基于51单片机的直流电机驱动
中图分类号：tp 文献标识码:a 文章编号：1007-0745（2011）10-0052-02
摘要：利用at89c51设计一个直流电机的软件模拟pwm驱动及测速系统。
单片机读取键盘值来设定转速和正反转，并且通过红外对管来测量转速。
本系统具有精度高，成本低，使用方便等优点。
关键词：at89c51pwm测速
引言
随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。
为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。
对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文给出一种用单片机软件实现pwm调速的方法及红外对管测转速。
一、直流电机调速
知道通过调节直流电机的电压可以改变电机的转速，但是一般我们设计的电源大都是固定的电压，而且模拟可调电源不易于单片机控制，数字可调电源设计麻烦。
所以这里用脉宽调制（pwm）来实现调速。
方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以通过站空比实现改变有效电压。
一般用软件模拟pwm可以有延时和定时两种方法，延时方法占用大量的cpu，所以这里采用定时方法。
二、直流电机旋转方向
一般利用h桥电路来实现调速。
h桥驱动电路：图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“h桥驱动电路”是
因为它的形状酷似字母h。
4个三极管组成h的4条垂直腿，而电机就是h中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。
如图所示，h桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。
图4.12 h桥驱动电路
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。
例如，如图4.13所示，当q1管和q4管导通时，电流就从电源正极经q1从左至右穿过电机，然后再经q4回到电源负极。
按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管q1和q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。
图4.13 h桥电路驱动电机顺时针转动
图4.14所示为另一对三极管q2和q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。
当三极管q2和q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。
图4.14 h桥驱动电机逆时针转动
可以把q1跟q4接在一起，q3跟q2接在一起，这样只要两个单片机i/o口就行。
下面的程序中lun1、lun2就表单片机的两个i/o
口。
这个桥式电路图只用来说明原理，实际应用还要看电机的额定电压、电流。
也可以用l293、l298直流的集成芯片。
三、pwm程序
void timer0() interrupt 1
{
if(temp)
{th0=time_h_0;tl0=time_l_0;//设置低电平时间temp=0;
}
else
{
th0=time_h_1;
tl0=time_l_1;//设置高电平时间，可以通过键盘设定来达到调速功能。
temp=1;
t0_count++ ;//作测速定时用
}//这样定时在两个时间里变化起到类似两个定时器的作用
// qianjin从键盘读取
if(qianjin==1) //正转
{
lun1=temp;
lun2=1;//低电平有效}
else if(qianjin==2)//反转
{
lun1=1;
lun2=temp;
}
else if(qianjin==3) //停止
{
lun1=1;
lun2=1;
}
}
这样就可以实现直流电机正反转和调速。
当然键盘程序比较简单，篇幅所限，不详细给出
四、测速
通过红外对管来测量轮子转速，电路图如下：
测速可以分3种：测频法、测周法和测频侧周混合法。
这里我只介绍测频法，因为已经用了一个定时器，可以在这个定时器基础上设定时间，程序中t0_count就是时间变量。
若要用侧周法，会有一个误差，主要来自定时器的误差。
时间定了后接下来要测脉冲数，可以用计数器或者外部中断，采用计数器比较方便。
程序
if(t0_count>=125)
{
tr1 =0; //关闭计数器
t0_count =0;
int_h =th1; //t1计数缓冲单元
int_l =tl1;
th1 =0; //清计数器
tl1 =0;
t1_count =0;
tr1 =1; //开启计数器
}
// time1中断服务函数
// 对t1溢出产生中断的次数进行计数
// 计满65535，产生一次溢出中断
void timer1() interrupt 3
{
//因为电机转速实际测量中电机转速并不超过65536的计数，所以不会进入中断。
不然可以
//用一个变量来计数
}
显然转速=（int_h*256+ int_l）/ 125*pwm脉冲周期。
这里有一个误差需要修正，因为进入定时中断需要进行进行压栈等工作所以会有一定误差。
摘取进入定时器中断的反汇编程序：78: void timer0() interrupt 1
79: {
80:
c:0x0250 c0e0 push acc(0xe0)
c:0x0252 c0d0 push psw(0xd0)
81: if(temp) c:0x0254 30.000a jnb temp(0x20.0), c:0261
82: {
83: th0=time_h_0;
c:0x0257 85088c mov th0(0x8c),time_h_0(0x08) 84: tl0=time_l_0;
c:0x025a 850a8a mov tl0(0x8a),time_l_0(0x0a) 85: temp=0;
c:0x025d c200 clr temp(0x20.0)
86:}
87: else c:0x025f 800a sjmp c:026b
88: {
89: th0=time_h_1;
c:0x0261 85098c mov th0(0x8c),time_h_1(0x09) 90: tl0=time_l_1;
c:0x0264 850b8a mov tl0(0x8a),time_l_1(0x0b) 91: temp=1;
c:0x0267 d200 setb temp(0x20.0)
92: t0_count++ ;
c:0x0269 050c inc t0_count(0x0c)
93:}
显然在进入中断后首先要进行acc和psw压栈，这里需要4个机器周期。
接着要判断是否temp==1，用到jnb指令需要2个机器周期。
另外还有两个mov指令。
把这些时间算进去后，精度就会比较高。
估计在4000hz情况下测到的是4006hz左右，这里的误差可能是中断响应需要一定时间，可以通过加上7、8个机器周期来修正。
最后能得到4000hz以内误差只在1hz。
五、结论
本系统实现了直流电机的转速、方向的设定和转速的测量，而且测速精度非常高。
参考文献：
[1]古欣朱岩王智涌喻巧群原瑞花，自动寻迹小车
[2]/dodo_1863@126/blog/static/11505 8766200931515547335/等。