专利名称：单片机控制直流电机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子技术领域，具体涉及ー种控制直流电机的启停、速度和方向的电路。
背景技术：
现在我们使用的直流电机，一般采用电阻网络或数字电位器调整电动的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实 现很困难。 发明内容本实用新型的目的就是克服当前技术的不足，提供用单片机控制直流电机。为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案一种带单片机控制直流电机，包括LED显示电路，其特征在干，包括微控制器，及与所述微控制器相连的输入模块电路，PWM电动机驱动电路，LED显示电路。作为可选方案，所述PWM电动机驱动电路包括大功率晶体管Tl，大功率晶体管T2，大功率晶体管T3，大功率晶体管T4，大功率晶体管T5，大功率晶体管T6，大功率晶体管17，大功率晶体管T8，大功率晶体管T9，大功率晶体管T10，ニ极管Dl，ニ极管D2，ニ极管D3，ニ极管D4，电感LI，电感L2，电感L3，电感L4，电阻Rl，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，光耦集成块NI，光耦集成块N2，电动机M，电容C ;所述大功率晶体管T2，大功率晶体管T5，大功率晶体管17，大功率晶体管T8组成H型桥式电路；所述电感LI 一端与所述大功率管T2发射极相连,一端与电动机相连；所述电感L3 —端与电动机相连,一端与大功率晶体管T5发射极相连；所述电感L2 —端与大功率晶体管T7发射极相连，一端与电动机相连；所述电感L4 一端与大功率晶体管T8发射极相连,一端与电动机相连；所述ニ极管Dl正极与大功率晶体管T2的发射极相连，负极与大功率晶体管T2的集电极相连；所述ニ极管D3正极与大功率晶体管T7的发射极相连，负极与大功率晶体管的集电极相连；所述ニ极管D2正极接地，负极与大功率晶体管T5发射极相连；所述ニ极管D4正极与大功率晶体管T8的发射极相连，正极接地；所述电阻R4 —端与大功率晶体管T2集电极相连，一端与大功率晶体管T4基极相连；所述电阻R3 —端与大功率晶体管T3基极相连，一端与大功率晶体管T2基极相连；所述电阻R7 —端与大功率晶体管T7集电极相连，一端与大功率晶体管T9基极相连；所述电阻R8 —端与大功率晶体管T7基极相连，一端与大功率晶体管TlO基极相连；所述电容C连在电动机两端；所述光耦集成块NI发射极与大功率晶体管T2基极相连，阳极与大功率晶体管Tl集电极相连，阴极与电阻R2相连；所述大功率晶体管Tl发射极与电源相连，基极与电阻Rl相连；所述电阻R2—端接地，一端与光耦集成块NI的阴极相连；所述电阻Rl与大功率晶体管Tl基极相连，一端与单片机NI相连；所述光耦集成块N2的阳极与电阻R7相连，其阴极与电阻R8相连，其集电极与大功率晶体管T6的集电极相连，发射极与电阻R6相连；所述大功率晶体管T6发射极与电源相连，基极与电阻R5相连；所述电阻R6 —端接地，一端与光耦集成块N2的发射极相连；所述电阻R5 —端与大功率晶体管T6的基极相连，一端与单片机N2相连。作为可选方案，所述微控制器包括AT89C51单片机。作为可选方案，所述输入模块电路包括4*4矩阵键盘；所述4*4矩阵键盘作为输入与微控制器相连。作为可选方案，所述电阻R3，电阻R8的电阻值均为IOkQ，所述电阻R4，R7的电阻值均为56k Q。作为可选方案，PWM调速工作方式采用单极型工作制。作为可选方案，PWM调脉宽方式采用定频调宽方式。 作为可选方案，电动机驱动信号采用周期矩形信号控制。作为可选方案，电动机驱动信号采用15Hz-30Hz的脉冲频率。本实用新型克服了传统直流电机的缺点，PWM电动机驱动电路和以单片机为核心的设计使得电动机转速能够得到精确地调整，而且对于电动机转速和方向的控制简单，稳定性也极佳。
图I为本实用新型硬件部分详细框图；图2为本实用新型PWM驱动机模块的电路图；图3为本实用新型软件设计的系统主函数流程图；图4为本实用新型软件设计的PWM脉宽控制程序流程图；图5为本实用新型软件设计的键盘中断处理子程序流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进ー步说明图I中单片机分别与输入模块电路、PWM电动机驱动电路，LED显示电路相连。通过输入模块的键盘向单片机输入相应的控制命令，由单片机通过P2. 0与P2. I与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机此时所处的速度级以速度档级数显示。正转时数字向右移动，反转时数字向左移动。移动速度分7档，
快慢与电动机所处速度级快慢--对应。姆次电动机启动后开始计时，停止时LED显示出
本次运转所用时间，时间精确到0. Is。如图2所示,所述PWM电动机驱动电路包括大功率晶体管Tl,大功率晶体管T2,大功率晶体管T3，大功率晶体管T4，大功率晶体管T5，大功率晶体管T6，大功率晶体管17，大功率晶体管T8，大功率晶体管T9，大功率晶体管T10，ニ极管Dl，ニ极管D2，ニ极管D3，ニ极管D4，电感LI，电感L2，电感L3，电感L4，电阻Rl，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，光耦集成块NI，光耦集成块N2，电动机M，电容C ;所述大功率晶体管T2，大功率晶体管T5，大功率晶体管17，大功率晶体管T8组成H型桥式电路；所述电感LI 一端与所述大功率管T2发射极相连,一端与电动机相连；所述电感L3 —端与电动机相连,一端与大功率晶体管T5发射极相连；所述电感L2 —端与大功率晶体管17发射极相连，一端与电动机相连；所述电感L4 一端与大功率晶体管T8发射极相连,一端与电动机相连；所述ニ极管Dl正极与大功率晶体管T2的发射极相连，负极与大功率晶体管T2的集电极相连；所述ニ极管D3正极与大功率晶体管T7的发射极相连，负极与大功率晶体管的集电极相连；所述ニ极管D2正极接地，负极与大功率晶体管T5发射极相连；所述ニ极管D4正极与大功率晶体管T8的发射极相连，正极接地；所述电阻R4 —端与大功率晶体管T2集电极相连，一端与大功率晶体管T4基极相连；所述电阻R3 —端与大功率晶体管T3基极相连，一端与大功率晶体管T2基极相连；所述电阻R7 —端与大功率晶体管T7集电极相连，一端与大功率晶体管T9基极相连；所述电阻R8 —端与大功率晶体管T7基极相连，一端与大功率晶体管TlO基极相连；所述电容C连在电动机两端；所述光耦集成块NI发射极与大功率晶体管T2基极相连，阳极与大功率晶体管Tl集电极相连，阴极与电阻R2相连；所述大功率晶体管Tl发射极与电源相连，基极与电阻Rl相连；所述电阻R2—端接地，一端与光耦集成块NI的阴极相连；所述电阻Rl与大功率晶体管Tl基极相连，一端与单片机NI相连；所述光耦集成块N2的阳极与电阻R7相连，其阴极与电阻R8相连，其集电极与大功率晶体管T6的集电极相 连，发射极与电阻R6相连；所述大功率晶体管T6发射极与电源相连，基极与电阻R5相连；所述电阻R6 —端接地，一端与光耦集成块N2的发射极相连；所述电阻R5 —端与大功率晶体管T6的基极相连，一端与单片机N2相连。在电动机驱动信号方面，采用占空比可调的周期矩形信号控制。脉冲频率对电动机转速有影响，脉冲频率高连续性好，但带带负载能力差脉冲频率低则反之。经实验发现，脉冲频率在40Hz以上，电动机转动平稳，但加负载后，速度下降明显，低速时甚至会停转；脉冲频率在IOHz以下，电动机转动有明显跳动现象。实验证明，脉冲频率在15Hz-30Hz时效果最佳。而具体采用的频率可根据个别电动机性能在此范围内调节。通过NI输入信号，N2输入低电平与NI输入低电平，N2输入信号分别实现电动机的正转与反转功能。通过对信号占空比的调整来对车速进行调节。速度分7档控制，从高电平(第6档)到低电平(第0档)中间占空比以20%逐极递減。速度微调方面，可以通过对占空比以1%的跨度逐增或逐减分别实现对速度的逐加或逐减。具体电路实现步骤如下如图I所示，用单片机控制直流电机，通过4*4键盘输入对电动机转速和转向的命令，通过输入电路转换成单片机可以识别的信号并输入单片机。接收到信号的单片机，其控制端ロー端制低电平并经信号放大、光稱传递，驱动H桥式电动机控制电路,实现电动机转向与转速的控制；另一端输出PWM信号(即由单片机通过P2.0与P2. I其中一口输出与转速相应的PWM脉冲)，用两ロ的输出切换和对PWM的占空比来调节决定电动机的转向和转速。此时电动机的运转状态通过LED显示出来,在LED显示电路上显示电动机所处速度级，若电动机正转数字向右移动，反之向左移动。在电动机停止运转时LED显示出本次运转所用时间。本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入ロ，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和LED显示等部分的设计。单片机资源分配如下表PO I 显示模块接o|_ 外部中,
Pl键盘模块接ロ 13键盘中断(P3.2)
P2.0/P2.1 PWM电机马I 内部定听系统时钟 动接ロ器0系统主函数流程如说明书附图3。①PWM脉宽控制本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制，延时程序函数如下void delay(unsigned char dlyevel){ inti = 50*dlylevel;while (—i) ;}此函数为带參数DLYLEVEL，约产生DLYLEVEL*400us的延时，因此ー个脉冲周期可以由高电平持续时间系数hit和低电平持续时间系数Ilt组成，本设计中采用的脉冲频率为25Hz，可得hlt+llt=100，占空比为hlV(hlt+llt)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量hit，lit的值，该子程序流程图如说明书附图4②键盘中断处理子程序采用中断方式，按下键，单片机P3. 2脚产生ー负跳沿，响应该中断处理程序，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。调速档、持续加/減速调速档通过(0-6)共七档固定占空比，即相应档位相应改变hit，lit的值，以实现调速档位的实现。而要实现按住加/減速键不放时恒加或恒減速直到放开停止，就需在判断是否松开该按键时，每进行一次增加/減少1%占空比(即hit++/-； Ilt-/++)，其程序流程图如附图5。键盘处理上采用中断方式，不必使程序对键盘反复扫描，提高了程序的效率。③显示子程序利用数组方式定义显示缓存区，缓存区有8位，分别存放各个LED管要显示的值。显示子程序为ー带參子程序，參数为显示缓存的数组名，通过for (i=0; i<8; i++)方式对姆位加上位选码,送到PO ロ并进行一两毫秒延时。该显示子程序只对各个LED管分别点亮一次，因此在运行过程中，每秒执行的次数不应低于每秒24次。④定时中断处理程序采用定时方式I,因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为65. 5ms的延时。对定时器置初值3CB0H可定时50ms，即系统时钟精度可达0.05s。当50ms定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值，并对全局变量time加I,这样,通过变量time可计算出系统的运行时间。对于ー个数的显示，先应转成B⑶码，即取出每ー个位，分别送入显示缓存区，对于转BCD的算法，应对ー个数循环除10取模，直至为0，程序如下do {dispbuff [bcd_p] =bechange%10; //dispbuff 为显不缓冲区数组bcd_p++;} while (bechange/=10) //disp_p 为数组指针以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以作出若干改进和润湿，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范 围内。
权利要求1.用单片机控制直流电机，其特征在于，包括微控制器，及与所述微控制器相连的输入模块电路，PWM电动机驱动电路，LED显示电路。
2.根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，所述微控制器包括AT89C51单片机。
3.根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，所述输入模块电路包括4*4矩阵键盘；所述4*4矩阵键盘作为输入与微控制器相连。
4.根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，所述PWM电动机驱动电路包括大功率晶体管Tl，大功率晶体管T2，大功率晶体管T3，大功率晶体管T4，大功率晶体管T5，大功率晶体管T6，大功率晶体管17，大功率晶体管T8，大功率晶体管T9，大功率晶体管T10，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，电感LI，电感L2，电感L3，电感L4，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，光耦集成块NI，光耦集成块N2，电动机M，电容C ;所述大功率晶体管T2，大功率晶体管T5，大功率晶体管17，大功率晶体管T8组成H型桥式电路；所述电感LI 一端与所述大功率管T2发射极相连，一端与电动机相连；所述电感L3 —端与电动机相连,一端与大功率晶体管T5发射极相连；所述电感L2 —端与大功率晶体管T7发射极相连，一端与电动机相连；所述电感L4 一端与大功率晶体管T8发射极相连，一端与电动机相连；所述二极管Dl正极与大功率晶体管T2的发射极相连，负极与大功率晶体管T2的集电极相连；所述二极管D3正极与大功率晶体管T7的发射极相连，负极与大功率晶体管的集电极相连；所述二极管D2正极接地，负极与大功率晶体管T5发射极相连；所述二极管D4正极与大功率晶体管T8的发射极相连，正极接地；所述电阻R4 —端与大功率晶体管T2集电极相连，一端与大功率晶体管T4基极相连；所述电阻R3 —端与大功率晶体管T3基极相连，一端与大功率晶体管T2基极相连；所述电阻R7一端与大功率晶体管T7集电极相连，一端与大功率晶体管T9基极相连；所述电阻R8 —端与大功率晶体管T7基极相连，一端与大功率晶体管TlO基极相连；所述电容C连在电动机两端；所述光耦集成块NI发射极与大功率晶体管T2基极相连，阳极与大功率晶体管Tl集电极相连，阴极与电阻R2相连；所述大功率晶体管Tl发射极与电源相连，基极与电阻Rl相连；所述电阻R2 —端接地，一端与光耦集成块NI的阴极相连；所述电阻Rl与大功率晶体管Tl基极相连，一端与单片机NI相连；所述光耦集成块N2的阳极与电阻R7相连，其阴极与电阻R8相连，其集电极与大功率晶体管T6的集电极相连，发射极与电阻R6相连；所述大功率晶体管T6发射极与电源相连，基极与电阻R5相连；所述电阻R6 —端接地，一端与光耦集成块N2的发射极相连；所述电阻R5 —端与大功率晶体管T6的基极相连，一端与单片机N2相连。
5.根据权利要求4所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，所述电阻R3，电阻R8的电阻值均为IOkQ，所述电阻R4，R7的电阻值均为56k Q。
6.根据根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，PWM调速工作方式采用单极型工作制。
7.根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，PWM调脉宽方式采用定频调宽方式。
8.根据权利要求I所述的用单片机控制直流电机，其特征在于，电动机驱动信号采用周期矩形信号控制。
专利摘要本实用新型公开了用单片机控制直流电机，包括LED显示电路，AT89C51单片机，输入模块电路，PWM电动机驱动电路，输入模块电路包括4*4键盘；PWM电动机驱动电路采用由达林顿管组成的H型PWM电路，利用PWM电动机驱动电路用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
文档编号H02P7/29GK202586851SQ20122021514
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者徐志望 申请人:上虞市欧本电子有限公司