直流电机正反转和加减调速控制的电路板制作摘要：随着社会的发展与进步，电动机作为日常生产生活中必不可少的工具，在今天已经变得非常重要，无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品中，都大量使用着各种各样的电动机。
据有关资料显示，当今社会人类生产生活中所用到的能源有接近百分之九十来源于电动机。
在我国，目前有百分之六十的电能用于电动机。
电动机与人的生活息息相关，密不可分。
电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单控制应用比较多。
简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。
这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。
还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。
本电机控制系统基于XS128内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM 脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，将电动机转速反馈到单片机中。
经过设计和调试，本控制系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。
具有一定的实际应用意义。
关键词:XS128，LM298，LM2940，直流电机正反转及调速。
Manufacture of DC motor reversing and add and subtract speed control circuit boardAbstract:With the development and progress of society, motor as an essential tool in daily life, have become very important in today, both in industrial and agricultural production, transportation, national defense, aerospace, medical and health, business and office equipment, or in daily life of household appliances and consumer electronics products, a large number of motor using a variety of.According to statistics, the use of today's society energy in human production and life have close to ninety percent from motor. In China, there are currently sixty percent of the energy used in motor. Motor and people's life, are inseparable.The age of electricity, motor speed control using simulation method, PID control, simple and the motor control application more. Simple control refers to the motor starting, braking, reverse control and sequence control. This kind of control through a relay, optocoupler, programmable controller and switching elements to achieve. There is a kind of control called complex control, refers to the motor speed, angle, torque, voltage, current, power and other physical quantity control.The motor control system design of MCU based on MC9S12XS12kernel, use LM298 DC motor driver, using the PWM pulse width modulation control motor, and through the coupler tube speed, the microcontroller I/O port timing sampling, the motor speed feedback to the mcu. After the design and debugging, the control system can realize the control of motor speed with less error, system has a display of speed and control the motor starting, stopping and reversing function PC. Has certain practical significance.Keywords:XS128.LM298.LM2940.Manufacture of DC motor reversing and add and subtract speed control.一、设计目的和意义：设计目的为实现电动机的正反转及加减调速，并测速，将速度显示在LCD显示屏上;通过设计，了解单片机的基本功能，及其实现方法，了解电动机控制原理，由于电动机在现实生产中应用广泛，该设计也具有一定的实用价值。
二、控制要求：要求采用单片机、LM298等器件设计制作一个可进行直流电机正反转和加减调速控制的电路板，电机实际转速可在LED或LCD上显示。
三、设计方案论证：本系统利用MC9S12XS128单片机为控制核心，用上位机显示设定转速和测量转速以及控制电机,采用LM298N驱动芯片作为本系统的驱动电路和用槽型OME-500-2CA编码器作为该系统的测量电路，用于测量电机实际转速。
硬件方面包含直流稳压模块，控制核心模块，电机驱动模块，PWM调速模块，编码器测速模块，LCD显示模块共六个模块。
通过控制核心模块与电机驱动模块实现电机的正反转，通过控制核心的PWM模块与电机驱动模块实现电机调速，通过编码器测速，通过控制模块与LCD模块显示电机实际转速。
下图为系统设计框图:3.1直流电机基本工作原理直流电机的基本结够图3.2直流电机调速原理直流电机转速n 的表达式为:Φ-=K IR U n (1 - 1) 式中:U-电枢端电压；I-电枢电流；R-电枢电路总电阻；Φ-每极磁通量；K-与电机结构有关的常数，因此直流电机转速n 的控制方法有三种，主要以调压调速为主。
本控制器主要通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
本系统采用了定频调脉宽方式的PWM 控制，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
四、系统设计4.1 系统电源设计 系统要求有5V 电源输入，因此我们选用了LM2940作为电源芯片。
LM2940-5.0低压差三端稳压芯片（国产）,输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5V ；输出电流1A ；输出电流1A 时，最小输入输出电压差小于0.8V ；最大输入电压26V ；工作温度-40～+125℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。
LM2940引脚图LM2940-5.0在输出电流为1A时dropout voltage典型值为0.5V，即输入电压要>输出电压+0.5V=5.5V；同样输出电流为100mA时dropout voltage典型值为110mV，输入电压大于5.1V 即可，如图所示LM2940输入输出压降参数表（此处输入电源采用7.5V电池）4.2电机驱动模块这里采用电机驱动专用芯片L298N，该芯片可驱动两路5‐36V的直流电机或者一路四拍的步进电机。
同时在L298N与主控芯片间通过四路光耦TLP521‐4隔离消除干扰信号。
在XS128上配置好串口、PWM，实现串口接收的数据直接赋值给PWM定时器CCAP1L、CCAP1H。
利用串口调试助手发送控制信息给XS128，同时辅助外界5V电源更改L298N的IN1和IN2共同完成L298N 电机驱动模块的调试。
采用L298N，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图为L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46、2A以下的电机，其引脚排列如下图所示OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接两个电动机.IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接输入电平，控制电机正反转，ENA,ENB接控制使能端，控制电机的停转。
L298N逻辑功能表如下由于这次只驱动一台电动机，故只用到OUT1、OUT2引脚。
4.3 MC9S12XS12PWM调速模块P WM脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）的技术。
下式是占空比计算公式：D=t1/T式中t1表示一个周期内开关管导通的时间，T表示一个周期的时间。
占空比D表示了在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值，变化范围为0≤D≤1。
由上式可知，当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值为DmaxV=V*D，因此改变占空比D就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。
在PWM 调速时，占空比是一个重要参数。
可以通过以下三种方式改变占空比：（1）定宽调频法:保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。
（2）调宽调频法：保持不变，改变，从而改变周期（或频率）。
（3）定频调宽法：保持周期（或频率）不变，同时改变。
前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此应用较少。
目前，在直流电动机的控制中，主要使用第3种方法。
定频调宽法是利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。