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原理图驱动电路MOTOR-ENCODER详解串口通信 电机测速原理PWM软件部分成果临近期末，学校的单片机课程需要做课程设计，主要内容是基于51单片机的可调速电机，具体要求如下，在此记录一下具体的一个解题方案。
要求利用单片机输出PWM波形，通过改变占空比，改变电枢两端电压的平均值，从而改变电动机的转速通过按键进行手动速度调整（速度+ 速度-）利用串口调试助手或编写上位机软件，通过上位机控制直流速度调整测量直流电机转速，并实时显示
原理图
首先是绘制原理图如下，右下角示波器为方便观察PWM脉冲波形用，可忽略
驱动电路
由于单片机的输出功率不足以驱动电机运动，因此这里使用L298芯片搭建一个驱动电路，驱动电压为12V，用于驱动电机运动。驱动电路如图。L298芯片的工作电压为5V（VCC接5V电压），支持同时驱动两台电机，可接驱动电压范围为(+5V~+46V)，输出电流高达4A。
L298芯片控制引脚状态与电机对应状态如下图。因此，若要让电机运动则需要，ENA置1，IN1与IN2引脚所处电平相反。
MOTOR-ENCODER详解
这里由于需要测量电机转速，使用需要使用带有编码器的电机，Proteus中带有这样的一个电机，元件名称为MOTOR-ENCODER。MOTOR-ENCODER有5根引脚，其中左右两个接工作电压。上面三根引脚，左边与右边电机每转一圈就输出设定的脉冲数（这里设定每转一圈输出360个脉冲），二者脉冲相位相差90°。中间的引脚电机每转一圈引脚输出一个脉冲。电机具体属性参数如下，这里设置电机额定电压为12V（因为驱动电路的驱动电压为12V），每转脉冲数为360（取值范围为1~360），其余保持默认。
串口通信
由于需要用到串口通信，因此需要用到Proteus中的虚拟串口COMPIM，将元件端口设置为COM1，波特率设置为9600，数据位8位，无校验位，停止位1位。将虚拟串口的RXD与单片机的RXD相连，TXD与TXD相连（与一般的串口连接不同，一般需要TXD与RXD交叉相连）。
然后打开VSPD虚拟串口连接软件（VSPD软件的下载与使用可参考该文章: 虚拟串口 VSPD 的使用),将COM1与COM2端口进行虚拟链接。然后进入串口助手打开COM2端口（一定不能打开COM1口，因为COM1口已被单片机占用）设置好波特率、校验位与停止位，即可与单片机成功硬件连接。
电机测速原理
测速原理：单位时间内，根据该时间段内统计的脉冲数计算电机实际速度，这里单位时间为50ms。
由于编码器设置为每圈发出360个脉冲，则统计在50ms内的脉冲数即可知道在这50ms内电机转了多少圈，从而可推算出电机每分钟的转速。
设编码器单圈总脉冲数为C，在时间T0内，统计到的编码器脉冲数为M0，则转速n的计算公式为： n = M0/(C*T0)。
PWM
PWM即脉冲宽度调制，在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的模拟参量。
其实就是通过控制高低电平的时间，来对输出的波形进行控制。
其中有几个重要的参数
PWM的频率：
是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数(一个周期)；
也就是说一秒钟PWM有多少个周期
单位： Hz
表示方式： 50Hz 100Hz
PWM的周期：
T=1/f
周期=1/频率
50Hz = 20ms 一个周期
如果频率为50Hz ，也就是说一个周期是20ms 那么一秒钟就有 50次PWM周期
占空比：
是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例
单位： % (0%-100%)
表示方式：20%
一个简单的生成PWM的方法：利用定时器进行定时中断，分别设置两个变量counter和compare。其中compare表示占空比。假设每100us定时器产生一次中断，则每进一次中断counter++，中断100次为一个周期，即T=10ms。
假设设置compare为60，即占空比为60%
每次定时器进入中断后，将当前counter值与compare进行判断，若counter<compare则置引脚为高电平，否则置低电平。这样在一个周期中，counter从1至100计数，counter为1~60时引脚均为高电平，即在一个周期内有60%的时间引脚都处于高电平。
这样我们就可以通过调整compare变量的值来控制PWM的占空比，从而达到控制电机转速的目的。
有关PWM的详细知识可参考以下文章
51单片机-PWM调速（直流电机，智能小车的电机调速）
PWM原理 PWM频率与占空比详解
软件部分
#include <REG51.H>#define K 21/8void UartInit(void);void UART_SendByte(unsigned char Byte);void Timer0Init(void);sbit motor1_IN1=P0^0;sbit motor1_IN2=P0^1;sbit motor1_ENA1=P0^2;sbit ADD=P0^3;sbit SUBTRACT=P0^4;unsigned char led_mod[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//共阳极字模unsigned char led_point[10]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10};//带小数点字模unsigned char counter,compare;//compare为占空比unsigned int n,m,rad;//n为脉冲数void delay(unsigned char time)//1ms@11.0592MHz{unsigned char i, j;i = 15*time;j = 90;do{while (--j);} while (--i);}void Display()//LED显示{P2=(0x01);P1=led_mod[(rad/100)%10];delay(1);P2=(0x01<<1);P1=led_mod[(rad/10)%10];delay(1);P2=(0x01<<2);P1=led_point[rad%10];delay(1);P2=(0x01<<3);P1=led_mod[(rad%10)];delay(1);}void move(void)//启动电机{motor1_IN1=1;motor1_IN2=0;}void UartInit(void)//9600bps@11.0592MHz{SCON = 0x50;//8位数据,可变波特率TMOD &= 0x0F;//设置定时器模式TMOD |= 0x20;//设置定时器模式TL1 = 0xFD;//设置定时初始值TH1 = 0xFD;//设置定时初始值ET1 = 0;//禁止定时器1中断TR1 = 1;//定时器1开始计时ES=1;//开启中断EA=1;//开启中断PS=1;//设置优先级}void Timer0Init(void)//100微秒@11.0592MHz{TMOD &= 0xF0;//设置定时器模式TMOD |= 0x02;//设置定时器模式TL0 = 0xA4;//设置定时初始值TH0 = 0xA4;//设置定时重载值TF0 = 0;//清除TF0标志TR0 = 1;//定时器0开始计时ET0=1;//定时器0中断开启EA=1;//EA开启PT0=0;//定时器0开始计时}void UART_Routine(void) interrupt 4//串口接收中断{if(RI==1){compare=SBUF;//接收串口传输来的数据SBUF=compare;//将当前占空比发送回上位机while(!TI);//等待发送完毕TI=0;//标志位复位RI=0;//标志位复位}}void Timer0_Routine(void) interrupt 1//定时器0中断，用于PWM生成{TL0 = 0xA4;//设置定时初始值TH0 = 0xA4;//设置定时初始值counter++;m++;counter%=100;if(counter<compare)//PWM生成motor1_ENA1=1;elsemotor1_ENA1=0;if(m==500)//50ms后计算一次转速{rad=n*K;//计算转速,若结果与实际有较大误差则调整比例系数Km=0;n=0;}}void interrupt0_int()//电机编码器脉冲中断初始化{IT0=1;EX0=1;EA=1;PX0=0;}void motor_Routine(void) interrupt 0//编码器脉冲中断函数{n++;//脉冲数+1}void main(){Timer0Init(); //定时器0初始化interrupt0_int(); //电机编码器中断初始化UartInit();//串口中断初始化compare=70;//初始占空比70%n=0;//电机旋转圈数初始化m=0;//计时次数初始化move();//启动电机while(1){if(ADD==0){compare=compare+10;//按下按键占空比+10if(compare>100)compare=100;while(!ADD)//等待松开Display();}if(SUBTRACT==0){compare=compare-10;//按下按键占空比-10if(compare<0)compare=0;while(!SUBTRACT)//等待松开Display();}Display();}}
成果
电机正常转动，同时数码管显示当前转速，可通过ADD按键和SUBTRACT按键对转速进行加减速 。
可通过串口对转速大小进行调整。
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