pic单片机控制直流电机.docx
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pic单片机控制直流电机
直流电机驱动
Abstract摘要:
本文主要内容是利用PIC18F452单片机来控制直流电机，通过L293NE来驱动电机，通过按键来使其正转，反转。
Keywords关键词：
直流电机，PWM，L293NE
1
总体设计框架
硬件电路利用驱动芯片L293D来驱动直流电机，按键则是单独引出。
如图1所示。
软件则是C语言编程。
图1硬件设计框
2硬件电路设计
2.1芯片介绍
首先，总体说明硬件电路设计，如图2原理图，图3PCB图以及图4板子的图所示。
三个输入信号，如图分别为RD4，RD5，RD6连上光耦的2脚，然后通过光耦的4脚引入L293D的使能引脚（12EN）以及输入引脚（1A，2A），然后L293D的输出引脚（1Y，2Y）通过H-桥型控制电路与直流电机连接。
图2直流电机控制部分原理图
图3直流电机控制部分PCB图
图4成品板
其中红线圈表示直流电机控制部分。
下面详细介绍各个芯片。
1、PIC18F452
PIC18F452与PIC18F4580外部端口以及内部存储器是相同的。
上图的U2。
2、光耦P521
光耦主要的作用是保护单片机。
光耦的结构如图5所示。
图5光耦P521结构
在PCB中（如图6所示），即U7，U9，U10三个光耦，左下方方形孔为1引脚，按逆时针方向，依次为2，3，4引脚。
光耦的1脚通过电阻与电源连接，2脚为输入引脚，3脚与地相连，4脚为输出引脚。
经试验测得，则当1脚输入高电平时，4脚也输出高电平。
则当1脚输入低电平时，4脚输出低电平。
图6光耦外形图
3、电阻
一共用到7个大小为470Ω的电阻（分别为R16，R17，R18，R19，R20，R21，R22）和3个大小为1kΩ（分别为R23，R24，R25）。
4、按键
按键电路也就是步进电机驱动实验的电路。
在此，再介绍一次。
所用按键为标准B3F—1000系列，结构图如图7所示。
PCB板上SW1，SW2，SW3，SW4，SW5为按键，其中SW1为复位开关，其他的为控制作用的按键。
按键的机理以SW5为例阐述，其他类同。
按键的3引脚一是直接分别与RA1，RA2，RA3，RA4相连二是通过四个470Ω的电阻与电源相连。
按键1引脚分别与地相连。
当不按按键的时候，RA4通过R19电阻与+5V电源相连，即此时RA4的输入为高电平，即1。
当按键SW5按下时，RA4通过按键的连接与地相连，此时RA4的输入为低电平，即0。
通过SW5按键控制RA4的高低电平。
程序可监控RA4的状态，来控制电机。
发现RA4高电平则正转，发现RA4低电平则反转。
图7按键图
如PCB板所示，按键右下方方形孔为1引脚，左上方为3引脚。
此按键只用到1与3引脚。
5、IN4007
整流二极管（如图8所示），通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两端。
P区的载流子是空穴，N区的载流子是电子。
外加使P区相对N区为正的电压时，能通过大电流，具有低的电压降（典型值0.7V），称为正向导通状态。
若加相反的电压，则反向电流很小（反向漏电流），称为反向阻断状态。
整流二极管具有明显的单向导电性。
有白色线圈的为负极。
四个IN4007二极管，组成桥式电路。
如图9所示。
图8IN4007
图9桥式电路
经测定，IN4007在正向导通时，其电压为0.59V，反向截止时无电压。
这里的整流二极管主要起保护的作用。
当有个过冲信号，如电压过高，此时D2打开，避免高电压冲击直流电机，将其损坏，信号流向电源，而不是电机。
若是电压过低，D4打开，避免低电压冲击直流电机。
信号此时流向了地。
6.L293D
L293D采用16引脚DIP封装（如图10所示），其内部集成了双极型H-桥电路。
这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：
低速平稳性好等。
L293D通过内部逻辑生成使能信号。
H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。
电机需要3个控制信号12EN、1A、2A，其中12EN是使能信号，1A、2A为电机转动方向控制信号，1A、2A分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。
选用一路PWM连接12EN引脚，通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。
图10L293D引脚图
12EN高电平有效，HEATSINKANDGROUND接地，VCC1与VCC2接电源。
1A输入高电平则1Y输出高电平。
1A输入低电平则1Y输出低电平。
2A2Y，3A3Y，4A4Y关系类同。
2.2驱动电路
光耦1脚通过四个470Ω的电阻分别与电源连接。
三个光耦的2脚（DC1，DC2，DC3）分别于RD4，RD5，RD6连接。
光耦的4脚与电源连接。
光耦的3脚分别通过三个1KΩ与驱动芯片L293NE连接。
然后驱动芯片L293NE的两个输出引脚引出通过桥式整流电路连上直流电机。
如图11所示。
图11驱动电路
2.3按键控制电路
按键的3引脚一是直接分别与RA1，RA2，RA3，RA4相连二是通过四个470Ω的电阻与电源相连。
按键1引脚分别与地相连。
正常状态下，为正转，通过按键SW4来使电机反转。
3程序编写
3.1工作原理
本次实验主要利用L293NE来驱动直流电机。
RA0，RA1，RA2，RA3四个输入信号，通过高低电平控制RD0，RD1，RD2来使直流电机转动。
工程文件请参考“DC_MOTOR”文件夹。
与原厂电路板的连接：
+5V电源由原厂电路板+5V供电。
如图12所示。
自制板J6（左下方）的+5V，GND分别与原厂电路板+5V，GND（右下方）连接。
两个电路板的RD4，RD5，RD6分别相连（使能与两个输入信号接入自制板中），同时，RA4也连起来（按键信号接入自制板中）。
如图13所示。
自制板J2（右上方）的RD4，RD5，RD6分别与原厂电路板的RDPORT（中间靠右一些）的4,5,6连接。
自制板J5的RA4（右下方）与原厂电路板的RAPORT4（中间靠右一些）连接。
直流电机的两个引脚与J7即DCMOTOR连接。
如图14所示。
电机的L，R引脚分别与J7的左（即1），右（即2）引脚相连。
图12输入输出口的连接
图13电源的连接
图14电机的连接
3.2程序书写过程
程序如下：
#include
voiddelay（unsignedintx）;
voidmain（）
{
TRISD=0;//定义D端口为输出口
TRISA=0Xff;//定义A端口为输出入口
PORTDbits.RD4=0;//使能位初始化为0
PORTDbits.RD5=0;//电机的左引脚控制信号初始化为0
PORTDbits.RD6=0;//电机的右引脚控制信号初始化为0
while
（1）
{
PORTDbits.RD4=1;//使能位设置为1，使能电机，使其工作
if（PORTAbits.RA4==0）
{
delay（10）;
if（PORTAbits.RA4==0）
{
PORTDbits.RD5=1;
PORTDbits.RD6=0;
}
}
else
{
PORTDbits.RD5=0;
PORTDbits.RD6=1;
}
}
}
voiddelay（unsignedintx）
{
unsignedinta,b;
for（a=x;a>0;a--）
for（b=54;b>0;b--）;
}
该程序主要包括初始化模块，控制模块，以及延时模块。
1、初始化模块
主要是端口初始化。
输入端RA的所有端口设置为高电平即1，为输入状态。
RD的所有端口设为低电平即0，为输出状态。
RD4，RD5，RD6初始化为0，清空状态，以便后面的赋值。
程序如下所示：
TRISD=0;//定义D端口为输出口
TRISA=0Xff;//定义AD端口为输出入口
PORTDbits.RD4=0;//使能位初始化为0
PORTDbits.RD5=0;//电机的左引脚控制信号初始化为0
PORTDbits.RD6=0;//电机的右引脚控制信号初始化为0
2、控制模块
控制模块主要是扫描键盘的变化，根据相应键盘的变化，来使直流电机转动。
如果SW5没有按下，正转。
如果SW5按下，则反转。
while
（1）表示一直循环下去。
程序如下所示：
while
（1）
{
PORTDbits.RD4=1;//使能位设置为1，使能电机，使其工作
if（PORTAbits.RA4==0）若SW5按键按下则反转
{
delay（10）;
if（PORTAbits.RA4==0）
{
PORTDbits.RD5=1;
PORTDbits.RD6=0;
}
}
elseSW5按键没有按下则正转
{
PORTDbits.RD5=0;
PORTDbits.RD6=1;
}
}
其中，两个if语句判断SW5是否有按键按下，有防抖动的作用。
如果确实PORTAbits.RA4==0，则SW5也就被按下，则PORTDbits.RD5=1;PORTDbits.RD6=0;则电机左引脚高电平，右引脚低电平，反转。
反之，即没有按键按下，则电机左引脚低电平，右引脚高电平，正转。
3、延时模块
标准的延时程序，通过循环语句来延时。
此程序对应4M晶振时，unsignedintx中输入的数字，即为延时的毫秒数。
voiddelay（unsignedintx）
{
unsignedinta,b;
for（a=x;a>0;a--）
for（b=54;b>0;b--）;
}
参考资料
以下是本文中的主要参考资料清单：
[1]MuhammadAliMazidi，RolinD.McKinlay，DannyCausey.李中华，张雨浓，陈卓怡等译.PIC技术宝典[M]．北京人民邮电出版社,2008.
[2]MykePredko著.胡光华译.PIC微控制器基础与实践[M].北京：
科学出版社，
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