文档介绍：直流电机PWM闭环调速系统
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摘要:推出一种使用单片机的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,缺乏控制的灵活性。本文介绍的直流电机PWM闭环调速系统,使用低价位的单片微机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,可减少对电源的污染。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是本系统的线路图,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。
1 PWM 信号发生电路
    PWM波可由具有PWM输出的单片机(如80C198等)通过编程产生,也可采用PWM专用芯片来实现。PWM波的频率太高时,对直流电机驱动
的功率管要求太高,太低时产生电磁噪声较大。实践应用中PWM波的频率在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的A组接4040计数输出Q2~Q9端,B组接单片微机的P1端口。改变P1端口的输出值,可使PWM信号的占空比产生变化,进行调速控制。计数器4040的计数输入端CLK接单片机2051晶振的振荡输出XTAL2。晶振选用18MHz时,经QO~Q2的8分频,Q2~Q9的256分频,,适合光耦及功率开关管的合理工作范围。
    计数器4040每来8个脉冲,其输出Q2~Q9加1,当计数值小于或等于单片机P1端口输出值X时,U2的(A>B)输出端保持为低电平,当计数值大于X时U2的(A>B)输出端为高电平。随着计数值的增加,Q2~Q9由全“1”变为全“O”时,(A>B)输出端又变为低电平,这样,在U2的(A>B)端得到PWM的信号,其占空比为(255-X/255)×100%,改变X值可改变PWM信号的占空比,进行直流电机的转速控制。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的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。
 
图1  直流电机PWM闭环调速系统原理图
2  单片微机闭环速度控制电路
    本系统的闭环控制选用低价位的单片机89C2051,与带PWM输出的80C552及80C198相比,无需外扩EPROM,且价格低的多。2051单片机片内有2K的flash程序存储器,15个I/O口,两路16位的定时/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的灵活性。
    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,。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,测出每转的周期,再由软件计算出控制值X,由P1端口输出PWM波占空比的控制数。软件中还可进行显示线速度或角速度的转换计算,由八位驱码