小型直流电动机控制-单片机原理与应用实例

在现代工业生产中，直流电动机的应用极为广泛。直流电动机速度和转向的控制是机电控制领域中的一个典型应用。直流电动机调速特性好，适合点位和速度控制。本节中以小型直流电动机为例介绍其功率驱动电路，单片机接口电路和相关程序设计。本例中将介绍一套完整的单片机控制直流电动机的硬件电路，围绕该硬件电路设计实现对直流电动机调速和转向等控制。

1.电动机

本例中使用的直流电动机型号为RS-380SH，如图11-2所示。电动机基本参数见表11-1。

图11-2 RS-380SH型直流电动机

2.直流电动机的驱动原理

（1）单向驱动 如果电动机是单向驱动，可以使用两级或多级功率管推动。图11-3所示是双管驱动典型电路，VT1为小功率管，VT2为中功率管，这就是所谓的小管推大管应用。现在有集成的达林顿管可以直接用来驱动小型直流电动机，原理都是电流放大。图中VT1常用代换管还有s8550、c9014等。

表11-1 RS-380SH型直流电动机基本参数

（2）双向驱动 H桥式驱动电路是最常用的直流电动机双向驱动电路。一般情况下使用单电源供电，其基本电路如图11-4所示。

当VT1和VT4导通时，电流从a到b，电动机正转；当VT2和VT3导通时，电流从b到a，电动机反转。在功率输出不是很大的情况下，图中VT1和VT2可选用s8550，VT3和VT4可以选用s8050。其中并联在晶体管集电极和发射极的四个二极管为续流二极管，主要作用是消除电动机转动过程中产生的反向电动势。一般情况二极管可选用1N4001或1N4007。

（3）专用芯片L298的使用 目前市面上专用的驱动芯片很多，根据本例中的小电动机而言，其控制逻辑电平为5V，电动机驱动电压为7.2V，据此选择L298芯片，芯片外形如图11-5所示。

图11-3 双管驱动典型电路

图11-4 H桥驱动电路

图11-5 L298芯片

L298芯片集成了两个H桥驱动电路，每个桥最高工作电压为50V，驱动电流为2A左右。其引脚定义如图11-6，应用电路在下面的电路设计部分会有所介绍。

3.单片机接口电路

首先，单片机接口的驱动电流很小，即使使用电动机驱动芯片。为安全考虑，用于连接驱动芯片的接口用1kΩ的电阻上拉，补偿接口的弱电流输出。其次，为了得到确定的电平，一般采用这种方法，以保证正确的电路状态，以免发生意外。在电动机控制中，逆变桥上下桥臂不能直通，如果它们都用同一个单片机来驱动，必须设置初始状态，防止直通。

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图11-6 L298芯片引脚定义

4.应用电路

在上面的叙述中介绍了几种直流电动机驱动电路及单片机控制电动机时应该注意的事项。下面将给出以L298电动机驱动芯片为例的完整应用电路。

电路主要器件：STC89C52单片机及其最小系统，直流电动机驱动芯片L298，RS-380SH型直流电动机。

使用Protuse绘制单片机控制直流电动机电路，如图11-7所示。单片机的P0.0和P0.1为控制接口。通过改变两个接口的逻辑状态实现电动机的正转、反转和停止。

图11-7 单片机控制直流电动机电路

图11-8 单片机控制直流电动机流程图

5.程序设计

（1）程序功能 本程序实现的功能是定时2s改变一次驱动电动机的控制字，从而改变电动机转向。

（2）程序流程图 单片机控制直流电动机流程如图11-8所示。注意：使用的是12MHz晶振。

（3）参考程序

1）汇编参考程序

2)C语言参考程序