直流電機具有寬廣的調速范圍，平滑的無級調速特性。利用PWM 脈沖信號的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓的大小。通過調節(jié)占空比，可以實現(xiàn)調節(jié)輸出電壓的目的，而且輸出電壓可以實現(xiàn)無級連續(xù)調節(jié)。本文以AT89S51單片機為核心，提出了基于直流電機調速與測速系統(tǒng)的設計方案，然后給出了系統(tǒng)的主電路結構，以及驅動電路設計和系統(tǒng)軟件設計。本方案充分利用了單片機的優(yōu)點，具有頻率高、響應快的特點。直流電機是工業(yè)生產中常用的驅動設備，具有良好的起動、制動性能。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成。控制系統(tǒng)的硬件部分復雜、功能單一，調試困難。本方案采用單片機控制系統(tǒng)，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。

　　調速和測速系統(tǒng)的主體電路設計

　　整個系統(tǒng)由輸入電路、PWM 調制、測速電路、驅動電路、控制部分及顯示等部分組成，PWM 調制選用AT89S51單片機通過軟件實現(xiàn)頻率和占空比的調節(jié)。驅動電路用光耦隔離保護電路，控制部分由單片機和外圍電路組成，實現(xiàn)各種控制要求，外圍電路主要完成對輸入信號的采集、操作、對速度進行控制，顯示部分采用四位共陽數(shù)碼管。

　　硬件方面以STC89C51單片機為核心，與復位電路、晶振電路、驅動電路，測速電路，鍵盤和LED 顯示模塊構成最小系統(tǒng)。軟件上通過用C51語言編程產生PWM 脈沖信號的輸出、鍵盤、LED 顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。通過鍵盤調節(jié)速度檔位給定值，實現(xiàn)按給定值跟蹤，在LED 顯示器上顯示，最后再由單片機輸出PWM 脈沖信號，通過測速電路把轉速反饋給CPU 并且通過CPU 把轉速顯示在LED 顯示器上，從而達到想要設定的轉速。

　　直流電機驅動電路設計

　　從單片機直接輸出的控制信號無法直接驅動12V 直流電機，目前大多采用H 橋式驅動，為便于制作，驅動模塊采用光電耦合器對控制電路和主電路進行隔離，達到保護作用。U3輸出PWM 控制信號通過三極管反相驅動電機，實現(xiàn)電機的調速。驅動電路圖如圖3所示。

　　測速電路設計

　　測速模塊由U 型光電開關、轉盤及外圍電路組成，電機轉動時帶動轉盤轉動，轉盤上附有八個小孔，當轉盤轉動一周產生八個脈沖信號，由此可以把電機轉動的物理量轉換成變化的脈沖信號，經(jīng)Q5開關驅動輸送到單片機外部中斷P3.3進行計數(shù)，實現(xiàn)對電機速度的監(jiān)測。測速電路如圖4所示。

　　設計中應用了比較常見的光電測速方法來實現(xiàn)，其具體做法是將電機軸上固定一圓盤，在測速模塊中U 型光耦。通過轉盤上八個圓孔，產生脈沖信號。電動機轉到孔處時，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導通，反之三極管截止。U 型光電開關與轉盤的安裝如圖5所示：把轉盤固定在電動機的轉軸上，安裝U 型光耦，把光耦插入轉盤上，用螺絲固定，轉盤邊要安裝在U 型光電開關的槽中間。

　　基于單片機控制直流電機的測速與調速系統(tǒng)設計方案是將輸入的信號通過單片機轉換后輸出控制信號通過驅動電路調節(jié)直流電動機的轉速，并且能實時監(jiān)控直流電動機的速度。由于采用的是PWM 控制技術可以達到高精度的速度控制。測速采用光電開關，輕松實現(xiàn)速度的檢測，為此，方案中所設計的直流電機的測速與調速系統(tǒng)具有速度輸入、檢測、顯示、脈寬調制、電機驅動等主要電路，便于對電機速度進行控制與顯示。