單片機微型調速器

① 基於單片機控制的變頻器調速控制系統

變頻調速作為交流電機調速的主要手段已經在工業領域中應用的十分廣泛，其具有的調速范圍寬、穩速精度高、動態響應快、適用范圍廣、運行可靠等技術性能，已逐步取代直流電機調速系統。變頻器的控制方式主要有三種：1.通過變頻器面板操作，即通過操作面板改變頻率的輸出和其他運行參數;2.在變頻器模擬量輸入端輸入0～10V或4～20mA信號,通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率;3.通過變頻器的通訊口(多為RS485)進行控制。第一種方式一般用於現場手動調節和參數設定，後二種方式多用於自動調節和遠程式控制制。工控領域中常用的PLC、DCS等控制系統都具有適用於變頻器介面條件的控制模塊，可以方便的實現變頻器的閉環自動控制，在大中型的控制系統中使用較為普遍。而對於一些小型實驗裝置和嵌入式控制裝置，處理器在控制變頻器之外，一般還需要處理鍵盤輸入、顯示屏、數據採集和其它過程式控制制等工作，這種控制要求更適合採用單片機系統作為控制核心，而以PLC加操作面板的形式，雖能實現功能但成本過高，不宜採用。
使用單片機控制變頻器可以選擇後二種方式，採用通訊口方式控制，其優點是控制功能全面，通過相應的電平轉換電路適合變頻器的通訊口形式(RS484/RS232/CAN等)，就可與變頻器進行通訊，硬體簡單，二者間的連線數量少連接方便。缺點是需要了解掌握變頻器的通訊協議才能進行控制編程，軟體設計復雜。由於不同品牌的變頻器通訊介面和通訊協議各不相同，目前尚沒有統一的標准，只能針對一種變頻器進行開發，縮小了變頻器品種的選擇范圍，適用性受到限制。而對於模擬量輸入控制方式，則幾乎在所有的變頻器中都能支持，雖然在功能上比較單一，但可實現調速的主要功能，能滿足多數場合的使用要求，具有普遍性。
最常用的模擬量輸入調速方法是通過電位器來調節頻率，即改變模擬量輸入的電壓值，達到調節轉速的目的。採用機械式電位器雖簡單易行，但易磨損，長期使用不夠穩定，同時還有一個最大的缺陷是只適合手動調節，不能實現自動調節。筆者採用數字電位器替代機械式電位器，在單片機的控制下，不但能進行簡單的手動變頻調速，還能根據控制要求實現PID閉環自動控制，不失為一種功能全面的單片機控制變頻器的好方法。原文位置
數字電位器
筆者採用美國Xicor公司的X9221雙E2POT非易失性數控電位器，電阻陣列端電壓±5V，分為64個抽頭。X9211包含二個電阻陣列，每個陣列包含有63個電阻單元。在每個單元之間和二個端點都有可以被訪問的抽頭點。滑動單元在陣列中的位置由用戶通過二線制串列匯流排介面控制。每個電阻陣列與一個滑動端計數寄存器和四個8位數據寄存器聯系在一起，這四個數據寄存器可以由用戶直接寫入和讀出，滑動端計數寄存器的內容控制滑動端在電阻陣列中的位置。功能框圖如圖1 所示。原文位置

圖1 功能框圖

原文位置

X9211的寫入單元為8位元組的E2PROM存儲器，寫入次數105次，數據保存時間100年，亦即電位器抽頭位置具有掉電保持功能，不會因為失電而改變。X9211共有3種電阻陣列值：2KΩ、10KΩ、50KΩ，可根據實際需要選擇;解析度為每個電位器64個抽頭;採用20引腳DIP和SOIC封裝。本文所以選擇使用雙組電位器X9221，是因為控制對象除變頻器外，還有一組由可控硅調壓控溫的電加熱器，同樣可以採用數字電位器的方法進行調控，這樣使用一片X9221就可實現對二個對象的控制，對二者可以分別進行調節和控制，互不影響，因此非常適合雙路輸出的控制要求，方便簡捷，一舉兩得。
單片機與數字電位器介面
X9221支持I2C二線制串列匯流排規約，與單片機的介面只需要2根I/O線。單片機作為主機可按照規約規定的時序啟動數據的傳輸，並為發送和接收操作提供時鍾，X9221作為從機響應主機的操作，從匯流排上接收數據或將數據送至匯流排上，從而實現單片機對X9221的讀寫操作，硬體介面電路如圖2所示。

圖2中X9221的二組電阻陣列分別連接變頻器調節端子和電熱器調節端子，在變頻器介面端子中還有一個控制變頻器啟停的干接點，由單片機P3.2口經驅動控制繼電器實現。與變頻器模擬控制介面連接需要注意的是，一般變頻器的輸入介面的提供的電壓是0-10V，X9221電阻陣列的端電壓相對於Vss是±5V，如果按一般習慣將變頻器控制介面的負極 0V與Vss連接作為公共端時，那麼電位器的VH端電壓相對Vss將會是10V，超出了允許范圍，會造成器件損壞。因此二者連接時應將變頻器控制介面的正極10V與X9211的正電源Vcc電源連接作為公共端，即共正極連接，這樣就可以保證電位器的VH和VL的 端電壓會在±5V的正常工作范圍內。由於變頻器採用的是整流—PWM逆變輸出的工作原理，在工作過程中必然會產生許多高次諧波，對單片機系統的干擾較大，因此二者間的連接應使用屏蔽電纜，並將屏蔽層一端可靠接地;同時在X9221的輸出端增加濾波電容，減少高頻信號的引入。
軟體設計
X9221包括二個滑動端計數寄存器(WCR)，每個E2POT電位器各對應一個。WCR可以被認為是一個6位並行和串列裝載的帶有輸出解碼的計數器，用來選擇沿著電阻陣列的六十四選一的開關。WCR的內容可以有4種方法來改變：1.可以由主機通過Write WCR指令來直接寫入(串列載入);2.可以通過XFR Data Register指令把四個輔助數據寄存器之一的內容直接寫入(並行裝載);3.可以通過Increment/Decrement指令一步一步地修改;4.可以在上電時裝入它的數據寄存器0(R0)的內容。
送給X9221所有的命令都由開始條件為引導，這個條件就是當SCL為高時，SDA由高至低的跳變。X9221連續監視SCL和SDA線上的開始條件，在遇到這個條件前將不響應任何命令。接著單片機必須輸出要訪問的X9221的8位地址。其中高4位為器件類型辨識符，固定為0101，低4位是該器件地址，由X9221的A0-A3輸入端的狀態來定義。在本設計中A0-A3全部接地，故地址為50H。 X9221在比較地址成功後會作出一個應答響應，以表示數據接收成功。接著單片機可以送出一個位元組包括指令和寄存器指針的信息，格式如下：
其中高4位決定操作指令，P0位選擇二個電位器中的一個，最低2位(R1 R0)選擇4個寄存器中的一個。最後以SCL為高時SDA由低到高的跳變為一個終止條件來結束。終止條件一旦發出，則X9221開始內部的寫周期，典型的寫周期時間為10ms，如果單片機在X9221寫操作周期內訪問，則沒有應答返回，此時可以採用輪詢的方式等待應答信息。詳細的時序及指令說明請參閱器件手冊。

原文位置

結語
採用數字電位器控制變頻器調速，可適用於各種規格型號的變頻器，硬體組成簡單，不需要價格較高外圍電路復雜的D/A晶元，在單片機的控制下可進行閉環迴路的自動跟蹤調節，性價比高，易於實現。筆者所設計的電路實際應用於微型噴霧乾燥實驗機的電腦控制器中，已小批量生產。噴霧乾燥實驗機是將液體溶液乾燥加工成為固體粉末，多用於醫葯、食品、化工和實驗室等進行樣品的制備和實驗。在實驗中要求能夠根據物料的特性選擇不同的乾燥風量和加熱溫度，該功能的實現就是通過51 單片機控制一片數字電位器X9221，分別調節風機變頻器和加熱器可控硅調壓模塊控制風機轉速和加熱功率，採用模糊控制結合PID調節的控制方法，根據用戶設定的溫度和風量值，實現了風量和加熱溫度的自動調節，取得了滿意的結果。因此，使用單片機系統控制變頻器調速時，採用數字電位器作為輸出調節介面，是一個簡單實用、適用范圍廣、具有較高性價比的好方法。

參考資料：http://www.chuandong.com/cdbbs/2008-4/26/084266F0DD4331.html

② 智能化工程技術主要學什麼

建築智能化工程技術主要研究電工電子技術、PLC技術、自動化技術、感測器技術等方面的基本知識和技能，進行樓宇智能系統、安防系統的設計、施工、安裝、調試、維護、管理等。

例如：自動感應門、感應燈的安裝，室內恆溫系統的調試，閉路監控和消防報警系統的安裝等。

課程體系：

《電工基礎》、《電子技術》、《識圖與建築構造》、《電氣控制與PLC》、《計算機網路技術》、《單片機原理》、《樓宇自動化技術》、《感測器與檢測技術》、《綜合布線技術》、《智能建築弱電系統》 部分高校按以下專業方向培養：

電梯、弱電、酒店工程、樓宇智能化、樓宇控制技術、安防與配電設計、建築智能化工程設計與施工。

智能化工程作用

智能建築電氣技術仍然包括強電與弱電兩類。建築及建築群用電一般指220V50Hz及以上的強電。主要向人們提供電力能源，例如電力拖動電機用電，照明用電等等。

智能建築中的弱電主要有兩類，一類是國家規定的安全電壓等級及控制電壓等低電壓電能，有交流與直流之分，如24V直流控制電源，或應急照明燈備用電源。

另一類是載有語音、圖像、數據等信息的信息源，如電話、電視、計算機的信息。建築中的弱電主要有兩類：

智能化系統為建築設備監控系統、安全防範系統、通訊網路系統、信息網路系統、火災自動報警、門禁停車一卡通系統、公共廣播系統、有線電視系統、LED大屏幕顯示系統、防盜報警系統、建築設備節能系統及消防聯動等系統，以集中監視、控制和管理為目的構成的綜合系統；

家庭內各種數據採集、控制、管理及通訊的控制或網路系統等線路，則稱為智能化線路。

③ 單片機直流電機調速系統設計

論文題目：直流電動機調速器硬體設計
專業：自動化
本科生：劉小煜 （簽名）＿＿＿＿
指導教師：胡曉東 （簽名）＿＿＿＿

直流電動機調速器硬體設計
摘 要

直流電動機廣泛應用於各種場合,為使機械設備以合理速度進行工作則需要對直流電機進行調速。該實驗中搭建了基於C8051F020單片機的轉速單閉環調速系統，利用PWM信號改變電動機電樞電壓，並由軟體完成轉速單閉環PI控制，旨在實現直流電動機的平滑調速，並對PI控制原理及其參數的確定進行更深的理解。實驗結果顯示，控制8位PWM信號輸出可平滑改變電動機電樞電壓，實現電動機升速、降速及反轉等功能。實驗中使用霍爾元件進行電動機轉速的檢測、反饋。期望轉速則可通過功能按鍵給定。當選擇比例參數為0.08、積分參數為0.01時，電機轉速可以在3秒左右達到穩定。由實驗結果知，該單閉環調速系統可對直流電機進行調速，達到預期效果。

關鍵字：直流電機， C8051F020，PWM，調速，數字式

Subject: Hardware Design of Speed Regulator for DC motor
Major: Automation
Name: Xiao yu Liu (Signature)＿＿＿＿
Instructor:Xiao dong Hu (Signature) ＿＿＿＿

Hardware Design of Speed Regulator for DC motor
Abstract

The dc motor is a widely used machine in various occasions.The speed regulaiting systerm is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment,the digital Close-loop control systerm is based on C8051F020 SCM.It used PI regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI regulator.According to experiment ,the armature voltage can be controlled linearnized with regulating the 8 bit PWM.So the dc motor can accelerate or decelerate or reverse.In experiment, hall component is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by key-press.With using the PI regulator,the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as 0.8 and I value as 0.01. At last,the experiment shows that the speed regulating systerm can work as expected.

Key words: dc motor,C8051F020,PWM,speed regulating,digital

目錄

第一章 緒論 1
1.1直流調速系統發展概況 1
1.2 國內外發展概況 2
1.2.1 國內發展概況 2
1.2.2 國外發展概況 3
1.2.3 總結 4
1.3 本課題研究目的及意義 4
1.4 論文主要研究內容 4
第二章 直流電動機調速器工作原理 6
2.1 直流電機調速方法及原理 6
2.2直流電機PWM(脈寬調制)調速工作原理 7
2.3 轉速負反饋單閉環直流調速系統原理 11
2.3.1 單閉環直流調速系統的組成 11
2.3.2速度負反饋單閉環系統的靜特性 12
2.3.3轉速負反饋單閉環系統的基本特徵 13
2.3.4轉速負反饋單閉環系統的局限性 14
2.4 採用PI調節器的單閉環無靜差調速系統 15
2.5 數字式轉速負反饋單閉環系統原理 17
2.5.1原理框圖 17
2.5.2 數字式PI調節器設計原理 18
第三章 直流電動機調速器硬體設計 20
3.1 系統硬體設計總體方案及框圖 20
3.1.1系統硬體設計總體方案 20
3.1.2 總體框圖 20
3.2 系統硬體設計 20
3.2.1 C8051F020單片機 20
3.2.1.1 單片機簡介 20
3.2.1.2 使用可編程定時器/計數器陣列獲得8位PWM信號 23
3.2.1.3 單片機埠配置 23
3.2.2主電路 25
3.2.3 LED顯示電路 26
3.2.4 按鍵控制電路 27
3.2.5 轉速檢測、反饋電路 28
3.2.6 12V電源電路 30
3.3硬體設計總結 31
第四章 實驗運行結果及討論 32
4.1 實驗條件及運行結果 32
4.1.1 開環系統運行結果 32
4.1.2 單閉環系統運行結果 32
4.2 結果分析及討論 32
4.3 實驗中遇到的問題及討論 33
結論 34
致謝 35
參考文獻 36
論文小結 38
附錄1 直流電動機調速器硬體設計電路圖 39
附錄2 直流電動機控制系統程序清單 42
附錄3 硬體實物圖 57

第一章 緒論
1.1直流調速系統發展概況
在現代工業中，電動機作為電能轉換的傳動裝置被廣泛應用於機械、冶金、石油化學、國防等工業部門中，隨著對生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長，越來越多的生產機械要求能實現自動調速。
在可調速傳動系統中，按照傳動電動機的類型來分，可分為兩大類：直流調速系統和交流調速系統。交流電動機直流具有結構簡單、價格低廉、維修簡便、轉動慣量小等優點，但主要缺點為調速較為困難。相比之下，直流電動機雖然存在結構復雜、價格較高、維修麻煩等缺點，但由於具有較大的起動轉矩和良好的起、制動性能以及易於在寬范圍內實現平滑調速，因此直流調速系統至今仍是自動調速系統的主要形式。
直流調速系統的發展得力於微電子技術、電力電子技術、感測器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新發展成就。正是這些技術的進步使直流調速系統發生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經由模擬控制逐漸讓位於以單片機為主的微處理器控制，形成數字與模擬的混合控制系統和純數字控制系統，並正向全數字控制方向快速發展。電動機的驅動部分所用的功率器件亦經歷了幾次更新換代。目前開關速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現。脈寬調制控制方法在直流調速中獲得了廣泛的應用。
1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技術應用到電機傳動中從此為電機傳動的推廣應用開辟了新的局面。進入70年代以來，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強、可靠性高的大規模集成電路微處理器已經商品化，把電機控制推上了一個嶄新的階段，以微處理器為核心的數字控制（簡稱微機數字控制）成為現代電氣傳動系統控制器的主要形式。PWM常取代數模轉換器（DAC）用於功率輸出控制，其中，直流電機的速度控制是最常見的應用。通常PWM配合橋式驅動電路實現直流電機調速，非常簡單，且調速范圍大。在直流電動機的控制中，主要使用定頻調寬法。
目前，電機調速控制模塊主要有以下三種：
（1）、採用電阻網路或數字電位器調整直流電機的分壓，從而達到調速的目的；
（2）、採用繼電器對直流電機的開或關進行控制，通過開關的切換對電機的速度進行調整；
（3）、採用由IGBT管組成的H型PWM電路。用單片機控制IGBT管使之工作在占空比可調的開關狀態，精確調整電動機轉速。
1.2 國內外發展概況
1.2.1 國內發展概況
我國從六十年代初試製成功第一隻硅晶閘管以來，晶閘管直流調速系統開始得到迅速的發展和廣泛的應用。用於中、小功率的 0.4～200KW晶閘管直流調速裝置已作為標准化、系列化通用產品批量生產。
目前，全國各大專院校、科研單位和廠家都在進行數字式直流調速系統的開發，提出了許多關於直流調速系統的控制演算法：
（1）、直流電動機及直流調速系統的參數辯識的方法。該方法據系統或環節的輸入輸出特性，應用最小二乘法，即可獲得系統環節的內部參數。所獲得的參數具有較高的精度，方法簡便易行。
（2）、直流電動機調速系統的內模控制方法。該方法依據內模控制原理，針對雙閉環直流電動機調速系統設計了一種內模控制器，取代常規的PI調節器，成功解決了轉速超調問題，能使系統獲得優良的動態和靜態性能，而且設計方法簡單，控制器容易實現。
（3）、單神經元自適應智能控制的方法。該方法針對直流傳動系統的特點，提出了單神經元自適應智能控制策略。這種單神經元自適應智能控制系統不僅具有良好的靜、動態性能，而且還具有令人滿意的魯棒性與自適應性。
（4）、模糊控制方法。該方法對模糊控制理論在小慣性系統上對其應用進行了嘗試。經1.5kw電機實驗證明，模糊控制理論可以用於直流並勵電動機的限流起動和恆速運行控制，並能獲得理想的控制曲線。
上訴的控制方法僅是直流電機調速系統應用和研究的一個側面，國內外還有許多學者對此進行了不同程度的研究。
1.2.2 國外發展概況
隨著各種微處理器的出現和發展，國外對直流電機的數字控制調速系統的研究也在不斷發展和完善，尤其80年代在這方面的研究達到空前的繁榮。大型直流電機的調速系統一般採用晶閘管整流來實現，為了提高調速系統的性能，研究工作者對晶閘管觸發脈沖的控制演算法作了大量研究，提出了內模控制演算法、I-P控制器取代PI調節器的方法、自適應和模糊PID演算法等等。
目前，國外主要的電氣公司，如瑞典ABB公司，德國西門子公司、AEG公司，日本三菱公司、東芝公司、美國GE公司等，均已開發出數字式直流調裝置，有成熟的系列化、標准化、模版化的應用產品供選用。如西門子公司生產的SIMOREG-K 6RA24 系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，其結構緊湊，用於直流電機電樞和勵磁供電，完成調速任務。設計電流范圍為15A至1200A，並可通過並聯SITOR可控硅單元進行擴展。根據不同的應用場合，可選擇單象限或四象限運行的裝置，裝置本身帶有參數設定單元，不需要其它任何附加設備便可以完成參數設定。所有控制調節監控及附加功能都由微處理器來實現，可選擇給定值和反饋值為數字量或模擬量。
1.2.3 總結
隨著生產技術的發展，對直流電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態特性、動態響應等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調速系統。因此人們對直流調速系統的研究將會更深一步。
1.3 本課題研究目的及意義
直流電動機是最早出現的電動機，也是最早實現調速的電動機。長期以來，直流電動機一直占據著調速控制的統治地位。由於它具有良好的線性調速特性，簡單的控制性能，高效率，優異的動態特性，現在仍是大多數調速控制電動機的最優選擇。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義。
隨著單片機的發展，數字化直流PWM調速系統在工業上得到了廣泛的應用，控制方法也日益成熟。它對單片機的要求是：具有足夠快的速度；有PWM口，用於自動產生PWM波；有捕捉功能，用於測頻；有A/D轉換器、用來對電動機的輸出轉速、輸出電壓和電流的模擬量進行模/數轉換；有各種同步串列介面、足夠的內部ROM和RAM，以減小控制系統的無力尺寸；有看門狗、電源管理功能等。因此該實驗中選用Cygnal公司的單片機C8051F020。
通過設計基於C8051F020單片機的直流PWM調速系統並調試得出結論，在掌握C8051F020的同時進一步加深對直流電動機調速方法、PI控制器的理解，對運動控制的相關知識進行鞏固。
1.4 論文主要研究內容
本課題的研究對象為直流電動機，對其轉速進行控制。基本思想是利用C8051F020自帶的PWM口，通過調整PWM的占空比，控制電機的電樞電壓，進而控制轉速。
系統硬體設計為：以C8051F020為核心，由轉速環、顯示、按鍵控制等電路組成。
具體內容如下：
（1）、介紹直流電動機工作原理及PWM調速方法。
（2）、完成以C8051F020為控制核心的直流電機數字控制系統硬體設計。
（3）、以該系統的特點為基礎進行分析，使用PWM控制電機調速，並由實驗得到合適的PI控制及相關參數。
（4）、對該數字式直流電動機調速系統的性能做出總結。

第二章 直流電動機調速器工作原理
2.1 直流電機調速方法及原理
直流電動機的轉速和各參量的關系可用下式表示：

由上式可以看出，要想改變直流電機的轉速，即調速，可有三種不同的方式：調節電樞供電電壓U，改變電樞迴路電阻R，調節勵磁磁通Φ。
3種調速方式的比較表2-1所示.
表2-1 3種電動機調速方式對比
調速方式和方法 控制裝置 調速范圍 轉速變化率 平滑性 動態性能 恆轉矩或恆功 率 效率
改變電樞電阻 串電樞電阻 變阻器或接觸器、電阻器 2:1 低速時大 用變阻器較好
用接觸器、電阻器較差 無自動調節能力 恆轉矩 低
改變電樞電壓 電動機-發電機組 發電機組或電機擴大機（磁放大器） 10:1～20:1 小 好 較好 恆轉矩 60%～70%
靜止變流器 晶閘管變流器 50:1～100:1 小 好 好 恆轉矩 80%～90%
直流脈沖調寬 晶體管或晶閘管直流開關電路 50:1～100:1 小 好 好 恆轉矩 80%～90%
改變磁通 串聯電阻或可變直流電源 直流電源變阻器 3:1
～
5:1 較大 差 差 恆功率 80%～90%
電機擴大機或磁放大器 好 較好
晶閘管變流器 好

由表2-1知，對於要求在一定范圍內無級平滑調速的系統來說，以調節電樞供電電壓的方式為最佳，而變電樞電壓調速方法亦是應用最廣的調速方法。
2.2直流電機PWM(脈寬調制)調速工作原理
在直流調速系統中，開關放大器提供驅動電機所需要的電壓和電流，通過改變加在電動機上的電壓的平均值來控制電機的運轉。在開關放大器中，常採用晶體管作為開關器件，晶體管如同開關一樣，總是處在接通和斷開的狀態。在晶體管處在接通時，其上的壓降可以略去；當晶體管處在斷開時，其上的壓降很大，但是電流為零，所以不論晶體管導通還是關斷，輸出晶體管中的功耗都是很小的。一種比較簡單的開關放大器是按照一個固定的頻率去接通和斷開放大器，並根據需要改變一個周期內「接通」和「斷開」的相位寬窄，這樣的放大器被稱為脈沖調制放大器。
PWM脈沖寬度調制技術就是通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得獲得所需要波形（含形狀和幅值）的技術。
根據PWM控制技術的特點，到目前為止主要有八類方法：相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、電流控制PWM、非線性控制PWM，諧振軟開關PWM、矢量控制PWM、直接轉矩控制PWM、空間電壓矢量控制PWM。
利用開關管對直流電動機進行PWM調速控制原理圖及輸入輸出電壓波形如圖2-1、圖2-2所示。當開關管MOSFET的柵極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端由電壓。秒後，柵極輸入變為低電平，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為0。秒後，柵極輸入重新變為高電平，開關管的動作重復前面的過程。這樣，對應著輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖2-2所示。電動機的電樞繞組兩端的電壓平均值為：

式2-1

式中 ——占空比，
占空比表示了在一個周期里，開關管導通的時間與周期的比值。的變化范圍為0≤≤1。由式2-1可知，當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值取決於占空比的大小，改變值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調速的目的，這就是PWM調速原理。
在PWM調速時，占空比是一個重要參數。以下是三種可改變占空比的方法：
（1）、定寬調頻法:保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。
（2）、調寬調頻法：保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。
（3）、定頻調寬法：保持周期（或頻率）不變，同時改變、。
前2種方法由於在調速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時，將會引起振盪，因此應用較少。目前，在直流電動機的控制中，主要使用第3種方法。

圖2-1 PWM調速控制原理

圖2-2 輸入輸出電壓波形
產生PWM控制信號的方法有4種，分別為：
（1）、分立電子元件組成的PWM信號發生器
這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號電路。它是最早期的方式，現在已經被淘汰了。
（2）、軟體模擬法
利用單片機的一個I/O引腳，通過軟體對該引腳不斷地輸出高低電平來實現PWM信號輸出。這種方法要佔用CPU大量時間，需要很高的單片機性能，易於實現，目前也逐漸被淘汰。
（3）、專用PWM集成電路
從PWM控制技術出現之日起，就有晶元製造商生產專用的PWM集成電路晶元，現在市場上已有許多種。這些晶元除了由PWM信號發生功能外，還有「死區」調節功能、保護功能等。在單片機控制直流電動機系統中，使用專用PWM集成電路可以減輕單片機負擔，工作也更可靠。
（4）、單片機PWM口
新一代的單片機增加了許多功能，其中包括PWM功能。單片機通過初始化設置，使其能自動地發出PWM脈沖波，只能在改變占空比時CPU才進行干預。
其中常用後兩中方法獲得PWM信號。實驗中使用方法（4）獲得PWM信號。
2.3 轉速負反饋單閉環直流調速系統原理
2.3.1 單閉環直流調速系統的組成
只通過改變觸發或驅動電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達到調節電動機轉速的目的，稱為開環調速系統。但開環直流調速系統具有局限性：
（1）、通過控制可調直流電源的輸入信號，可以連續調節直流電動機的電樞電壓，實現直流電動機的平滑無極調速，但是，在啟動或大范圍階躍升速時，電樞電流可能遠遠超過電機額定電流，可能會損壞電動機，也會使直流可調電源因過流而燒毀。因此必須設法限制電樞動態電流的幅值。
（2）、開環系統的額定速降一般都比較大，使得開環系統的調速范圍D都很小，對於大部分需要調速的生產機械都無法滿足要求。因此必須採用閉環反饋控制的方法減小額定動態速降，以增大調速范圍。
（3）、開環系統對於負載擾動是有靜差的。必須採用閉環反饋控制消除擾動靜差
為克服其缺點，提高系統的控制質量，必須採用帶有負反饋的閉環系統，方框圖如圖2-3所示。在閉環系統中，把系統輸出量通過檢測裝置（感測器）引向系統的輸入端，與系統的輸入量進行比較，從而得到反饋量與輸入量之間的偏差信號。利用此偏差信號通過控制器（調節器）產生控製作用，自動糾正偏差。因此，帶輸出量負反饋的閉環控制系統能提高系統抗擾性，改善控制精度的性能，廣泛用於各類自動調節系統中。

④ 如何用51單片機製作電風扇無級調速器

很簡單你的方案太復雜了，直接輸出PWM波到加個驅動接到風扇就行了。改變方波的占空比就可以控制電機轉速了。
用單片機產生方波頻率固定（幾十HZ就夠了），占空比控制轉速根據你要的轉速改變，用這個方波信號控制晶閘管或MOS管或三極體。前一種可以控制220V的電風扇，後面可以控制直流電機。具體你找找自然風風扇就有了。

⑤ 如何用51單片機給電機調速

就是利用單片機的PWM就可以了（脈沖調制）
PWM信號到馬達驅動晶元即可，小電機就一個三極體都可以。

⑥ 單片機控制可控硅調速電路

可控硅調速電路輸入的是直流電，通過一個濾波電容穩定電壓。然後分成倆兩路，一路是電調的BEC使用，BEC是給接收機與電調自身單片機供電使用的，輸出至接收機的電源線就是信號線上的紅線和黑線，另一路是介入MOS管使用，在這里，電調上電，單片機開始啟動，驅動MOS管震動，使電機發出滴滴滴的聲音。啟動後待命，有些電調帶有油門校準功能，在進入待命前會監測油門位置是在高還是低還是中間，高的話進入電調行程校準，中間的話開始發出報警信號，電機會滴滴的響，低的話會進入正常工作狀態。一切准備就緒後，電調內的單片機會根據PWM信號線上的信號決定輸出電壓的大小和頻率的高低以及驅動方向和進角多少來驅動電機的轉速，轉向。這就是無刷電調原理。在驅動電機運轉的時候，電調內共有組MOS管工作，每組個極，一個控制正極輸出，一個控制負極輸出，當正極輸出時，負極不輸出，負極輸出時，正極不輸出，這樣子也就形成了交流電，同樣，三組都是這樣工作的，它們的頻率是HZ。講到這，無刷電調也相當於一個工廠里電機上使用的變頻器或者調速器。電調的輸入是直流，通常由鋰電池來供電。輸出是交流，可以直接驅動電機。另外航模無刷電子調速器還有三根信號輸入線，輸入PWM信號，用於控制電機的轉速。對於航模，尤其是四軸飛行器，由於其特殊性，需要專門的航模電調。那麼為什麼在四軸飛行器上需要專門的電調呢，其有什麼特別的地方。四軸飛行器有四個槳，兩兩相對呈十字交叉結構。在槳的轉向上分正轉和反轉，這樣可抵消單個槳葉旋轉引起的自旋問題。每個槳的直徑很小，四個槳轉動時的離心力是分散的。不像直機的槳，只有一個能產生集中的離心力形成陀螺性質的慣性離心力，保持機身不容易很快的側翻掉。所以通常用到的舵機控制信號更新頻率很低。