代码收藏家 基于PWM控制直流电机速度控制系统设计
**单片机设计介绍，基于PWM控制直流电机速度控制系统设计
文章目录
一 概要 二、功能设计 设计思路 三、 软件设计 原理图 五、 程序 六、 文章目录
一 概要
基于PWM（脉宽调制）控制直流电机速度控制系统的设计概要，主要包括以下几个方面：
一、系统概述
PWM控制直流电机速度控制系统是一种利用PWM信号控制直流电机转速的技术。通过改变PWM信号的占空比（即脉冲宽度与周期的比值），可以调节电机两端的平均电压，进而实现对电机转速的精确控制。该系统具有调速范围广、响应速度快、控制精度高等优点。
二、硬件设计
电机选择：
根据实际应用需求，选择适合的直流电机，并确定其额定电压和额定转速。
控制器选择：
选用具有PWM信号输出功能的微控制器或单片机作为核心控制单元，如常用的AT89C51、STC89C52等。这些单片机能够生成PWM信号并控制电机的运行状态。
电源设计：
根据电机的电压和电流要求，设计适当的电源电路，为电机提供稳定的工作电压。
驱动电路设计：
选择合适的驱动电路，将PWM信号转换成电机所需的电流和电压。常用的驱动电路有H桥驱动电路和MOSFET驱动电路。这些电路能够有效地控制电机的正反转和转速。
其他硬件组件（可选）：
根据需要，可以添加传感器（如速度传感器、位置传感器等）以获取电机的实时运行状态。同时，可以加入显示模块（如LCD液晶显示屏）以直观地显示电机的转速和转向等信息。
三、软件设计
编程语言选择：
通常选择C语言作为编程语言，因为C语言在单片机设计中具有编译与运行方便、调试方便、可移植性高以及可读性好等优点。
程序设计：
初始化程序：编写单片机的初始化程序，设置相关参数和端口，为后续的PWM信号生成和电机控制做好准备。
PWM信号生成：根据控制需求，编写PWM信号生成程序。通过改变PWM信号的占空比，实现对直流电机速度的精确控制。占空比增加时，电机得到的平均电压增加，转速增加；占空比减小时，电机转速降低。
电机控制程序：编写电机的启动、停止、正反转等控制程序。通过改变PWM信号的极性，实现电机的正转和反转操作。
中断服务程序：编写定时器中断服务程序，用于定期更新PWM信号的占空比，以实现电机的调速功能。
调试与测试：
在软件编写过程中，通过逐步调试和测试程序，确保各个功能模块的正常运行。同时，对系统进行功能测试、性能测试和稳定性测试，以验证系统的可靠性和稳定性。
四、系统整合与调试
搭建电路原型：根据硬件电路设计，搭建电路原型，并进行电路调试和测试，确保各电路模块正常工作。
软件烧录：将编写好的软件程序烧录到单片机中，并与硬件电路进行连接，实现整个系统的整合。
系统测试：对整合后的系统进行全面的测试，包括电机的启动、停止、正反转以及调速功能等。根据测试结果，对系统进行必要的调整和优化。
五、结论
基于PWM控制直流电机速度控制系统的设计涉及硬件电路设计、软件编程以及系统整合与调试等多个方面。通过合理的硬件选型和软件设计，可以实现对直流电机转速的精确控制，满足各种实际应用需求。同时，该系统具有结构简单、成本低廉、控制精度高等优点，具有广泛的应用前景。
二、功能设计
基于PWM控制直流电机速度控制系统设计，数码管显示电机速度，由桥式驱动直流电机。
长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域, 高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT 等)的发展, 以及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用, 直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电机的使用需求, 各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路, 构成基于微处理器控制的直流电机伺服系统。但是,专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率有限, 不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H 桥, 实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求, 并具有快速、精确、高效、低功耗等特点, 可直接与微处理器接口, 可应用PWM技术实现直流电机调速控制。
设计思路
设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；
调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；
比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；
软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。
三、 软件设计
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。
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仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。
Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
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原理图
五、 程序
本设计利用KEIL5软件实现程序设计，具体如图。作为本科期间学习的第一门编程语言，C语言是我们最熟悉的编程语言之一。当然，由于其功能强大，C语言是当前世界上使用最广泛、最受欢迎的编程语言。在单片机设计中，C语言已经逐步完全取代汇编语言，因为相比于汇编语言，C语言编译与运行、调试十分方便，且可移植性高，可读性好，便于烧录与写入硬件系统，因此C语言被广泛应用在单片机设计中。keil软件由于其兼容单片机的设计，能够实现快速调试，并生成烧录文件，被广泛应用于C语言的编写和单片机的设计。
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六、 文章目录
目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25
作者：创新电子设计
