直流电机调速控制系统设计.

（学校名字）计算机控制技术课程设计直流电机调速控制系统设计学生姓名xxx学号xxx学院名称xxx专业名称xxx指导教师xxxxx年xx月xx日徐州工程学院课程设计I目录1系统方案设计............................................................11.1直流电机调速控制原理说明..............................................11.2直流电机调速控制系统原理图............................................21.2.1电动机调速系统框图................................................21.2.2调速系统原理图....................................................22系统硬件设计............................................................42.1滑动变阻器的作用与选择................................................42.2AT89C51单片机.........................................................42.2.1AT89C51单片机功能及引脚说明......................................42.2.2PWM的输出方式与端口的选择.........................................62.3PWM功率放大电路.......................................................82.4电机驱动...............................................................82.4.1元器件的选择.......................................................82.4.2电机驱动的原理.....................................................82.4.3电机驱动的优势.....................................................92.4.4电机驱动的不足.....................................................92.5直流电动机............................................................92.6速度测量电路原理说明和器件选择.......................................102.7显示电路原理与芯片的选择.............................................11结论.......................................................................13参考文献..................................................................14徐州工程学院课程设计11系统方案设计1.1直流电机调速控制原理说明图1.1所示电枢电压为Ua，电枢电流为Ia，电枢回路总电阻为Ra,电机常数K，励磁磁通量是φ。直流电机的转速计算公式如下：n=(Ua-IaRa)/Kφ，其中Ua为电枢端电压，Ia为电枢电流，Ra为电枢电路总电阻，φ为每极磁通量，K为电动机结构参数。其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说：电机常数K=pN/60a,意味着电机确定后，该值是不变的。而在Ua-IaRa中，由于Ra仅为绕组电阻，导致IaRa非常小，所以Ua-IaRa约等于Ua。由此可见我们改变电枢电压时，转速n即可随之改变，同时可以看出，转速和Ua、Ia有关，并且可控量只有这两个，因此我们可以通过调节这两个量来改变转速。我们知道，公式中的Ia可以通过改变电压进行改变，而我们常提到的PWM控制也就是用来调节电压波形的常用方法，这里我们也就是用PWM控制来进行电机转速调节的。通过单片机输出一定频率的方波，方波的占空比大小绝对平均电压的大小，也决定了电机的转速大小。直流电机原理图如下所示：图1.1直流电机原理图MIa+-UaRar徐州工程学院课程设计21.2直流电机调速控制系统原理图1.2.1电动机调速系统框图图1.2.1电动机调速系统框图其中Ui为给定值，从输入端输入，然后经过功率放大器，带动电动机工作，从而获得输出端的输出转速n，再由测速机测量电动机的转速，通过比较器进行比较，与所需要的转速经过比较，看是否满足需要，若不满足，改变给定值的大小。1.2.2调速系统原理图图1.2.2调速系统原理图在图1.2.2的原理中，由计算机进行总控制，滑动变阻器为手动控制系统，由计算机比较电动机构工作机构功率放大器eUaUi测速机Un_干扰量给定值显示电路AT89C51滑动变阻器PWM功放电路速度测量电机驱动计算机M徐州工程学院课程设计3对单片机AT89C51进行控制，改变输入，使单片机的一个I/O端口作为输出指令端口，产生PWM控制波形，经过电机驱动带动直流电动机工作，产生的转速经过速度测量装置，再反馈给单片机最终由显示电路显示，然后根据显示器的显示数值，与所需的输出值进行比较，若不吻合，则通过调节活动变阻器，改变阻值，最后由单片机再反应给下一阶段，再重复一开始的步骤，最终达到改变转速的目的徐州工程学院课程设计42系统硬件设计2.1滑动变阻器的作用与选择滑动变阻器是电路中的一个重要元件，它可以通过移动滑片的位置来改变自身的电阻，从而起到控制电路的作用。在电路分析中，滑动变阻器既可以作为一个定值电阻，也可以作为一个变值电阻。在本电路系统中，主要充当改变电阻值，从而改变电动机转速的作用。图2.1分压式滑动变阻器原理图之所以采用分压式滑动变阻器，主要是因为本电路要求待测用电器电流及其两端电压可变范围较大，这样电动机的调速范围也可以相对较大，能够满足设计需要。2.2AT89C51单片机2.2.1AT89C51单片机功能及引脚说明AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。徐州工程学院课程设计5引脚排列如图所示。图2.2AT89C51引脚图VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P1.0P1.0P1.2P1.0P1.1P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.3(INT1)P3.2(INT0)P3.5(T1)P3.4(T0)EA/VPPXTAL1XTAL2RSTP3.7(RD)P3.6(WR)(AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7(A8)P2.0(A9)P2.1(A10)P2.2(A11)P2.3(A12)P2.4(A13)P2.5(A14)P2.6(A15)P2.7VCCGND(RXD)P3.0(TXD)P3.1ALE/PROGPSENAT89C5112345678131215143119189171639383736353433322122232425262728402010113029徐州工程学院课程设计6P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，例如：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.2.2PWM的输出方式与端口的选择本实验采用PWM控制，因此需要一个数模转换装置，即A/D转换器。根据设计分析，选择DAC0832芯片。DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。最后在单片机的一个I/O端口设置为PWM输出指令。其指令程序如下：（其中使用了P10端口输出PWM，定义变量pwmvalue为占空比数值，信号频率为400Hz）#includeat89x52.hsbitPWM=P