怎样去设计一种基于单片机的直流电机PWM调速系统？

直流电机PWM调速系统是由哪些部分组成的？
直流电机PWM调速系统具体有哪些功能？
直流电机PWM调速系统的硬件部分是怎样去设计的？
直流电机PWM调速系统的软件部分是怎样去设计的？

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张玉珍

2021-7-13 11:40:32

具体实现功能
系统由STC89C52单片机、LCD1602液晶显示屏、霍尔测速传感器、3V直流电机、按键模块构成。
具体功能：
1、采用霍尔传感器非接触式测电机转速；
2、LCD1602液晶显示当前的转速（单位为转/分（RPM））和当前的PWM占空比0~100%；
3、电机转速可以通过按键调整，也可以开始暂停，正转和反转；
4、按键可实现加速、减速、正转、反转、开始/暂停等功能。
使用说明：
液晶屏第一行显示电机转速，第二行显示占空比，占空比数值越大，电机转速越快。
系统一共有6个按键，单片机附近的独立按键是系统的复位按键，按下单片机会复位。
下面一排是控制按键：
1键：加速键，可以短按，占空比加1，也可长按，占空比连续加；
2键：减速键，可以短按，占空比减1，也可长按，占空比连续减；
3键：正转切换键，按下后电机正转；
4键：反转切换键，按下后电机反转；
5键：开始暂停键，按一下开始，再按一下暂停。
设计背景
在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、两相低电压交流电机
直流电机的特点是启动转矩大，最大转矩大，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器可以应用在造纸印刷、纺织印染、光缆设备、电工技术设备、食品加工机械、橡胶加工机械、生物制药设备、威廉希尔官方网站板设备、实验器材、特种加工、轻工业、输送设备车辆工程、医疗设备、通讯设备、雷达设备等行业中。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。
硬件设计
本系统采用STC89C51控制输出数据，由单片机IO口产生PWM信号，送到直流电机，直流电机通过测速威廉希尔官方网站将实时转速送回单片机，进行转速显示，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。

软件设计
调速采用PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。PWM的定义：脉宽调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟威廉希尔官方网站进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。
原理图
本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。