利用PWM 脈沖信號的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓的大小。通過(guò)調節占空比，可以實(shí)現調節輸出電壓的目的，而且輸出電壓可以實(shí)現無(wú)級連續調節。本文以AT89S51單片機為核心，提出了基于直流電機調速與測速系統的設計方案，然后給出了系統的主電路結構，以及驅動(dòng)電路設計和系統軟件設計。本方案充分利用了單片機的優(yōu)點(diǎn)，具有頻率高、響應快的特點(diǎn)。直流電機是工業(yè)生產(chǎn)中常用的驅動(dòng)設備，具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能。早期直流電動(dòng)機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線(xiàn)性集成電路以及少量的數字電路組成?？刂葡到y的硬件部分復雜、功能單一，調試困難。

調速和測速系統的主體電路設計

整個(gè)系統由輸入電路、PWM 調制、測速電路、驅動(dòng)電路、控制部分及顯示等部分組成，PWM 調制選用AT89S51單片機通過(guò)軟件實(shí)現頻率和占空比的調節。驅動(dòng)電路用光耦隔離保護電路，控制部分由單片機和外圍電路組成，實(shí)現各種控制要求，外圍電路主要完成對輸入信號的采集、操作、對速度進(jìn)行控制，顯示部分采用四位共陽(yáng)數碼管。

硬件方面以STC89C51單片機為核心，與復位電路、晶振電路、驅動(dòng)電路，測速電路，鍵盤(pán)和LED 顯示模塊構成最小系統。軟件上通過(guò)用C51語(yǔ)言編程產(chǎn)生PWM 脈沖信號的輸出、鍵盤(pán)、LED 顯示器的數據傳輸。通過(guò)鍵盤(pán)調節速度檔位給定值，實(shí)現按給定值跟蹤，在LED 顯示器上顯示，最后再由單片機輸出PWM 脈沖信號，通過(guò)測速電路把轉速反饋給CPU 并且通過(guò)CPU 把轉速顯示在LED 顯示器上，從而達到想要設定的轉速。
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直流電機驅動(dòng)電路設計

從單片機直接輸出的控制信號無(wú)法直接驅動(dòng)12V 直流電機，目前大多采用H 橋式驅動(dòng)，為便于制作，驅動(dòng)模塊采用光電耦合器對控制電路和主電路進(jìn)行隔離，達到保護作用。U3輸出PWM 控制信號通過(guò)三極管反相驅動(dòng)電機，實(shí)現電機的調速。驅動(dòng)電路圖如圖2所示。

測速電路設計

測速模塊由U 型光電開(kāi)關(guān)、轉盤(pán)及外圍電路組成，電機轉動(dòng)時(shí)帶動(dòng)轉盤(pán)轉動(dòng)，轉盤(pán)上附有八個(gè)小孔，當轉盤(pán)轉動(dòng)一周產(chǎn)生八個(gè)脈沖信號，由此可以把電機轉動(dòng)的物理量轉換成變化的脈沖信號，經(jīng)Q5開(kāi)關(guān)驅動(dòng)輸送到單片機外部中斷P3.3進(jìn)行計數，實(shí)現對電機速度的監測。測速電路如圖3所示。

設計中應用了比較常見(jiàn)的光電測速方法來(lái)實(shí)現，其具體做法是將電機軸上固定一圓盤(pán)，在測速模塊中U 型光耦。通過(guò)轉盤(pán)上八個(gè)圓孔，產(chǎn)生脈沖信號。電動(dòng)機轉到孔處時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導通，反之三極管截止。U 型光電開(kāi)關(guān)與轉盤(pán)的安裝如圖5所示：把轉盤(pán)固定在電動(dòng)機的轉軸上，安裝U 型光耦，把光耦插入轉盤(pán)上，用螺絲固定，轉盤(pán)邊要安裝在U 型光電開(kāi)關(guān)的槽中間。

基于單片機控制直流電機的測速與調速系統設計方案是將輸入的信號通過(guò)單片機轉換后輸出控制信號通過(guò)驅動(dòng)電路調節直流電動(dòng)機的轉速，并且能實(shí)時(shí)監控直流電動(dòng)機的速度。由于采用的是PWM 控制技術(shù)可以達到高精度的速度控制。測速采用光電開(kāi)關(guān)，輕松實(shí)現速度的檢測，為此，方案中所設計的直流電機的測速與調速系統具有速度輸入、檢測、顯示、脈寬調制、電機驅動(dòng)等主要電路，便于對電機速度進(jìn)行控制與顯示。

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