单片机直流电机调速技术解析：PWM调速原理与10个应用案例

# 1. 单片机直流电机调速基础

单片机直流电机调速技术是一种通过单片机控制直流电机转速的技术，广泛应用于工业自动化、智能家居等领域。其核心原理是利用脉宽调制（PWM）技术，通过改变脉冲宽度来控制电机供电时间，从而实现调速。

PWM调速的优点在于控制精度高、响应速度快、能耗低。其缺点是存在电磁干扰和电机噪声等问题。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的PWM调速方式和参数，以优化电机性能。

# 2. PWM调速原理

### 2.1 PWM调速的原理与实现

脉宽调制（PWM）调速是一种通过改变脉冲宽度来控制直流电机转速的技术。其原理是将直流电通过一个开关器件（如晶体管或MOSFET）进行周期性地开关，形成一个方波脉冲序列。通过改变方波脉冲的占空比（即高电平时间占整个周期的比例），可以调节输出电压的平均值，从而控制直流电机的转速。

PWM调速的实现需要一个PWM发生器和一个功率放大器。PWM发生器负责产生方波脉冲序列，其频率和占空比可通过软件控制。功率放大器将PWM发生器产生的方波脉冲放大，驱动直流电机。

### 2.2 PWM调速的优点与缺点

PWM调速具有以下优点：

- **高效率：**PWM调速通过改变占空比来控制转速，不会产生额外的热量损耗，因此效率较高。
- **低噪声：**PWM调速产生的方波脉冲频率较高，电机转动时产生的噪声较小。
- **控制精度高：**PWM发生器可以精确控制方波脉冲的频率和占空比，因此可以实现高精度的转速控制。

PWM调速也存在一些缺点：

- **电磁干扰：**PWM调速产生的方波脉冲会产生电磁干扰，需要采取适当的措施进行抑制。
- **电机发热：**PWM调速时，电机线圈中会产生涡流损耗，导致电机发热。
- **成本较高：**PWM调速需要使用PWM发生器和功率放大器，因此成本较高。

### 2.3 PWM调速的应用范围

PWM调速广泛应用于各种直流电机调速场合，如：

- 风扇调速
- 水泵调速
- 机器人电机调速
- 电动工具调速
- 照明调光

**代码示例：**

// PWM发生器初始化
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 1000; // PWM频率为1kHz
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72; // 时钟预分频系数为72
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

// PWM输出通道初始化
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; // 输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 500; // 初始占空比为50%
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

// PWM发生器启动
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

**代码逻辑分析：**

- 初始化PWM发生器：设置PWM频率为1kHz，时钟预分频系数为72，时钟分频系数为1。
- 初始化PWM输出通道：设置PWM模式为模式1，输出使能，初始占空比为50%。
- 启动PWM发生器：使能PWM发生器，开始产生方波脉冲序列。

**参数说明：**

- `TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period`：PWM频率，单位为Hz。
- `TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler