AT89S52单片机直流电机的PWM控制系统设计+源程序(4)
IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。
驱动部分的电路图如图4所示：
图4 驱动电路图
3.3 速度检测电路设计
测量电机转速的第一步就是要将电机的转速[6]表示为单片机可以识别的脉冲信号，然后对脉冲进行计数，从而由单片机进行数据处理计算出电机的转速。本设计采用光电编码盘实现对电机转速的检测。
3.3.1 光电编码盘的工作原理
光电编码盘[7]是将测得的角位移转换成为相应的电脉冲信号输出的数字传感器，本设计采用增量式光电编码器来采样转速信号，增量式编码器是专门了用来测量转动角位移的累计量。
增量式光电编码器在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧安放发光元件和光敏元件。当圆盘随电机旋转时，光敏元件接受的光增量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变成脉冲。
3.3.2 光电编码器的测速电路设计
转速检测的精度[8]和快速性对电机调速系统的静、动态性能影响极大。为了在较宽的速度范围内获得高精度和快速的数字测速，本设计使用每转1024线的光电编码器作为转速传感器，它产生的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系，微机对该频率信号采用M/T法测速处理。
检测回路利用光电编码器将转速直接转换成数字信号送入单片机进行处理，编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种，接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。
3.4 转速显示电路设计
根据设计的需要，可以采用不同的显示设备对结果进行显示。常见的显示设备有点彩屏、阵屏、液晶屏等，彩屏显示清晰且易观察，但是功耗大，从节能的角度来考虑可以排除用显示屏显示；本次设计是为工程需要或是玩具产品开发，用点阵显示达不到实际效果。综合多方面考虑，本次设计采用LCD1602进行速度显示，LCD1602具有功耗低、显示清晰、外形美观等特点，不仅工程上使用方便，且在玩具产品开发上能美化产品，从而提高产品利润。
本系统采用LCD1602进行速度显示，光电编码盘将传回的脉冲信号经单片机处理后，能够实时显示电机的转速，显示部分的电路图如图5所示：
图5 显示部分电路图
4. 系统软件设计
系统的软件设计主要应用了单片机的定时计数功能[10]，以及外部中断等，通过按键可以控制PWM信号输出的占空比，从而改变电机的转速。系统的软件设计主要包括以下几个部分：PID算法设计、主程序设计、中断服务程序设计。