单片机实现直流电机控制的应用实例

直流电机的单向控制

直流电机的单向控制较为简单，可以通过开关的通断来接通和断开直流电源，实现电机的启动与停止控制，开关控制直流电机如图9-2所示。也可以通过三极管、场效应管、继电器等对直流电机的通断进行控制，采用三极管控制直流电机的电路如图9-3所示，图中的二极管为续流二极管，起到保护三极管的作用。

图9-2　开关控制直流电机电路图

图9-3　三极管控制直流电机电路图

提示

单片机控制直流电机的实际应用电路中，为了降低电机运行对单片机电源的影响，往往会采用光电耦合器件进行光电隔离。

【例9-1】通过按键实现直流电机的停启控制

按键控制直流电机停启的电路如图9-4所示，通过P3.6口按键触发启动直流电机，P3.7口的按键触发停止直流电机的运行。由图9-4可知，当P1.0输出高电平“1”时，NPN型三极管导通，直流电机得电转动;当P1.0输出低电平“0”时，NPN型三极管截止，直流电机停止转动。

图9-4　按键控制直流电机停启电路图

C51程序如下：

直流电机的双向控制

直流电机的双向控制原理就是使加在直流电机两端的电源电压的极性可以实现切换。通常采用H桥电路进行控制。H桥控制的示意如图9-5所示，有1～4四个开关的不同状态实现电机的停止、正转、反转控制。

当四个开关均断开时，直流电机不得电，处于停止状态。

当开关1与4接通，开关2与3断开时，电流由左向右流过直流电机，电机处于正转状态。

当开关2与3接通，开关1与4断开时，电流由右向左流过直流电机，电机处于反转状态。

图9-5　H桥实现直流电机双向控制的示意图

【例9-2】通过按键实现直流电机的正反转及停止控制

通过按键控制直流电机正反转及停止控制的电路如图9-6所示。由S1键的触发实现电机的正转运行，S2键的触发实现电机的反转运行，S3键的触发实现电机的停止控制。

通过对图9-6进行分析，可知通过对单片机的P1.0、P1.1口的控制即可实现电机的停止、正转和反转控制，P1.0、P1.1在不同状态下电路各部分的工作状态及电机状态如表9-1所示。

图9-6　按键控制直流电机正反转及停止控制的电路图

表9-1　P1.0、P1.1口控制过程及电路状态表

C51程序如下：

51单片机直流电机测速Proteus仿真

今天准备分享的仿真是基于51单片机的直流电机测速Proteus仿真。仿真是在Proteus7.7软件下创建的，有需要的小伙伴下载后可以使用比7.7高的版本打开仿真源文件。

接下来上仿真静态图。

仿真电路图

老规矩首先还是分析一下电路。该仿真使用L298来驱动直流电机。L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N的实物图是长这个样子的。

L298N

从仿真中具有电机驱动芯片可以看出来，这个仿真不但可以测速，还可以控制电机的转速。那剩下的部分就是人机交互接口了。显示部分使用的是PG160128A，液晶显示点阵是160X128的，可以显示更加丰富的内容。仿真中的输入设备为4X4矩阵键盘。剩下的就是虚拟示波器等测量工具。仿真电路很简单，接下来运行仿真看一下动态效果。

动态仿真

上电以后显示屏上介绍了该如何操作仿真进行测量。

显示器显示内容

仿真驱动部分

仿真可以控制电机正反转及PWM调速。这一部分使用的是单片机的P1.0和P1.1引脚。其中P1.0引脚主要作用是控制直流电机的正反转。仿真中P1.0引脚与L298的一个输入端口相连，同时该引脚经过反相器后去另外一个输入引脚相连，与输入引脚相对应的输出引脚直接与电机的电源相连，这样通过改变P1.0的状态就可以实现直流电机正反转的控制。而P1.1脚L298的A通道使能端口相连，该仿真中通过对P1.1引脚进行通断控制实现直流电机的调速。

仿真中将直流电机的脉冲输出端口与单片机的P3.4引脚相连，该引脚是定时器0的外部输入引脚。显示软件部分是使用定时器0完成的计数功能。仿真测得的转速与实际转速还是比较接近的。整理来说仿真效果还是不错的，仿真运行也是比较流畅的。