專利名稱：單片機控制直流電機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子技術領域，具體涉及ー種控制直流電機的啟停、速度和方向的電路。
背景技術：
現(xiàn)在我們使用的直流電機，一般采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)整電動的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實 現(xiàn)很困難。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是克服當前技術的不足，提供用單片機控制直流電機。為了解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案一種帶單片機控制直流電機，包括LED顯示電路，其特征在干，包括微控制器，及與所述微控制器相連的輸入模塊電路，PWM電動機驅(qū)動電路，LED顯示電路。作為可選方案，所述PWM電動機驅(qū)動電路包括大功率晶體管Tl，大功率晶體管T2，大功率晶體管T3，大功率晶體管T4，大功率晶體管T5，大功率晶體管T6，大功率晶體管17，大功率晶體管T8，大功率晶體管T9，大功率晶體管T10，ニ極管Dl，ニ極管D2，ニ極管D3，ニ極管D4，電感LI，電感L2，電感L3，電感L4，電阻Rl，電阻R2，電阻R3，電阻R4，電阻R5，電阻R6，電阻R7，電阻R8，光耦集成塊NI，光耦集成塊N2，電動機M，電容C ;所述大功率晶體管T2，大功率晶體管T5，大功率晶體管17，大功率晶體管T8組成H型橋式電路；所述電感LI 一端與所述大功率管T2發(fā)射極相連,一端與電動機相連；所述電感L3 —端與電動機相連,一端與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述電感L2 —端與大功率晶體管T7發(fā)射極相連，一端與電動機相連；所述電感L4 一端與大功率晶體管T8發(fā)射極相連,一端與電動機相連；所述ニ極管Dl正極與大功率晶體管T2的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管T2的集電極相連；所述ニ極管D3正極與大功率晶體管T7的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管的集電極相連；所述ニ極管D2正極接地，負極與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述ニ極管D4正極與大功率晶體管T8的發(fā)射極相連，正極接地；所述電阻R4 —端與大功率晶體管T2集電極相連，一端與大功率晶體管T4基極相連；所述電阻R3 —端與大功率晶體管T3基極相連，一端與大功率晶體管T2基極相連；所述電阻R7 —端與大功率晶體管T7集電極相連，一端與大功率晶體管T9基極相連；所述電阻R8 —端與大功率晶體管T7基極相連，一端與大功率晶體管TlO基極相連；所述電容C連在電動機兩端；所述光耦集成塊NI發(fā)射極與大功率晶體管T2基極相連，陽極與大功率晶體管Tl集電極相連，陰極與電阻R2相連；所述大功率晶體管Tl發(fā)射極與電源相連，基極與電阻Rl相連；所述電阻R2—端接地，一端與光耦集成塊NI的陰極相連；所述電阻Rl與大功率晶體管Tl基極相連，一端與單片機NI相連；所述光耦集成塊N2的陽極與電阻R7相連，其陰極與電阻R8相連，其集電極與大功率晶體管T6的集電極相連，發(fā)射極與電阻R6相連；所述大功率晶體管T6發(fā)射極與電源相連，基極與電阻R5相連；所述電阻R6 —端接地，一端與光耦集成塊N2的發(fā)射極相連；所述電阻R5 —端與大功率晶體管T6的基極相連，一端與單片機N2相連。作為可選方案，所述微控制器包括AT89C51單片機。作為可選方案，所述輸入模塊電路包括4*4矩陣鍵盤；所述4*4矩陣鍵盤作為輸入與微控制器相連。作為可選方案，所述電阻R3，電阻R8的電阻值均為IOkQ，所述電阻R4，R7的電阻值均為56k Q。作為可選方案，PWM調(diào)速工作方式采用單極型工作制。作為可選方案，PWM調(diào)脈寬方式采用定頻調(diào)寬方式。 作為可選方案，電動機驅(qū)動信號采用周期矩形信號控制。作為可選方案，電動機驅(qū)動信號采用15Hz-30Hz的脈沖頻率。本實用新型克服了傳統(tǒng)直流電機的缺點，PWM電動機驅(qū)動電路和以單片機為核心的設計使得電動機轉(zhuǎn)速能夠得到精確地調(diào)整，而且對于電動機轉(zhuǎn)速和方向的控制簡單，穩(wěn)定性也極佳。

圖I為本實用新型硬件部分詳細框圖；圖2為本實用新型PWM驅(qū)動機模塊的電路圖；圖3為本實用新型軟件設計的系統(tǒng)主函數(shù)流程圖；圖4為本實用新型軟件設計的PWM脈寬控制程序流程圖；圖5為本實用新型軟件設計的鍵盤中斷處理子程序流程圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進ー步說明圖I中單片機分別與輸入模塊電路、PWM電動機驅(qū)動電路，LED顯示電路相連。通過輸入模塊的鍵盤向單片機輸入相應的控制命令，由單片機通過P2. 0與P2. I與轉(zhuǎn)速相應的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、光耦傳遞，驅(qū)動H型橋式電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過LED顯示出來。電動機此時所處的速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時數(shù)字向右移動，反轉(zhuǎn)時數(shù)字向左移動。移動速度分7檔，
快慢與電動機所處速度級快慢--對應。姆次電動機啟動后開始計時，停止時LED顯示出
本次運轉(zhuǎn)所用時間，時間精確到0. Is。如圖2所示,所述PWM電動機驅(qū)動電路包括大功率晶體管Tl,大功率晶體管T2,大功率晶體管T3，大功率晶體管T4，大功率晶體管T5，大功率晶體管T6，大功率晶體管17，大功率晶體管T8，大功率晶體管T9，大功率晶體管T10，ニ極管Dl，ニ極管D2，ニ極管D3，ニ極管D4，電感LI，電感L2，電感L3，電感L4，電阻Rl，電阻R2，電阻R3，電阻R4，電阻R5，電阻R6，電阻R7，電阻R8，光耦集成塊NI，光耦集成塊N2，電動機M，電容C ;所述大功率晶體管T2，大功率晶體管T5，大功率晶體管17，大功率晶體管T8組成H型橋式電路；所述電感LI 一端與所述大功率管T2發(fā)射極相連,一端與電動機相連；所述電感L3 —端與電動機相連,一端與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述電感L2 —端與大功率晶體管17發(fā)射極相連，一端與電動機相連；所述電感L4 一端與大功率晶體管T8發(fā)射極相連,一端與電動機相連；所述ニ極管Dl正極與大功率晶體管T2的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管T2的集電極相連；所述ニ極管D3正極與大功率晶體管T7的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管的集電極相連；所述ニ極管D2正極接地，負極與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述ニ極管D4正極與大功率晶體管T8的發(fā)射極相連，正極接地；所述電阻R4 —端與大功率晶體管T2集電極相連，一端與大功率晶體管T4基極相連；所述電阻R3 —端與大功率晶體管T3基極相連，一端與大功率晶體管T2基極相連；所述電阻R7 —端與大功率晶體管T7集電極相連，一端與大功率晶體管T9基極相連；所述電阻R8 —端與大功率晶體管T7基極相連，一端與大功率晶體管TlO基極相連；所述電容C連在電動機兩端；所述光耦集成塊NI發(fā)射極與大功率晶體管T2基極相連，陽極與大功率晶體管Tl集電極相連，陰極與電阻R2相連；所述大功率晶體管Tl發(fā)射極與電源相連，基極與電阻Rl相連；所述電阻R2—端接地，一端與光耦集成塊NI的陰極相連；所述電阻Rl與大功率晶體管Tl基極相連，一端與單片機NI相連；所述光耦集成塊N2的陽極與電阻R7相連，其陰極與電阻R8相連，其集電極與大功率晶體管T6的集電極相 連，發(fā)射極與電阻R6相連；所述大功率晶體管T6發(fā)射極與電源相連，基極與電阻R5相連；所述電阻R6 —端接地，一端與光耦集成塊N2的發(fā)射極相連；所述電阻R5 —端與大功率晶體管T6的基極相連，一端與單片機N2相連。在電動機驅(qū)動信號方面，采用占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在40Hz以上，電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在IOHz以下，電動機轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。實驗證明，脈沖頻率在15Hz-30Hz時效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過NI輸入信號，N2輸入低電平與NI輸入低電平，N2輸入信號分別實現(xiàn)電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。通過對信號占空比的調(diào)整來對車速進行調(diào)節(jié)。速度分7檔控制，從高電平(第6檔)到低電平(第0檔)中間占空比以20%逐極遞減。速度微調(diào)方面，可以通過對占空比以1%的跨度逐增或逐減分別實現(xiàn)對速度的逐加或逐減。具體電路實現(xiàn)步驟如下如圖I所示，用單片機控制直流電機，通過4*4鍵盤輸入對電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的命令，通過輸入電路轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的信號并輸入單片機。接收到信號的單片機，其控制端ロー端制低電平并經(jīng)信號放大、光稱傳遞，驅(qū)動H橋式電動機控制電路,實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制；另一端輸出PWM信號(即由單片機通過P2.0與P2. I其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應的PWM脈沖)，用兩ロ的輸出切換和對PWM的占空比來調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。此時電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過LED顯示出來,在LED顯示電路上顯示電動機所處速度級，若電動機正轉(zhuǎn)數(shù)字向右移動，反之向左移動。在電動機停止運轉(zhuǎn)時LED顯示出本次運轉(zhuǎn)所用時間。本系統(tǒng)編程部分工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設計方法，與各子程序做為實現(xiàn)各部分功能和過程的入ロ，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、PWM脈寬控制和LED顯示等部分的設計。單片機資源分配如下表PO I 顯示模塊接o|_ 外部中,
Pl鍵盤模塊接ロ 13鍵盤中斷(P3.2)
P2.0/P2.1 PWM電機馬I 內(nèi)部定聽系統(tǒng)時鐘 動接ロ器0系統(tǒng)主函數(shù)流程如說明書附圖3。①PWM脈寬控制本設計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進行控制，延時程序函數(shù)如下void delay(unsigned char dlyevel){ inti = 50*dlylevel;while (—i) ;}此函數(shù)為帶參數(shù)DLYLEVEL，約產(chǎn)生DLYLEVEL*400us的延時，因此ー個脈沖周期可以由高電平持續(xù)時間系數(shù)hit和低電平持續(xù)時間系數(shù)Ilt組成，本設計中采用的脈沖頻率為25Hz，可得hlt+llt=100，占空比為hlV(hlt+llt)，因此要實現(xiàn)定頻調(diào)寬的調(diào)速方式，只需通過程序改變?nèi)肿兞縣it，lit的值，該子程序流程圖如說明書附圖4②鍵盤中斷處理子程序采用中斷方式，按下鍵，單片機P3. 2腳產(chǎn)生ー負跳沿，響應該中斷處理程序，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。調(diào)速檔、持續(xù)加/減速調(diào)速檔通過(0-6)共七檔固定占空比，即相應檔位相應改變hit，lit的值，以實現(xiàn)調(diào)速檔位的實現(xiàn)。而要實現(xiàn)按住加/減速鍵不放時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時，每進行一次增加/減少1%占空比(即hit++/-； Ilt-/++)，其程序流程圖如附圖5。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復掃描，提高了程序的效率。③顯示子程序利用數(shù)組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個LED管要顯示的值。顯示子程序為ー帶參子程序，參數(shù)為顯示緩存的數(shù)組名，通過for (i=0; i<8; i++)方式對姆位加上位選碼,送到PO ロ并進行一兩毫秒延時。該顯示子程序只對各個LED管分別點亮一次，因此在運行過程中，每秒執(zhí)行的次數(shù)不應低于每秒24次。④定時中斷處理程序采用定時方式I,因為單片機使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65. 5ms的延時。對定時器置初值3CB0H可定時50ms，即系統(tǒng)時鐘精度可達0.05s。當50ms定時時間到，定時器溢出則響應該定時中斷處理程序，完成對定時器的再次賦值，并對全局變量time加I,這樣,通過變量time可計算出系統(tǒng)的運行時間。對于ー個數(shù)的顯示，先應轉(zhuǎn)成B⑶碼，即取出每ー個位，分別送入顯示緩存區(qū)，對于轉(zhuǎn)BCD的算法，應對ー個數(shù)循環(huán)除10取模，直至為0，程序如下do {dispbuff [bcd_p] =bechange%10; //dispbuff 為顯不緩沖區(qū)數(shù)組bcd_p++;} while (bechange/=10) //disp_p 為數(shù)組指針以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以作出若干改進和潤濕，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范 圍內(nèi)。
權利要求1.用單片機控制直流電機，其特征在于，包括微控制器，及與所述微控制器相連的輸入模塊電路，PWM電動機驅(qū)動電路，LED顯示電路。
2.根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，所述微控制器包括AT89C51單片機。
3.根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，所述輸入模塊電路包括4*4矩陣鍵盤；所述4*4矩陣鍵盤作為輸入與微控制器相連。
4.根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，所述PWM電動機驅(qū)動電路包括大功率晶體管Tl，大功率晶體管T2，大功率晶體管T3，大功率晶體管T4，大功率晶體管T5，大功率晶體管T6，大功率晶體管17，大功率晶體管T8，大功率晶體管T9，大功率晶體管T10，二極管D1，二極管D2，二極管D3，二極管D4，電感LI，電感L2，電感L3，電感L4，電阻R1，電阻R2，電阻R3，電阻R4，電阻R5，電阻R6，電阻R7，電阻R8，光耦集成塊NI，光耦集成塊N2，電動機M，電容C ;所述大功率晶體管T2，大功率晶體管T5，大功率晶體管17，大功率晶體管T8組成H型橋式電路；所述電感LI 一端與所述大功率管T2發(fā)射極相連，一端與電動機相連；所述電感L3 —端與電動機相連,一端與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述電感L2 —端與大功率晶體管T7發(fā)射極相連，一端與電動機相連；所述電感L4 一端與大功率晶體管T8發(fā)射極相連，一端與電動機相連；所述二極管Dl正極與大功率晶體管T2的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管T2的集電極相連；所述二極管D3正極與大功率晶體管T7的發(fā)射極相連，負極與大功率晶體管的集電極相連；所述二極管D2正極接地，負極與大功率晶體管T5發(fā)射極相連；所述二極管D4正極與大功率晶體管T8的發(fā)射極相連，正極接地；所述電阻R4 —端與大功率晶體管T2集電極相連，一端與大功率晶體管T4基極相連；所述電阻R3 —端與大功率晶體管T3基極相連，一端與大功率晶體管T2基極相連；所述電阻R7一端與大功率晶體管T7集電極相連，一端與大功率晶體管T9基極相連；所述電阻R8 —端與大功率晶體管T7基極相連，一端與大功率晶體管TlO基極相連；所述電容C連在電動機兩端；所述光耦集成塊NI發(fā)射極與大功率晶體管T2基極相連，陽極與大功率晶體管Tl集電極相連，陰極與電阻R2相連；所述大功率晶體管Tl發(fā)射極與電源相連，基極與電阻Rl相連；所述電阻R2 —端接地，一端與光耦集成塊NI的陰極相連；所述電阻Rl與大功率晶體管Tl基極相連，一端與單片機NI相連；所述光耦集成塊N2的陽極與電阻R7相連，其陰極與電阻R8相連，其集電極與大功率晶體管T6的集電極相連，發(fā)射極與電阻R6相連；所述大功率晶體管T6發(fā)射極與電源相連，基極與電阻R5相連；所述電阻R6 —端接地，一端與光耦集成塊N2的發(fā)射極相連；所述電阻R5 —端與大功率晶體管T6的基極相連，一端與單片機N2相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，所述電阻R3，電阻R8的電阻值均為IOkQ，所述電阻R4，R7的電阻值均為56k Q。
6.根據(jù)根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，PWM調(diào)速工作方式采用單極型工作制。
7.根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，PWM調(diào)脈寬方式采用定頻調(diào)寬方式。
8.根據(jù)權利要求I所述的用單片機控制直流電機，其特征在于，電動機驅(qū)動信號采用周期矩形信號控制。
專利摘要本實用新型公開了用單片機控制直流電機，包括LED顯示電路，AT89C51單片機，輸入模塊電路，PWM電動機驅(qū)動電路，輸入模塊電路包括4*4鍵盤；PWM電動機驅(qū)動電路采用由達林頓管組成的H型PWM電路，利用PWM電動機驅(qū)動電路用單片機控制達林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。
文檔編號H02P7/29GK202586851SQ20122021514
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權日2012年5月14日
發(fā)明者徐志望 申請人:上虞市歐本電子有限公司