开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。
2.2.3 PWM调速工作方式
方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。
方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以我们采用了单极性工作制。
2.2.4 PWM调脉宽方式
调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定，并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
2.2.5 PWM软件实现方式
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。
方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。故采用方案一。
2.2.6 编程语言的选择
在单片机应用系统开发中，常用的编程语言有汇编语言和C语言两种。这两种开发语言都具有各自的特点。以下就这两种开发语言的特点分别作简介并根据实际开发情况，选择适合的开发语言。
汇编语言的特点：可直接操纵系统的硬件资源，从而可以编写高质量的编码。但是采用汇编语言编写比较复杂的数值计算程序相对比较困难，又因汇编语言源程序的
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可读性远不如高级语言，如果想修改程序功能，得花费心思重新阅读程序，效率不是很高。
C语言的特点：C语言程序的优点是可读性与可移植性好，程序开发周期短；
使用C语言编程更符合人的思维方式和思考习惯，编写代码效率高，维护方便；采用C语言易于开发复杂的单片机应用程序，有利于单片机产品的重新选型和应用程序的移植，大大提高了单片机软件的开发速度。
目前，在单片机的开发中，C语言得到越来越多的应用，而汇编语言也在很多环境下具有优势。实际应用中，要根据具体情况来选择开发语言。C语言不仅仅是在软件开发上，而且具体应用在单片机以及嵌入式系统开发上。本设计中首先对系统初始化，读取预置电压，预存电压值为10V，并将其发送给LCD显示电压。各部分软件的设计综合利用了C语言中结构式语句，函数的定义与调用，逻辑判断以及循环控制，充分体现C语言的简洁紧凑、运算符丰富、数据结构丰富以及可移植性高等优点。因此采用C语言编写程序[9]。
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3 系统硬件设计
系统设计框图如下图所示，硬件电路结构初步设想由以下8部分组成：显示器、按键、供电电源、驱动电路、STC89C51单片机、直流电动机、光电门测速电路、保护电路。驱动电路部分采用了L298芯片作为驱动模块、H桥电路为功率放大电路所构成的电路结构。控制部分采用C语言编程控制，STC89C51芯片的定时器产生PWM脉冲波形，通过调节波形的宽度来控制电动机两端电压，便能够实现对电机速度的控制。硬件系统电路设计框图如图3.1所示。
供电电源 保护电路 显示器 STC89C51 光电门测速电路 按键 电动机 单片机PWM模拟发生器 3.1系统设计框图
电动机驱动电路
3.1 按键控制模块
系统里采用4*4矩阵键盘控制面板作为输入转速和控制电动机启停、正反转、置零和调节速度的模块。键盘的实物照如图，在具体操作过程中，它可以用来录入转速，A键控制电动机启停，B键控制电动机的正反转，*键可以置零。具体的调试在后面章节会做介绍。
图3.2键盘控制面板
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3.2 电动机驱动模块
本次设计的驱动芯片为L298。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用
L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以
驱动两台直流电机。其实物图如图3.3。其内部框图如图3.4所示[10]。
图3.3 L298实物图
图 3.4 L298内部结构图
L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专
用驱动芯片，内部包含4通道逻辑驱动电路，可同时驱动2个直流电机，内含二个
H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，每桥的三级管的射极是连接在一起的，
相应外接线端可用来连接外设传感电阻。L298芯片是具有15个引出脚的多瓦数直
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插式封装的集成芯片。它接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。
使用直流驱动器可以驱动两台直流电机。分别为M1和M2。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。（如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接）实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。（如果信号端IN1接低电平，
IN2接高电平，电机M1反转。）控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3
接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。（反之则反转），PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速。如表3.1所示[11]。
表3.1 L298驱动电动机各个管脚信号高低
输入PWM信号改变脉宽可调速 电机 旋转方式 控制端IN1 控制端IN2 控制端IN3 控制端IN4 调速端A 正转 M1 反转 停止 正转 M2 反转 停止
高 低 低 / / 低 低 高 低 / / 低 / / / 高 低 / / / / 低 高 / 高 高 高 / / / 调速端B / / / 高 高 高 本驱动电路由L298芯片来驱动和控制电机，L298其实就是一个全桥驱动电路。驱动电路原理如图3.5所示。
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