽调制式变换器调节简称PWM变换器实通单片机闭合调节脉宽运行速度种情况驱动力定局限性目前止器件容量原PWM直流调速系统暂时应中功率系统
323 测速发电机
测机构测速发电机轴连接时检测出输出电动势获测机构转速测速发电机称速度传感器测速发电机广泛应种速度者位置控制系统动控制系统中作检测速度元件调节电动机转速者通反馈提高系统稳定性精度
324 数码显示电路设计
（1）阴数码脚说明原理图
七段LED显示器部七条形发光二极圆点发光二极组成根极接线形式分成阴极型阳极型 实训室实训扳四位体阴数码[15]LED数码封装图6示
图6 数码封装形式部结构
(2）数码码值推算
LED数码A—DP七发光二极亮灭组合形成字形种组合称字形码面列出阴极字形码数字数码显示数字字形码单片机P0口输出十六进制数例数字0数字7字形码推算方法图7示：
图7 数码码值推算方法
理述推倒方法原出数字0——9编码
（3）数字显示规律——查表法
显示数字0－9字形码没规律循采查表方式完成需求样着数字0－9序数字笔段代码序排建立表格示：TABLE DB[]{3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH}显示数字4’时候查表TABLE DB[4]找66H送P0口[16]
（4）数码显示电路图
图8 数码显示电路
设计中四位七段阴数码LED工作原理电黄花光提供明时工作时电压发射样光强度灯工作状态相消耗电更少提倡节社会非常常喜欢LED灯原时设计初安全寿命等素考虑进制作程中采较低成优势存LED灯迅速灯市场淘汰迅速走进千家万户
数码显示电路连接分串行接法行接法串行接法节约IO口资源行接法会占IO口考虑操作熟练实际资源设计采者行接法
325 L298N驱动电路设计
L298SGS公司产品L298N15角单块集成电路高电压高电流四通道驱动设计L298N接收DTL者TTL逻辑电驱动感性负载(继电器直流步进马达)开关电源晶体部包含4通道逻辑驱动电路额定工作电流 1 A达 15 AVss 电压 45 V达 36 VVs 电压值 36 VL298N直接电机进行控制须隔离电路驱动电机[17]
图9 L298N部电路
表1 L298N引脚符号功
引 脚
功
SENSASENSB
分两H桥电流反馈脚时直接接
ENA ENB
端输入PWM信号
IN1IN2IN3IN4
输入端TTL逻辑电信号
OUT1OUT2OUT3OUT4
输出端应输入端逻辑
VCC
逻辑控制电源
VSS
电机驱动电源值需输入低电电压高
GND
接
表2 L298N逻辑功
IN1
IN2
ENA
电机状态
X
X
0
停止
1
0
1
时针
0
1
1
逆时针
0
0
0
停止
1
1
0
停止
端高电时输入端IN1PWM信号IN2低电信号时电机正转输入端IN1低电信号IN2PWM信号时电机反转IN1IN2相 时电机快速停止端低电时电动机停止转动
直流电动机电压控制驱动中半导体功率器件两种方式：线性放驱动方式开关驱动方式线性放驱动方式半导体功率器件工作线性区优点控制原理简单输出波动线性邻电路干扰缺点功率器件工作线性区功率低散热问题严重开关驱动方式半导体功率器件工作开关状态通脉调制（PWM）控制电动机电压实现电动机转速控制
图10 L298电机驱动电路
326 键电路电路设计
系统采三键作参数设置输入方式K1速度等级手动加K2速度等级手动减K3控制电机正传反转K4速度重置
键电路工作原理：IO口默认状态高电键会IO口电拉低低电高电单片机通检测高低电变化实现控制电路图示
图11 键盘电路原理图
图12 键盘单片机连接电路
3系统软件设计
系统软件设计中采编程器件单片机STC89C52程序设计语言汇编语言余篇幅中讨系统中软件汇编语言实现系统中软件设计包括方面：键检测数码显示电机驱动子程序
31 系统整体程序流程图
图13 程序流程图
42 数码LED显示程序设计
数码显示数字需软件控制求二进制代码实现数码发光段控制TAB：DB 0C0H090H0A4H0B0H99H92H82H0F8H80H90H数码显示利动态扫描：动态扫描工作原理眼24Hz扫描脉感知通眼没亮暗度变化设计重处控制显示数时间间隔严格控制脉信号数作参
图14 数码单片机连接原理图
图15 数码单片机连接电路图
43 电机控制子程序
电机控制子程序循环程序思路先设定速度初始值利初始值调速系统送值然PI算法输出控制系数PWM发生电路改变波形占空进控制电机转速程序流程图图示软件1程序1中断子程序1PI控制算法子程序组成程序循环程序思路单片机P1口生数送PWM信号发生电路然PI算法输出控制系数PWM发生电路改变波形占空进控制电机转速
图16 PWM脉宽调制流程图
5系统调试
51 常见障分析
单片机应系统硬件调试软件调试分开．许硬件障通软硬件起调试发现种方式前确认否属仅仅通硬件调试通软件调试发现障情形入股行化话采联合调控方式找障
(1)逻辑错误
样机硬件逻辑错误设计错误加工程中工艺错误造成包括错线开路等等常遇短路
(2)元器件错误
元器件错误原器件损坏者型号等匹配等原者极块装反原
(3)性差
应系统容易受外部电波器件负载金属孔等干扰应系统抵制种干扰力非常弱外果线路设计合理会造成系统稳定性差原
(4)电源障
电源障包括：电压值符合设计求电源功率足负载力差纹波太重等
52 系统调试注意事项
接通电源前定确保样机线路零件等细节完全正确测试前图纸核确保万失争取犯低级错误特注意常见短路障需精细零件进行核时利辅助工具
进行程序编写时环节值认真细节果注意话毁坏系统调试结果定调试程中注意细节
结
PWM技术直流电机调速中效方法文采PWM技术H型桥式驱动电路定程度提高机器运行效率设计软件进行编程时采算法系统结构非常适合提高单片机工作效率寿命
文研究基础价格低廉单片微机STC89C52直流电机文笔者述单片机种调节控制速度方法采硬件者硬件软件者两者相结合方式调控具明显优势采PWM软件调节控制速度方法灵活性更强成更加低廉样形中企业节约笔必成时影响单片机发挥效率种通简单方法研究出速度控制系统成
参考文献
[1]唐波龚雪娇朱瑞金张涛新工科建设单片机原理应课程建设改革研究[J]黑龙江科学201910(07)2022
[2]陈炜炜詹跃东基单片机直流电机PWM调速系统[J]化工动化仪表201946(03)218222
[3]杨林刘曰涛沈宝民仲伟正刷直流电机PI控制系统设计分析[J]西安工程学学报201932(01)8187
[4]衡蜓直流电机控制系统设计[J]农业技术装备2019(01)79
[5]李玉东韩亚马星河基PWM控制脉阻塞式交交变频调速系统研究[J]制造业动化201840(11)6368
[6]张骏华双PWM变频调速系统研究设计[J]机电信息2018(24)13
[7]孙磊 PWM整流变频调速系统中应研究[D]西安科技学2018
[8]吴基51单片机直流电机PWM调速系统[J]科技创新导报201815(13)108+110
[9]樊家明郭育华基双PWM变换器变频调速系统研究[J]电力电子技术201852(03)2628
[10]黄意仁黄嫦娥基单片机电动车电机调速系统设计研究[J]产业科技坛201817(05)6466
[11]苏品刚尚丽逆PWM控制双闭环直流调速系统Simulink仿真[J]实验技术理201835(02)124129
[12]杜警窦艳艳PWM直流闭环调速系统设计[J]武汉职业技术学院学报201817(01)9295
[13]李玮基单片机控制直流电机PWM调速系统设计[J]产业科技坛201817(04)7475
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[15]唐海洋 中功率直流传动系统研究[D]西安工程学2017
[16] Yang Y Yi J Woo YY and Kim B Optimum design for linearity and efficiency of microwave Doherty amplifier using a new load matching technique’ Microw J 2001 44 (12) pp 20–36
[17] Yamato I et al 1 New conversion system for UPS using high fre2 quency link[J ]1 IEEE PESC 1988 210320
[18] Green A W Boys JTGrates GF 3Phase Voltage SourcedReversible Rectifier IEEE Proceedings19886(135)362~370
[19] V Yu TeplovA V Anisimov Thermostatting System Using a SingleChip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier Effect[J] 2002
[20] 马忠梅 等编著单片机C语言应程序设计（第4版）[M]北京航天航空学出版社2007 4
附录 硬件原理图
附录二 程序源代码
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit en1P1^0 * L298Enable A *
sbit en2P1^1 * L298Enable B *
sbit s1P1^2 * L298Input 1 *
sbit s2P1^3 * L298Input 2 *
sbit s3P1^4 * L298Input 3 *
sbit s4P1^5 * L298Input 4 *
uchar t0 * 中断计数器 *
uchar m10 * 电机速度值 *
uchar tmp1tmp2 * 电机前速度值 *
* 电机控制函数 index电机号(12) speed电机速度(100—100) *
void motor(uchar index char speed)
{
if(speed>100 && speed<100)
{
if(index1) * 电机处理 *
{
m1abs(speed) * 取速度绝值 *
if(speed<0) * 速度值负反转 *
{
s10
s21
}
else * 负数正转 *
{
s11
s20
}
}
void delay(uint j) * 简易延时函数 *
{
for(jj>0j)
}
void main()
{
uchar i
TMOD0x02 * 设定T0工作模式2 *
TH00x9B * 装入定时器初值 *
TL00x9B
EA1 * 开中断 *
ET01 * 定时器0允许中断 *
TR01 * 启动定时器0 *
while(1) * 电机实际控制演示 *
{
for(i0i<100i++) * 正转加速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i100i>0i) * 正转减速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i0i<100i++) * 反转加速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i100i>0i) * 反转减速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
}
}
void timer0() interrupt 1 * T0中断服务程序 *
{
if(t0) * 1PWM周期完成会接受新数值 *
{
tmp1m1
tmp2m2
}
if(tif(tt++
if(t>100) t0 * 1PWM信号100次中断产生 *
}
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题 目： 直流电机双逆控制系统设计
摘
年着科技进步直流电机较交流电机具强优势情况应非常广泛情况满足动化系统求系统STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机已达控制转速目通数码速度等级显示出外分控制芯片选择显示电路较选择 电机调速控制模块电源电路电机驱动电路四方面进步确定系统总体设计方案通数码LED显示程序设计电机控制子程序完成实验步骤结部分系统调试程中常见障分析注意事项做出摘说明具定理实际意义
关键词：STC89C52 双逆控制系统 PWM调速
ABSTRACT
This paper introduces the design of the system hardware and software design and the hardware block diagram and software flow chart and gives some description According to the hardware block diagram of the following function modules of STC89C52 chip the design the L298 full bridge driver chip the pulse processing amplification output to control the speed of motor Control of the L298 high power H bridge drive DC motor has to control the speed of the Through the digital tube display speed grade also can through the button control motor story of inversion and the motor speed to add and subtract The system design is reasonable complete functions superior performance good results in the actual production easy to control simple and flexible configuration advantages
Keywords STC89C52 MCU PWM speed control
目 录
摘 I
ABSTRACT II
前言 IV
1绪 1
11课题研究背景 1
12 国外技术发展现状 2
13设计目标务 2
2系统总体方案 3
21 控制芯片选择 3
22 显示电路较选择 3
23 电机调速控制模块 3
24 电源电路电机驱动电路 4
3系统硬件方案设计 5
31 系统总电路框图设计 5
32 系统模块电路设计原理 5
4系统软件设计 16
41 系统整体程序流程图 16
42 数码LED显示程序设计 17
43 电机控制子程序 18
5系统调试 19
51 常见障分析 19
52 系统调试注意事项 19
结 20
参考文献 21
致谢 22
附录 硬件原理图 23
附录二 程序源代码 24
绪
（1）课题研究背景
年社会飞速发展生产力断提高直流电机应范围广满足情况电机种苛刻求直流电机优势位越越明显现生产力越越高离开电机高质量求果仅仅通改变电枢改变电压等远远满足电机求生产力时PWM方调控直流电机运转速度办法产生
前调速系统长期运程中发现问题完善：模拟电路时间越长会发热运行程中造成损耗噪声特敏感直流电机PWM完美覆盖缺点实现数控降低成减少噪音PWM开始频率非常高仅仅电枢电感直流电时高开关频率电机控制系统快响应噪音抗干扰力非常棒节约耗远离保持开关处工作状态减少电路运行损耗断研发程中断改变体积等现已具占空间损耗特点
现工业生产中电动机提供动断做出尝试新电动机满足生产需旧电动机断接受时间检验遵循优胜劣汰市场法现直流电机采晶闸成功取代前笨重发电机系统现电子技术越越成熟直流电机调控速度数字化转变单片机技术应直流电机直流电机调速进行新高度直流电机较交流电机调速原理类似通改变电压改变速率PWM基运作原理实世纪进行深入研究探讨年代电器发展处萌芽阶段该技术直没广泛应直九八年电子技术越越成熟已够足够生产力运PWM技术发现利起现出现新理理方法PWM技术发展局限性绊脚石瞬间荡然存pwm技术发展速度非常快直现PWM技术变形种技术已领域运
（2） 国外技术发展现状
直流电动机启动快制动快切换速度时稳渡正优势直流电机需改变速度该笔电力方领域中应非常前直流电动机采模拟电路作控制基手段时会采取少量数字电路组成样组成控制系统硬件部分体积非常功非常少系统灵活运行直流电机采控制技术应范围推广现计算技术非常完善控制系统运行程序通软件计算机编程解决样控制系统直流电机控制更加方便灵活系统性幅度提高节省中间必须力成降低直流电机总成运行速度更快调控更加方便然工作效率幅度提高
(3)设计务
系统已STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形数码速度等级呈现出设计务包括：
（1）直流电机正转控制
（2）直流电机反转控制
（3）直流电机加速控制
（4）直流电机减速控制
（5）数码显示电路设计实现
（6）单片机系统设计
（7）电机驱动电路设计
1系统总体方案
系统总体设计方案步骤先选择控制芯片然通显示电路较选择电机调速控制模块电源电路电机驱动电路三方面逐步确定系统软硬件指标终设计分硬件软件两部分分详细概括文设计原理单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机控制转速结果通数码速度等级显示出作具体分析概述系统总体方案示：
11 控制芯片选择
次设计采STC12C5A60S2单片机作控制元器件该系列单片机始祖Intel8031单片机着Flash rom技术发展8031单片机取长足进展成目前应广泛8位单片机代表型号ATMEL公司AT89系列广泛应工业测控系统中目前市场公司推出51系列兼容机型占市场部分份额种现状会持续久中51单片机应范围广系列相继推出51单片机成高企业说非常划算
12 显示电路较选择
数码显示具亮度高显示简单简洁成低廉性高响应速度快等点实际工程中便站远位置清楚数码显示信息数码驱动简单采硬件驱动需程序控制完全占CPU资源里采LED数码显示信息
13 电机调速控制模块
采三极组成H型PWM电路单片机控制三极工作占空调开关状态精确调整电动机转速种电路子饱运行运转速度非常高H型线路直流电机改变素方调节转速电子开关具备种优势然开速度快快达工作状态稳定性实际生产程中直流电子运H型电路采PWM调速技术[7]
14 电源电路电机驱动电路
设计电源选择直流稳压电源模块插线板电源变压整流滤波稳压输出系统提供稳定电源说会稳定素携带方便选择锂电池负责电源电机驱动采功率电机驱动专芯片L298部继承功率H桥路具稳定性高简单驱动力等特点够驱动功率电机控制电机正传反转时电机调速非常理想选择采种方法
2系统硬件方案设计
21 系统总电路框图设计
系统STC89C52单片机核心通部定时器产生PWM波形控制LN298功率H桥路驱动直流电机已达控制转速目通数码速度等级显示出外通键控制电机正传反转电机速度加减
图1 系统总体框图
32 系统模块电路设计原理
321单片机系统设计
单片机系统整系统核心控制部分STC89C52单片机核心配外围电路：时钟电路点复位电路构成完成数采集处理转换
MCS51系列单片机美国Intel公司1980年继MCS48系列8位单片机推出高档8位单片机单片机稳定性高性价良兼容领域广泛应国目前应广单片机系列性功方面MCS51单片机优MCS48单片机MCS51系列种机型供户选择[8]
（1）单片机部结构
MCS51系列单片机早典型代表8051875818031型号生产厂商片存储器容量中断系统外围功模块高时钟频率处理器速度等方面指令系统完全兼容硬件系统基结构相性特点
1) 8位CPU
2) 片128B RAM(MCS52子系列256B RAM)
3) 片4KB ROMEPROM(80518751)
4) 特殊功寄存器区
5) 两优先级5中断源结构
6) 48位行IO口（P0P1P2P3）
7) 两16位定时计数器（MCS52子系列3）
8) 全双工串行口
9) 布尔处理器
MCS51典型产品8031805187518051部4KB ROM8071部4KB EPROM8031片ROM外三者部结构引脚完全相单片机芯片部基结构构成通CPU加外围芯片模式部9部件通单总线连接成9部件：18位中央处理器（包括ALUACCTMP1TMP2B寄存器PSW相应定时控制逻辑）4KB8KB程序寄存器（ROMEPROM）128B256B数寄存器（RAM）32条IO接口线（图中P00～P07P10～P17P20～P27P30～P37）中断控制逻辑（具5中断源2中断优先级）定时器控制逻辑（具2编程定时器计数器）串行接口控制逻辑（具工作处理机通信IO接口扩展全双工通异步接收发送器串行接口）21专寄存器（包括程序计数器PC堆栈指针寄存器SP程序状态字存器PSW数指针寄存器DPTR等）片振荡器时钟电路（OSC相关电路组成）[9]
（2）复位电路逻辑图
RST引脚复位信号输入端复位信号高电效效时间应持续24振荡周期(两机器周期)果晶振频率6MHz需复位信号保持4us完成复位操作
整复位电路包括芯片外两部分外部电路产生复位信号(RST)送施密特触发器片复位电路机器周期S5P2时刻触发器输出进行采样然部复位操作需信号
复位操作电复位键手动复位两种方式采键手动复位电方式图2通复位端电阻Vcc电源接通实现
图2 键手动复位原理图
复位意思单片机处初始化状态初始化数字代码0000H情况需复位种情况需出现程序运行错误时候系统锁死时两种情况需复位键进行操作重新启动整程序AT89S52第9脚复位键时复位端成高电单片机复位[10]
（3）振荡电路
晶体振荡电路属反馈振荡器量观点般功率放器输入信号控制直流电源提供直流量转换信号规律变化交变量电路反馈振荡器需输入信号控制动直流量转换特定频率振幅交变量电路AT89S52芯片部高增益反相放器构成振荡器晶体振荡电路属反馈振荡器振荡分外部振荡部振荡[11]图示：
图3 晶振时钟原理图
设计中根实际情况选择部振荡种方式单片机进行驱动反相放器输入端XATAL1输出端XATAL2分89S5219脚18脚XATAL1XATAL2两端跨接石英晶体两电容构成稳定激振荡器电容般取33P单片机接110592MHz晶振振荡器产生信号送中央处理器驱动CPU执行该信号代表指令
322直流电机调速设计
前文介绍直流电机运作原理知直流电动机三种调节控制速度方法：
（1）调节电枢供电电压U改变电枢电压途径通额定电压慢慢降电动机额定功率慢慢降属恒转矩调速方法果达定范围改变速度化进行稳渡求目前止采办法种办法电流变化非常短时间快速改变执行CPU指令操作需调节速度直流电源容量
（2）改变电动机磁通通改变改变磁通实现改变速度稳渡通减弱磁通调节方式额定运转速度基础慢慢增If遇时间常数Ia变化遇相做出法英速度慢方法相需容量电源
（3）改变电枢回路电阻R改变电枢电阻通外加电阻方式种操作较简单通改变回路电阻调节电流速度种控制直流电机速度方法弊端实现稳渡空载时没调速作会电路总电阻增消耗电较前明显增
直流斩波器称直流调压器开关实现通断达控制目直流电源电压通开关控制开通断开时间控制输出电压均值电压恒定直流电源变成调节优点效率高成低廉质量样直流电源处便携带现种铁电瓶车运非常广泛
图5直流斩波器原理电路输出电压波型图中VT代表开关器件开关VT接通时电源电压U加电动机VT断开时直流电源电动机断开电动机电枢端电压零反复电枢端电压波形图5（b）示
图5 直流斩波器原理电路输出电压波型
（a）原理图 （b）电压波型
采晶闸直流斩波器工作原理整流电路运原理晶闸会相位决定开关决定开关整电路处工作状态晶闸触发导通时电源电压加电动机晶闸关断时直流电源直流电机开关断开时电动机二两端电压没PWM改变脉周期控制晶闸疏通时间简单说通改变脉宽度调节直流运行速度
较VM系统PWM调速系统VM系统具优点：
（1）PWM调速系统开关频率较高需电枢电感获脉动直流电时直流电时连续稳运行宽调速范围甚达1百左右PWM电波波形均电流样情况电动机损失量发热
（2）样开关频率高原PWM系统快速做出反映电机配合获宽频带够快速响应原抗干扰力非常强
（3）电子器件工作时处开关状态电路造成损耗该装置效率非常高
脉宽调速系统电路顾名思义通脉宽调制式变换器调节简称PWM变换器实通单片机闭合调节脉宽运行速度种情况驱动力定局限性目前止器件容量原PWM直流调速系统暂时应中功率系统
323 测速发电机
测机构测速发电机轴连接时检测出输出电动势获测机构转速测速发电机称速度传感器测速发电机广泛应种速度者位置控制系统动控制系统中作检测速度元件调节电动机转速者通反馈提高系统稳定性精度
324 数码显示电路设计
（1）阴数码脚说明原理图
七段LED显示器部七条形发光二极圆点发光二极组成根极接线形式分成阴极型阳极型 实训室实训扳四位体阴数码[15]LED数码封装图6示
图6 数码封装形式部结构
(2）数码码值推算
LED数码A—DP七发光二极亮灭组合形成字形种组合称字形码面列出阴极字形码数字数码显示数字字形码单片机P0口输出十六进制数例数字0数字7字形码推算方法图7示：
图7 数码码值推算方法
理述推倒方法原出数字0——9编码
（3）数字显示规律——查表法
显示数字0－9字形码没规律循采查表方式完成需求样着数字0－9序数字笔段代码序排建立表格示：TABLE DB[]{3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH}显示数字4’时候查表TABLE DB[4]找66H送P0口[16]
（4）数码显示电路图
图8 数码显示电路
设计中四位七段阴数码LED工作原理电黄花光提供明时工作时电压发射样光强度灯工作状态相消耗电更少提倡节社会非常常喜欢LED灯原时设计初安全寿命等素考虑进制作程中采较低成优势存LED灯迅速灯市场淘汰迅速走进千家万户
数码显示电路连接分串行接法行接法串行接法节约IO口资源行接法会占IO口考虑操作熟练实际资源设计采者行接法
325 L298N驱动电路设计
L298SGS公司产品L298N15角单块集成电路高电压高电流四通道驱动设计L298N接收DTL者TTL逻辑电驱动感性负载(继电器直流步进马达)开关电源晶体部包含4通道逻辑驱动电路额定工作电流 1 A达 15 AVss 电压 45 V达 36 VVs 电压值 36 VL298N直接电机进行控制须隔离电路驱动电机[17]
图9 L298N部电路
表1 L298N引脚符号功
引 脚
功
SENSASENSB
分两H桥电流反馈脚时直接接
ENA ENB
端输入PWM信号
IN1IN2IN3IN4
输入端TTL逻辑电信号
OUT1OUT2OUT3OUT4
输出端应输入端逻辑
VCC
逻辑控制电源
VSS
电机驱动电源值需输入低电电压高
GND
接
表2 L298N逻辑功
IN1
IN2
ENA
电机状态
X
X
0
停止
1
0
1
时针
0
1
1
逆时针
0
0
0
停止
1
1
0
停止
端高电时输入端IN1PWM信号IN2低电信号时电机正转输入端IN1低电信号IN2PWM信号时电机反转IN1IN2相 时电机快速停止端低电时电动机停止转动
直流电动机电压控制驱动中半导体功率器件两种方式：线性放驱动方式开关驱动方式线性放驱动方式半导体功率器件工作线性区优点控制原理简单输出波动线性邻电路干扰缺点功率器件工作线性区功率低散热问题严重开关驱动方式半导体功率器件工作开关状态通脉调制（PWM）控制电动机电压实现电动机转速控制
图10 L298电机驱动电路
326 键电路电路设计
系统采三键作参数设置输入方式K1速度等级手动加K2速度等级手动减K3控制电机正传反转K4速度重置
键电路工作原理：IO口默认状态高电键会IO口电拉低低电高电单片机通检测高低电变化实现控制电路图示
图11 键盘电路原理图
图12 键盘单片机连接电路
3系统软件设计
系统软件设计中采编程器件单片机STC89C52程序设计语言汇编语言余篇幅中讨系统中软件汇编语言实现系统中软件设计包括方面：键检测数码显示电机驱动子程序
31 系统整体程序流程图
图13 程序流程图
42 数码LED显示程序设计
数码显示数字需软件控制求二进制代码实现数码发光段控制TAB：DB 0C0H090H0A4H0B0H99H92H82H0F8H80H90H数码显示利动态扫描：动态扫描工作原理眼24Hz扫描脉感知通眼没亮暗度变化设计重处控制显示数时间间隔严格控制脉信号数作参
图14 数码单片机连接原理图
图15 数码单片机连接电路图
43 电机控制子程序
电机控制子程序循环程序思路先设定速度初始值利初始值调速系统送值然PI算法输出控制系数PWM发生电路改变波形占空进控制电机转速程序流程图图示软件1程序1中断子程序1PI控制算法子程序组成程序循环程序思路单片机P1口生数送PWM信号发生电路然PI算法输出控制系数PWM发生电路改变波形占空进控制电机转速
图16 PWM脉宽调制流程图
5系统调试
51 常见障分析
单片机应系统硬件调试软件调试分开．许硬件障通软硬件起调试发现种方式前确认否属仅仅通硬件调试通软件调试发现障情形入股行化话采联合调控方式找障
(1)逻辑错误
样机硬件逻辑错误设计错误加工程中工艺错误造成包括错线开路等等常遇短路
(2)元器件错误
元器件错误原器件损坏者型号等匹配等原者极块装反原
(3)性差
应系统容易受外部电波器件负载金属孔等干扰应系统抵制种干扰力非常弱外果线路设计合理会造成系统稳定性差原
(4)电源障
电源障包括：电压值符合设计求电源功率足负载力差纹波太重等
52 系统调试注意事项
接通电源前定确保样机线路零件等细节完全正确测试前图纸核确保万失争取犯低级错误特注意常见短路障需精细零件进行核时利辅助工具
进行程序编写时环节值认真细节果注意话毁坏系统调试结果定调试程中注意细节
结
PWM技术直流电机调速中效方法文采PWM技术H型桥式驱动电路定程度提高机器运行效率设计软件进行编程时采算法系统结构非常适合提高单片机工作效率寿命
文研究基础价格低廉单片微机STC89C52直流电机文笔者述单片机种调节控制速度方法采硬件者硬件软件者两者相结合方式调控具明显优势采PWM软件调节控制速度方法灵活性更强成更加低廉样形中企业节约笔必成时影响单片机发挥效率种通简单方法研究出速度控制系统成
参考文献
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附录 硬件原理图
附录二 程序源代码
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit en1P1^0 * L298Enable A *
sbit en2P1^1 * L298Enable B *
sbit s1P1^2 * L298Input 1 *
sbit s2P1^3 * L298Input 2 *
sbit s3P1^4 * L298Input 3 *
sbit s4P1^5 * L298Input 4 *
uchar t0 * 中断计数器 *
uchar m10 * 电机速度值 *
uchar tmp1tmp2 * 电机前速度值 *
* 电机控制函数 index电机号(12) speed电机速度(100—100) *
void motor(uchar index char speed)
{
if(speed>100 && speed<100)
{
if(index1) * 电机处理 *
{
m1abs(speed) * 取速度绝值 *
if(speed<0) * 速度值负反转 *
{
s10
s21
}
else * 负数正转 *
{
s11
s20
}
}
void delay(uint j) * 简易延时函数 *
{
for(jj>0j)
}
void main()
{
uchar i
TMOD0x02 * 设定T0工作模式2 *
TH00x9B * 装入定时器初值 *
TL00x9B
EA1 * 开中断 *
ET01 * 定时器0允许中断 *
TR01 * 启动定时器0 *
while(1) * 电机实际控制演示 *
{
for(i0i<100i++) * 正转加速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i100i>0i) * 正转减速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i0i<100i++) * 反转加速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
for(i100i>0i) * 反转减速 *
{
motor(1i)
motor(2i)
delay(5000)
}
}
}
void timer0() interrupt 1 * T0中断服务程序 *
{
if(t0) * 1PWM周期完成会接受新数值 *
{
tmp1m1
tmp2m2
}
if(t
if(t>100) t0 * 1PWM信号100次中断产生 *
}
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