论文摘要：文章设计了以单片机为核心，直流电动机为执行构件，H桥集成电路L298作为电动机驱动电路的脉宽调制调速系统，并在Proteus软件中进行了仿真。系统采用PWM对直流电机调速，精度高、范围大、设计简单实用、性能可靠，具有一定的应用价值，而使用Proteus仿真软件也方便教学。

关键词：PWM；单片机；Proteus；仿真

1引言
　　脉冲宽度调制是利用数字信号输出对模拟电路进行控制的一种技术，广泛应用于功率控制、通信等领域。脉宽调制就是按一定的规则对脉冲的宽度进行调制。PWM的优点其一是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，其二是相较于模拟控制对噪声抵抗能力的增强，这是将PWM用于通信的主要原因。在机电控制系统中，广泛采用PWM技术驱动各类模拟器件，如电动机调速、照明调光等。要实现PWM可采用专用的集成电路，也可使用集成PWM功能模块的单片机，或者采用程序控制单片机定时器及通用IO口来实现。

2系统工作原理分析
　　直流电动机是一个模拟器件，而单片机的输出是数字信号。要实现单片机对直流电动机转速的控制，可以采用数/模转换电路进行D/A转换，也可以采用脉宽调制的方式实现。
　　本设计以单片机为控制核心并负责脉宽调制任务，按键作为系统输入，改变单片机输出脉冲的宽度实现对直流电动机速度的调节。脉宽调制的输出就是不同宽度的脉冲，也就是单片机改变输出的高低电平的时间。单片机的引脚负载能力极弱，需要功率驱动电路对单片机的输出信号进行放大后，再驱动直流电动机。
　　需要注意的是要让电动机取得不同转速的效果，必须提高调制频率，通常调制频率为1～200kHz，否则实际效果会是转动一短时间再停止一段时间。

3硬件电路设计
　　本设计采用脉宽调制的方式实现用按键控制直流电动机的转速，电动机从静止到全速运行分为多个档位。整个系统硬件电路由单片机最小系统、按键、直流电动机及其驱动电路组成。
　　在本设计中选择AT89S52单片机芯片为系统控制芯片，系统晶振频率为12MHz。系统采用外部中断的方式检测按键，控制电动机调速。在脉宽调制中，对高低电平保持时间进行定时的任务交给集成在单片机内部的定时器完成，因此不存在外围电路的连接。对于PWM输出只需要单片机的通用IO口实现，选择PWM的输出引脚为P2.0。
　　单片机输出控制信号不能直接驱动电动机，需要外接如L298等H桥电路等驱动直流电动机，也可以根据需要采用由功率MOS管构成的H桥电路，来驱动高电压、大电流的直流电动机。
　　根据硬件电路和元器件的选择，硬件电路如图2所示。

4系统软件设计
　　本设计主要实现脉宽调制调速，采用外部中断的方式检测换挡按键，定时中断的方式实现脉宽控制，因此主程序只需要完成对外部中断和定时中断的初始化设置，主程序的流程图如图1（a）所示。
　　当单片机检测到按键按下时，进入外部中断0的服务程序，此时应控制换挡。程序中用变量time来表示档位，范围从0到10共分为11个档位，其中0代表电动机停止运行，10代表电动机全速运行，从1到9代表电动机转速逐渐线性提高的各个档位。为了消除因按键抖动引起的错误操作，需要对按键进行消抖处理。外部中断0的服务程序框图如图1（b）所示。
　　本设计选用的脉宽调制方案是先确定PWM信号的频率为1kHz，即周期为1ms，相比电动机对开关状态变化的响应时间足够短，所以能够近似等效于模拟信号从而控制转速。电动机转速的档位是从0到10分为11挡，对应PWM信号的占空比从0到100%也分为11挡，因此一个周期就分为10个等份，每个等份的时间即单位间隔时间为100μs。
　　用定时器定时100μs，时间到就会进入定时中断服务程序，此时对定时中断次数计数，并根据变量time所指示的转速档位去判断脉冲的宽度是否已达到对应的占空比，输出对应的高低电平，从而实现脉宽调制。定时中断服务程序的框图如图1（c）所示。

5Proteus仿真与结果
　　程序中设定P2.0为PWM负脉冲输出引脚，将Proteus虚拟仪器模型中的示波器任一通道连接至P2.0引脚，可观察到PWM波形。
　　仿真结果，每按下一次按键，电动机转速在0～320rpm之间递增10%，实现了PWM脉宽调制调速，在虚拟数字示波器中可观察单片机引脚的脉宽调制输出波形，PWM信号幅值为5V，周期为1ms，占空比随按键调节。图3为PWM负脉冲占空比为50%时，电动机转速达到162rpm，图4为PWM负脉冲占空比为80%时，电动机转速达到257rpm。

参考文献
　　[1]刘宸.温度控制系统中AVR单片机的研究[J].电子制作，2013（04）：18，35.
　　[2]朱永金，成友才.单片机应用技术[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.