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 一.電機(jī)調(diào)速模塊.

我們的設(shè)計思路是先產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波(方法有多種,一是用555構(gòu)成多諧振蕩器.二可以利用單片機(jī)產(chǎn)生PWM方波)+4功率器件構(gòu)成的H橋電路,用以驅(qū)動直流電機(jī)轉(zhuǎn)動.當(dāng)然還許多驅(qū)動方案,比如三極管-電阻作柵極驅(qū)動\低壓驅(qū)動電路的簡易柵極驅(qū)動,還有可以直接用個MCU產(chǎn)生PWM外加一個MOS管驅(qū)動也可以.

 1.1直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計目標(biāo)

   在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計中，主要考慮一下幾點：

1． 功能：電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動？需不需要調(diào)速？對于單向的電機(jī)驅(qū)動，只要用一個大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動時，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。

2.  性能：對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)。

1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。

2）效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手。

3）對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現(xiàn)隔離。

4）對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。

5）可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。

考慮到以上的因素我們采用555多諧振蕩器產(chǎn)生占空比可調(diào)的方波+4功率器件構(gòu)成的H橋來驅(qū)動直流電機(jī).電路圖如下:

1.2、電機(jī)調(diào)速模塊的電路圖功能分析

555通過可調(diào)電阻可以實現(xiàn)占空比可調(diào)的方波，即組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。

 多諧振蕩器實現(xiàn)占空比可調(diào)的方波的功能分析：

電源接通瞬間，電容C2上的初始電壓為0，施密特觸發(fā)器輸出電壓為U為高電平，與此同時由于集電極開路輸出端（7腳）對地斷開，電源通過R5、R7開始對電容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)I狀態(tài)。此后電路按下列四個階段周而復(fù)始地循環(huán)，產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。

（1）         暫穩(wěn)態(tài)I階段，VCC通過R5。R7向電容C充電，電容C的電壓Uc按指數(shù)上升，在U_C高于2/3VCC之前，定時器暫時維持‘1’的狀態(tài)，輸出為高電位。

（2）         翻轉(zhuǎn)I階段，電容C繼續(xù)充電，當(dāng)Uc高于2/3VCC后，定時器翻轉(zhuǎn)為‘0’的狀態(tài)，輸出為低電位。此時，集電極開路輸出端（7腳）由對地斷開變?yōu)閷?dǎo)通。

（3）         暫穩(wěn)態(tài)II階段，電容C開始經(jīng)歷R7、R6對地（7腳）放電，Uc按照指數(shù)下降，在Uc低于1/3VCC之前，定時器依然維持‘0’的狀態(tài)。輸出為低電位。

（4）         翻轉(zhuǎn)II階段，電容C繼續(xù)放電，當(dāng)Uc低于1/3VCC后，定時器翻轉(zhuǎn)為‘1’狀態(tài)，輸出為高電位。此時，集電極開路輸出端（7腳）由對地導(dǎo)通變?yōu)閷Φ財嚅_。此后，振蕩器又回復(fù)到暫穩(wěn)態(tài)I狀態(tài)。

（5）         可以通過調(diào)節(jié)R6的大小來調(diào)節(jié)定時器輸出方波的占空比。

  Uln2003芯片是16腳七路電機(jī)驅(qū)動芯片，這塊芯片在這里可以看作是七非門芯片，作用是保證10腳和14腳的輸出SINGLE1和SINGLE2的輸出為一高一低。芯片中的二極管起到分流的作用。電路圖的右部分的作用是通過調(diào)節(jié)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)SINGLE1為高 SINGLE2為低時，三極管Q2,Q3,Q5導(dǎo)通，Q1,Q4,Q6截止，電機(jī)1端通過Q5接地，Vcc通過Q2直接押在電機(jī)2端，此時電機(jī)2端電位高于1端，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)SINGLE1為低SINGLE2為高時，電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)某一時刻占空比大于50％時，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)加速或是反轉(zhuǎn)減速狀態(tài)；某一時刻占空比小于50％時，電機(jī)呈現(xiàn)正轉(zhuǎn)減速或是反轉(zhuǎn)加速狀態(tài)。電機(jī)就是通過矩形波占空比的不同來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的，電機(jī)呈現(xiàn)出來的轉(zhuǎn)速是平均速度。