1.選擇控制物件

電機在生活中的應用非常廣泛，將電能轉換成各種場合特定的機械能，以滿足日常工業生產及生活。其中常用的直流電機，因為良好的調速效能在電力拖動中得到了很好的應用。結合Multisim模擬軟體，設計電路物件選擇永磁直流電機。

2.選擇感測器對像

感測器用來檢測電機的速度，這裡選擇ITR9606 光電感測器，即對射式的槽型光耦。選擇這種感測器的原因是價格便宜，原理簡單，雖然不能非常精確的檢測電機的轉速，但是在一定程度上能夠滿足大部分場合的需要，而被人們廣泛應用。

這種槽型的光耦在用來檢測電機速度的時候，還需要在電機的軸上加上一個圓盤，圓盤跟隨著電機軸一起轉動。在圓盤上一般會有凹槽或者圓孔，如果光耦輸出的訊號被當住，那麼在感測器的輸出端會輸出低電平，如果輸出的光訊號能從孔中穿過而被正常接收，那麼輸出就是高電平。

市場採用的設計如下：

3.感測器特性分析

根據官方文件資料，感測器的關鍵特性引數如下所示
工作電壓 3.3~5V 輸出形式 開關量輸出0/1
遮擋時 1 無遮擋時 0
如果將輸出的開關量輸入到微控制器的I/O口，通過多次測量高點平或者低電平的時間，求取平均值，這樣是為了保證測量值是電機的穩定的條件下測量的，那麼就知道電機的轉速了。

4.驅動電路設計

在設計驅動電路的必須明確的一點就是設計的效果是怎樣的。如果驅動的是簡單的小功率或者單向轉動的電機，那麼利用一個大功率三極體或者MOSFET就可以滿足要求。因此，在一開始將驅動電路的設計目標定為可調速，可正反轉。調速需要用到PWM，正反轉需要用到H橋來驅動。H橋的橋臂，小功率的時候選擇三極體就可以實現。大功率則要選擇MOSFET來設計。

4.1 12V/3A直流電機驅動電路設計

如果選定的直流電機12V/2A，電流達到2A，考慮到效率，散熱。功耗等問題，選擇MOEFET進行設計顯然是要優於大功率三極體的。

在設計H橋的時候，要考慮的首要問題就是在任何一邊的上下兩個橋臂不能導通，不然會造成電源的短路，電流非常大，直接將MOS管燒燬。因此，驅動MOS管的電路一定保證正傳到反轉具有“死區”時間。這裡驅動MOS管的驅動電路選擇可以設定“死區”時間的整合晶片IR2104。

從資料手冊裡面還可以看到，該晶片具有的“死區”時間為520ns，可以保證上下橋臂不會在同時導通。如果根據需要還可以選擇IR2101晶片，在微控制器輸出PWM波的時候就可以設定“死區”時間，綜合考慮，IR2104操作起來方便，而且SD片選訊號可以很方便的對兩個IR2104進行控制。

選擇整合的IR2104晶片作為驅動MOS管的驅動電路，主要是因為若採用推輓電路或者其他的分離元件進行驅動，高階的MOS管導通後，S級的電壓為電源電壓，這個時候是無法再進行開通，而會直接關斷，選擇整合的晶片能夠很好的解決這個問題。如果上臂選擇PMOS管可以避免這個問題，但是PMOS管在實際生活中應用很少，而且價格昂貴，所以綜合各方面的因素，12V/3A電機驅動電路設計IR2104加上4個NMOS管組成的H橋電路。

4.2 5V/0.35A直流電機驅動電路設計

這種小型的直流電機在玩具當中應用特別多。驅動電路設計時，H橋的橋臂可以直接選擇常用的8050和8550三極體即可，價格低廉，而且還容易做到。

PWM1和PWM2為訊號輸入端，當需要控制電機正傳的時候，將PWM1訊號使能，PWM2訊號關閉；當需要控制電機反轉的時候，先將PWM1關閉，再將PWM2使能，這裡利用微控制器設定“死區”時間，來保證H橋的正常工作。

5.整體電路設計

5.1硬體電路設計

考慮到使用的模擬軟體是Mulsitim，該軟體中沒有整合的晶片H橋驅動晶片，所以最後選擇以5V/0.35A小型直流電機控制電路進行模擬。控制電機轉速的PWM在模擬軟體中，結合在課堂學習的滯回比較器使用運放產生可調節佔空比的PWM電路。

在PWM電路中，通過調節R2、C2、R12、R8來調節PWM的頻率。調節比較器的同相輸入端的電壓，來改變佔空比。

5.2電路模擬

5.3模擬結果分析

電機啟動時：

4通道示波器中紅色顯示的為PWM的佔空比，此時的佔空比為60%。黃色為編碼器的輸出為+5V的脈衝訊號，當電機轉動時，編碼器模擬的前面設計的對射式槽型光耦。在啟動的過程中，可以看到編碼器輸出高電平的時間再減少，說明轉速是在增加。綠色線是測量的RPM，在模擬中用到了Rad/S轉RPM轉換器，轉換成電壓讀數是90V。紫色線是直接測量電機軸的輸出，在軟體中轉速是以電壓體現的，在穩定的時候，轉速轉換成電壓讀數為189V。
佔空比改變時：

紅色顯示的PWM佔空比，此時的佔空比是80%，與圖16相比，可以看到當佔空比增加的時候，電機的轉速增加，紫色線是轉速電壓示數為392V，佔空比增加，轉速明顯增加。同時可以看到啟動的時間也有所減小。
電機反轉時：

6.總結

通過設計電機驅動電路，對槽型光耦感測器，H橋驅動電路，三極體搭建的H橋電路，以及利用三極體進行邏輯取反，利用運放搭建矩形波等等內容進行了相應的學習。加深了對直流電機驅動電路的設計的理解，同時熟練了mulsitim模擬軟體的使用。在完成的過程中，遇到了理論性知識的錯誤，特別是控制分離元件的H橋邏輯，開始竟然理解錯誤了，後來實際的模擬和分析才發現了問題所在。