基于单片机的直流电机PWM调速系统设计

邵阳学院信息与电气工程学院 王 波 江世明

基于单片机的直流电机PWM调速系统设计

邵阳学院信息与电气工程学院 王 波 江世明

系统以单片机为核心，采有PWM调速原理，实出了直流电机的正、反转和调速控制，文章详细介绍了系统工作原理、电路设计、程序设计。该设计适用于50W以下的中小直流电机。

直流电机；PWM；在线可调速；设计方法

1.直流电机电枢的PWM调压调速原理

图1 PWM调速控制原理和电压波形图

直流电动机转速n的表达式为：n=(U-IR)/KΦ

式中：U为电枢端电压；

I为电枢电流；

R为电枢电路总电阻；

Φ为每极磁通量；

K为电动机参数。

由上式可知，直流电动机的转速可以通过改变励磁磁通Φ或改变加在电枢两端的电压U实现。由于磁通Φ在低速时受磁极饱和限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，因此现在采用调节电枢电压来实现调速。图1所示为直流电机PWM调压调速原理图。设加在电机两端的脉动电压的占空比为α，则电机两端的电压平均值U0为：

改变占空比α就可以改变电机两端的电压平均值U0，改变U0就能改变电机的转速。

图2 直流电机PWM调速系统电路原理图

2.直流电机调速系统电路设计

按上述方案设计的电路原如图2所示：SB1～SB5按键与MM74HC30与非门构成带中断功能的人机对话接口，当有键按下时，系统发出中断请求，单片机响应中断后，对P1.3～P1.7进行查询，在中断服务程序中实现对相应标置位的置位和清零。系统在正常情况下不断对标置位进行查询，根据查询的结果程序转向相应的子程序，P1.1、P1.0为输出端，PWM信号经光电耦合器后信号传送到电机专用驱动模块LMD18200。LMD18200内部是一个带有短路、过载保护的H型驱动电路。

图3 直流电机PWM调速系统程序流程图

3.程序设计思路

直流电机PWM调速系统和程序流程如图3所示。它包含主程序流程、中断服务程序流程、子程流程三个部分。

4.结束语

通过单片机来实现直流电机PWM调速，能充分发挥单片机的效能，满足工农业生产和人民生活需要，相对于其他用硬件的方法实现对直流电机的速度调整，具有更大的录活性和低成本。单片机控制直流电动机运行已成为一种电机控制的常用手段。文中介绍的电路和程序，已在“机器人行走系统”中得到实际应用，取得了满意的效果。

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王波（1998—），男，重庆綦江人，大学本科，现就读于邵阳学院信息与电气工程学院电子信息工程专业。

江世明（1965—），男，湖南新宁人，副教授，硕士生导师，高级工程师，从事电气控制、嵌入式应用等方面的教学与科研工作。