实例：使用PWM信号控制直流电动机

1.PWM控制电动机原理

PWM控制也称脉宽控制，其波形如图11-9所示。

显然在一个脉冲周期T内的平均电压U_a为：

式中 U_p——脉冲的幅值。

可以看出，如果改变脉冲信号中高电平所占的比例，就能改变驱动电动机的平均电压，从而达到电动机调速的目的。

图11-9 PWM波形

2.PWM控制电动机实例

设计以单片机为控制核心的直流电动机PWM调速控制系统，设计的主要内容包括：直流电动机的正转、反转、加速、减速、转速在数码管上显示、启动、停止等。

（1）系统硬件设计 通过键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的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数码管显示出来，电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时最高位不显示，其他三位为电动机转速；反转时最高位显示“F”，其他三位为电动机转速。每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。

本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。PWM电路由复合体管组成H型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合分为两组，根据两个输入端的高低电平决定晶体管的导通和截止。4个二极管在电路中起防止晶体管产生反向电压的保护作用，防止电动机两端的电流和晶体管上的电流过大。控制系统电压统一为5V电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，再加上晶体管本身压降，加到电动机两端的电压就只有4V左右，严重减弱了电动机的驱动力。基于上述考虑，运用TLP521-2光耦集成块，将控制部分与电动机的驱动部分隔离，输入端各通过一个晶体管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接12V电源驱动。这样不仅增加了各系统模块之间的隔离度，也使驱动电流得到了大幅度增强。系统硬件电路如图11-10所示。

（2）系统的软件设计 本系统编程部分用Kell-C51语言完成，采用模块化的设计方法，各子程序作为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和数码管显示等部分的设计。

图11-1O 系统硬件电路图(www.xing528.com)

1)PWM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：

2）键盘中断处理子程序。采用中断方式，按下键，完成延时去抖动、键码识别、按键功能执行。

要实现按住加/减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止，需在判断是否松开该按键时，每进行一次增加/减少一定的占空比。

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，分别存放各个数码管要显示的值。

4）定时中断处理程序。采用定时方式1，因为单片机使用12MHz晶振，可产生最高约为65.5ms的延时。对定时器置初值B1E0H可定时20ms，即系统时钟精度可达0.02s。当20ms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1，这样，通过变量time可计算出系统的运行时间。

对于电动机的启停，在PWM控制上使用渐变的脉宽调整，即开启后由零速匀加速到默认速度，停止则由当前速度逐渐降至零，这样有利于保护电动机。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。

参考程序：