基于单片机的直流电机PWM控制系统改进

摘  要：为解决直流电机控制功率小、调速频繁等问题，对其晶体管组成的H桥驱动电路予以改进。系统基于AT89S51单片机为核心，硬件采用直流继电器结构，软件编程实现不同占空比的PWM脉冲输出。经Keil C51、Proteus仿真及虚拟仪器的数据波形监测，并通过实际调试与运行，表明可实现控制功能，并且具有功率大、成本低、工作可靠、控制电压范围广、没有发热现象等特点。

关键词：单片机;PWM;H桥驱动;软件仿真

中图分类号：TP368.1      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）01-0048-04

Improvement of DC Motor PWM Control System Based on Single chip  Microcomputer

GAO Zhiwei

（College of Intelligent Manufacturing，Henan Technician College，Zhengzhou  450007，China）

Abstract：In order to solve the problems of low control power and frequent speed regulation of DC motor，the H-bridge driving circuit composed of transistors is improved. The system is based on the AT89S51 single chip microcomputer as the core，the hardware adopts a DC relay structure，and the software programming realizes the PWM pulse output with different duty cycles. The data waveform monitoring of Keil C51，Proteus simulation and virtual instrument，and the actual debugging and operation show that the control function can be realized，and it has the characteristics of high power，low cost，reliable operation，wide control voltage range，and no heating phenomenon.

Keywords：single chip microcomputer;PWM;H-bridge driving;software simulation

0  引  言

作者針对全国职业院校技能竞赛机电一体化项目中机械手的定位系统，特别是直流电机的驱动和运行控制部分。选择对原有的晶体管H桥电路进行改进，使用双直流继电器交替工作实现转向控制。为简化硬件电路实现灵活控制和完善，采用C语言编程对转速精确控制。同时，由于直流电机具有起动和调速性能好、调速范围广平滑、过载能力较强、受电磁干扰影响小等特点，改进的控制系统也可在电动车、地铁、精密装备等行业广泛应用。

根据直流电动机的电压平衡方程式，即U=E+IaRa、E=CeΦn，其中，U为外加于转子线圈的直流电源电压，Ra为转子绕组总的等效电阻，E为转子转动时转子线圈产生的总的感应电动势，Ia为流过电枢绕组的总电流，Ce为电动势常数，Φ为绕组每极的磁通量。

可知转速公式为：

n=（U-IaRa）/CeΦ

从式中可以看出，改变转速，可调节电枢电压，且属恒转矩调速方法，动态响应快。改变转向，要从自动调换电枢电压的极性入手。系统的改进需要明确控制思路、完善硬件设计步骤、优化程序执行流程、精确分析运行结果，从以下方面着手。……