基于单片机控制的PWM直流调速系统的研究

丁洪义

（佛山市顺德区立创电子有限公司 广东佛山 528000）

摘 要：文章结合具体操作应用，通过运用具有PWM技术的单片机控制系统来实现控制风扇的转速及转向，为直流电机的运动控制领域提供技术实现，以期为有关方面提供参考借鉴。

关键词：单片机；调速系统；控制

直流电动机是工业生产中的主要驱动设备，随着当下电力电子技术及单片机应用的发展，基于单片机控制的PWM直流调速系统的应用开始在使用中推广。通过单片机的输出电压可以改变直流电机的运转，从而改变风扇的转动速度及转动方向，具有一定的研究应用作用。

1 系统硬件设计

该控制系统是由AT89C52单片机、晶振电路、复位电路、直流电机、弹性按键、晶体管等组成。对于直流电机的控制采用的是典型的H桥驱动电路。该电路中含有4个三极管和一个直流电机。系统原理图如图1所示：

用直流电机来驱动风扇的转动。用单片机的P1.0、P1.1引脚来控制直流电机的正反转，当P1.0引脚是高电平、P1.1引脚是低电平的时候，会将4个三极管中左上对角线的一对导通，这时电流从左向右流过直流电机，此时电机正转；当P1.0引脚是低电平、P1.1引脚是高电平的时候，会将4个三极管中右上对角线的一对导通，这时电流从右向左流过直流电机，此时电机反转。通过改变电动机的正反转，从而改变风扇的转动方向。

利用弹性按键S1来调整风扇的转动方向。当第一次按下按键S1时，直流电机正转，当第二次按下按键S1时，直流电机反转，当第三次按下按键S1时，直流电机又回到第一次的正转，依次反复。

利用单片机提供的PWM电压来控制风扇的转速。利用弹性按键S2来控制风扇的转速，风扇的转速有三档：低档、中档和高档。单片机引脚分别输出占空比为30%、50%和70%的脉宽调制信号PWM就可以让风扇风速处于低档、中档和高档。当第一次按下按键S2时，风扇处于低档运行，当第二次按下按键S2时，风扇处于中档运行，当第三次按下按键S2时，风扇处于高档运行，依次循环，根据按键S2被按下的次数来循环选择风速档位。

2 系统软件设计

在程序中设置变量flag，表示转向标志位，flag=0表示电机正转，flag=1表示电机反转，首先检测按键S1是否按下，然后延时10ms左右去除按键抖动，再次检测按键S1是否按下，如果按键S1确实按下，通过语句flag=～flag改变电机转向。

检测按键S2是否按下，然后延时10ms左右去除按键抖动，再次检测按键S2是否按下，如果按键S2确实按下，然后统计一下按键S2按下去的次数，用switch case语句来实现风扇低档、中档和高档三档的转换，如果按键S2按下去一次，那么风扇在低档运行，如果按鍵S2按下去两次，那么风扇在中档运行，如果按键S2按下去三次，那么风扇在高档运行。

随着大规模集成电路技术的不断发展，很多单片机都有内置PWM模块。有些51单片机内部没有PWM模块，因此本设计采用软件模拟法，这种方法简单实用，缺点是占用CPU的大量时间。本任务是采用AT89C52单片机输出不同的PWM脉宽调制信号来控制风扇风速。单片机读取连接到P3.3引脚上的按键S2的状态，判断是请求低档、中档还是高档，来调整PWM电平信号的占空比，以达到调节风扇风速的目的。PWM的占空比越大，直流电机的转动速度越快；PWM的占空比越小，直流电机的转动速度越慢。风扇低中高三档的实现可以通过单片机P1.0、P1.1引脚输出不同占空比值的脉宽调制信号PWM来实现。本系统将PWM占空比为30%时所对应的风扇档位设置为低档（弱风），将PWM占空比为50%时所对应的风扇档位设置为中档（舒适风），将PWM占空比为70%时所对应的风扇档位设置为高档（强风）。以风扇正转、高档为例讲述PWM，让P1.0引脚输出高电平，电机转动，然后持续一段时间t1；让P1.0引脚输出低电平，电机停转，然后再持续一段时间t2，使电机转动持续时间t1与电机停转持续时间t2的比值为70%，此时PWM的占空比就是70%，风扇风速被设置在高档。

本系统部分程序如下所示：

void pwm3（）//函数功能：输出占空比为70%的脉宽调制信号（正转、高档）

{ D JB=0；

D JA=1；//电机转动

delay（1680）；//延时，电机转动的时长

D JA=0；//电机停转

delay（720）； //延时，调整电机停转的时长}

switch（number）

{ case 0x01：pwm1（）；break；//低档，弱风

case 0x02：pwm2（）；break；//中档，舒适风

case 0x03：pwm3（）；break；//高档，强风

default：；}

3 结语

综上所述，通过将单片机作为控制器，操作直流电机的转动方向和转速，进而实现对风扇转动方向和速度的控制。该系统设计简单，系统运行稳定，可以方便地用于直流电机的调控，有较好的实用价值，可为后续产品的研发做好基础。

参考文献：

[1]卢春华、姚海燕、张莉.基于单片机的直流电机调速系统设计[J].硅谷.2009（20）

[2]茹占军、谢家兴.基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计[J].软件导刊.2010（08）08endprint