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1、基于单片机的直流电机 PWM 调速控制系统设计I摘要本文主要研究了利用 MCS-51 系列单片机控制 PWM 信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。本文中采用了专门的芯片组成了 PWM 信号的发生系统， 并且对 PWM 信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对 PWM 信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到 A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行 PI 运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI 运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实
2、现。关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算，直流电动机IIABSTRACTThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies theprinciples of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. Whats more,tachogenerator i
3、s used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduc
4、es in detail the idea of the programming and how to make it.Key words:PWM signal 、tachogenerator、PI calculation、 DC MotorII目录目录1 引言11.1 课题背景11.1.2 开发背景11.1.3 选题意义21.2 研究方法及调速原理21.2.1 直流调速系统实现方式41.2.2 控制程序的设计52 系统硬件电路的设计62.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计62.2 AT89S51 单片机简介62.2.1 AT89S51 单片机的组成62.2.2 CPU 及部分部件的作用和
5、功能72.2.3 AT89S51 单片机引脚图82.3 单片机系统中所用其他芯片选型82.3.1 地址锁存器82.3.2 程序存储器92.3.3 数据存储器102.4 AT89S51 单片机扩展电路及分析113 PWM 信号发生电路设计133.1 PWM 的基本原理133.2 系统的硬件电路设计与分析133.3 H 桥的驱动电路设计方案144 功率放大驱动电路设计164.1 芯片 IR2110 性能及特点164.2 IR2110 的引脚图以及功能164.3 IR2110 的极限参数和限制：175 主电路设计195.1 延时保护电路19III目录5.2 主电路195.3 输出电压波形225.4
6、测速发电机225.4.1 电机速度的测量并显示功能仿真225.5 滤波电路235.6 A/D 转换235.6.1 芯片 ADC0809 介绍235.6.2 ADC0809 的引脚及其功能246 系统功能调试257. 系统软件部分的设计287.1 PI 转速调节器原理图及参数计算287.2 系统中的部分程序设计297.2.1 单片机资源分配297.2.2 主程序297.2.3 程序流程图33总结35致谢36参考文献37IV本科毕业论文1 引言1.1 课题背景1.1.2 开发背景在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、
7、电唱机、录相机、电子计算机等，都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 两相低电压交流电机直流电机的特点是启动转矩大，最大转矩大，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器可以应用在造纸印刷、纺织印染、光缆设备、电工技术设备、食品加工机械、橡胶加工机械、生物制药设备、电路板设备、实验器
8、材 、特种加工、轻工业、 输送设备 车辆工程、医疗设备、通讯设备、雷达设备 等行业中。高性能的交流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史的必然。尽管如此，我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名机电工程专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。1本科毕业论文1.1.3 选题意义直流电机拥有有良好的起制动性能，可应用于在大范围内的平滑调速，也可广泛的应用于许多需要调速或正反向的电力拖动领域中。在控制角度来看，直流调速更是交流拖动系统的基础。早期的控制系统较大部分以模拟电路作为基础， 有运算放大器、非线性集成电路和少量数字电路
9、等，控制系统的硬件部分功能比较复杂，功能比较单一，而且软件系统不灵活、不好调试，不利于直流电动机调速技术发展和应用范围。伴随着单片机控制技术的快速发展，使得许多控制功能算法以及软件得以完成，为直流电动机调速控制提供了更大的发展空间，并使系统达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。传统的控制系统采用模拟元件，虽然满足了生产要求，但由于元件易老化和使用时容易受到干扰影响，并且线路很复杂，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度
10、发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用， 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。因此实现直流无级调速对我们社会生产和生活有着重大的意义。1.2 研究方法及调速原理直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的机械特性曲线有所不同。对于直流电动机的转速有以下公式：2本科毕业论文n=U/C f -TR /C C f（公式 1-1）c内r c其中：U电压； R励磁绕组电阻；内f 磁通(Wb)；C 电势常数；C 转矩常量。cr由上式可知，直流电机的速度控制分两种方法，有电枢控制法和磁场控制法。比较两种方法优劣，对
11、于磁场控制法，其控制功率较小，低速传动时易受到磁极饱和限制，而高速传动时又受到换向火花和换向器结构限制。所以磁场控制法并不合适，电枢控制法在电机调速中是比较常用的方法。直流电动机的基本结构直流电机的结构是多种多样的 ,但任何直流电机都包括定子部分和转子部分,这两部分间存在着一定大小的气隙 ,使电机中电路和磁场发生相对运动.直流电机定子部分主要由主磁极,电刷装置和换向极等组成,转子部分 主要由电枢绕组,换向器和转轴等构成，如图 1-1 所示：图 1-1 直流电机的工作原理图电枢控制即在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上， 以控制电机的转速。在电机调速中广泛使用，其中脉宽调制应用
12、广泛。脉宽调速的概念是利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内3本科毕业论文“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。max根据上图，当电动机始终接通电源时，电机转速最大为 V，占空比为 D=/T，D则电机的平均速度为： V=Vmax*D ，可见只要改变占空比 D，就可以得到不同的电机速度，从而实现调速。1.2.1 直流调速系统实现方式PWM 为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现 PWM，在 PWM 调速系统中占空比是一个重要参数，电源电压不变时，电枢端电压的平均值取决于占空比的大小，改变的值可
13、以改变电枢端电压的平均值：11、定宽调频法：保持t 不变，只改变 t，使周期也随之改变。1t2、调宽调频法：保持 t 不变，只改变，使周期或频率也随之改变。1t3、定频调宽法：保持周期 T(或频率)不变，同时改变和 t。1，2 方法在调速时改变了控制脉冲的周期或频率，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因而不合适，用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。4本科毕业论文1.2.2 控制程序的设计控制程序设计有分软件延时法和计数法。用软件延时法的思路是：先计算占空比（t(1)/T），再由周期给电动机通电 M 个单位时间 t(0)，所以 M= t(0)/ t(1)。
14、再断电 S 个单位时间，所以 S= t(2)/ t(0)。改变了 M 和 S 的值，也就改变了占空比的值。而计数法的原理是：先计算单位延时个数 M，作为定值存放于任意一个存储单元中。等通电时，对通电单位的时间的次数进行计算，且与存储器内容相比较。若计数值和给定的值相等时，则使电动机断电，若不相等，则要输出控制脉冲。软件采用定时中断进行设计。当单片机上电后，系统进入准备状态。当按动按钮后执行相应的程序，根据 P1.1 的高低电平决定直流电机正反转。根据加、减速按钮，调整 P1.1 输出高低电平的占空比，从而可以控制高低电平的延时时间， 进而控制电压的大小来决定直流电机的转速。5本科毕业论文2 系
15、统硬件电路的设计2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计本系统采用 AT89S51 控制输出数据，由 PWM 信号发生电路产生 PWM 信号，送到直流电机，直流电机通过测速电路，滤波电路，和 A/D 转换电路交数据重新送回单片机，进行 PI 运算，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。PWM 信号的产生与放直大流主控芯片A/D滤波测速转换电路发电机图 2-1 系统总体设计图2.2 AT89S51 单片机简介2.2.1 AT89S51 单片机的组成AT89S51 单片机由 CPU 和 8 个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用 CPU 加上外围芯片的结构
16、模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示：6本科毕业论文2.2.2 CPU 及部分部件的作用和功能中央处理器 CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。内部数据存储器：AT89S51 芯片中共有 256 个 RAM 单元，能作为存储器使用的只是前 128 个单元，其地址为 00H7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128 个单元，简称内部 RAM。内部程序存储器：AT89S51 芯片内部共有 4K 个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部 ROM。定时器：AT89S51 片内有 2 个 16 位的定时器，用来实现定时或者计数功能， 并且以
17、其定时或计数结果对计算机进行控制。中断控制系统：该芯片共有 5 个中断源，即外部中断 2 个，定时/计数中断 2个和串行中断 1 个。7本科毕业论文2.2.3 AT89S51 单片机引脚图2.3 单片机系统中所用其他芯片选型2.3.1 地址锁存器地址锁存器可以选择多种,8282 是地址锁存器，功能与 74LS373 类似，但本系统选用 74LS373 作为地址锁存器，考虑到其应用的广泛性以及具有良好的性价比，成为目前在单片机系统中应该较广泛的地址锁存器。 74LS373 片内是 8 个输出带三态门的 D 锁存器。当使能端呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时
18、芯片的输出控制端为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。其引脚图如下所示：8本科毕业论文2.3.2 程序存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分，其中程序存储器是单片机中非常重要的存储器，但由于其存储空间不足，常常需要对单片机的存储器空间进行扩展， 扩展程序存储器常用芯片有 EPROM（紫外线可擦除型），如 2716（2KB）、2732（4KB）、 27256（32KB）等，另外还有5V 电擦除 E2PROM，如 2816（2KB）、2864（8KB）等。考虑到系统功能的可扩展性以及程序功能的扩展，本系统采用 16KB 的 27128 作为程序存储器扩展芯片，在满足
19、系统要求的前提下还存有一定的扩展空间，是本系统最合适的程序存储器扩展芯片。27128 的引脚图如图所示：9本科毕业论文2.3.3 数据存储器AT89S51 单片机有 128B RAM，当数据量超过 128B 也需要把数据存储区进一步扩展。常用 RAM 芯片分静态和动态两种。静态 RAM 有 6116(2KB)、6264(8KB)等， 动态 DRAM2164(8KB)等，另外还有集成 IRAM 和 E2PROM。使用 E2PROM 作数据存储器有断电保护数据的优点。数据存储器扩展常使用随机存储器芯片，用的较多的是 Intel 公司的 6116 容量为 2KB 和 6264 容量为 8KB。本系统
20、采用容量 8KB 的 6264 作为数据存储器扩展芯片。其引脚如下图所示：10本科毕业论文2.4 AT89S51 单片机扩展电路及分析接线分析：P0.7-P0.0：这 8 个引脚共有两种不同功能，分两种不同情况。第一种是AT89S51 单片机不带片外存储器， P0 口作为通用 I/O 口使用，P0.7-P0.0 用于传送 I/O 数据。第二种是 AT89S51 带片外存储器，P0.7-P0.0 在 CPU 访问片外存储器时，用于传送片外存储器低 8 位地址，最终传送 CPU 对片外存储器读写的数据。P2.7-P2.0：这组接口的第一功能可以作为 I/O 使用。它的第二功能与 P0 口引脚第二功
21、能之间相互配合，作用是输出片外存储器高 8 位地址，选中片外存储器的单元，但是并不能像 P0 口那样可以传送存储器读写数据。P3.7-P3.0：该组引脚能为传送用户输出/输入的数据。其第二功能作为控11本科毕业论文制用，每个引脚不尽相同。V 为+5V 电源线，VCCSS为接地线。ALE/ PROG ：地址锁存/编程线，配合 P0 口引脚第二功能的使用，在访问片外存储器的时后，AT89S51 的 CPU 在 P0.7-P0.0 的引线上输出片外存储器的低 8位地址，AT89S51 下降沿把这个片外存储器低 8 位地址锁存到外部地址锁存器， 空出 P0.7-P0.0 去传送片外存储器的读写数据。E
22、A /VPP：允许片外的存储器/编程电源线，可以控制 AT89S51 选择使用片内ROM 还是选择使用片外 ROM。如果 EA =1，那么则允许使用片内；如果 EA =0，那允许使用片外。XTAL 1 及 XTAL 2：片内振荡电路的输入线，用来连接 AT89S51 片内 OSC 的定时反馈电路。石英起振时，应能在 XTAL 2 线上导出一个 3v 正弦波，便于 AT89S51片内的 OSC 电路按石英晶振同样频率振荡，C1C2 两个电容可以帮助起振，调节它们同样可以微调 f 。OSC12本科毕业论文3 PWM 信号发生电路设计3.1 PWM 的基本原理调速采用 PWM（Pulse Width
23、 Modulation）脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。 PWM 的定义:脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变化， 其时间和幅度的分辨率都没有限制。3.2 系统的硬件电路设计与分析电动机 PWM 驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。本电路采用的是基于 PWM 原理的 H 型桥式驱动电路。PWM 电路由复合体管组成 H 型桥式电路构成，四部分晶体管以对角组合可以分为 2 组：两个输入端高低电平控制晶体管是否导通或截止。4 个二极管在电
24、路中的作用是防止晶体管产生不当反向电压，以及电机两端电流和晶体管13本科毕业论文上的电流过大保护。在实验中的控制系统电压统一为 5v 电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制的电压最高是 5V，还有三极管本身有压降，电机两端电压有 4V 左右，严重削弱了电机驱动力。因此，我们可以运用了 TLP521-2 光耦集成块，将控制的部分和电机驱动的部分相隔离。输入端各通过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分通过外接 12V 电源驱动。这样提高了各模块之间的隔离度，同样使驱动电流得到了大大的增强。3.3 H 桥的驱动电路设计方案H 桥式电动机驱动电路包括 4 个三极管和一个电机，因为它的
25、形状与字母 H 相似，故因此而得名。如下图 所示，要使电动机成功运转，须对对角线上的一对三极管通电。据不同的三极管对的导通通电的情况，电流会从右至左或相反方向流过电机，从而改变电机的转动方向。因此要想使电动机运转，必须使对角线上两个三极管通电。例如，当 Q2 管与14本科毕业论文Q13Q1Q3 管导通时，电流 从电源正极经 Q2 从左到右通过电机，再经 Q3 到电源的负极。同样 Q1 与 Q4 亦是如此，由电流箭头可看，驱动电动机将顺时针转动。15本科毕业论文4 功率放大驱动电路设计该驱动电路采用了 IR2110 集成芯片，该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。4.1 芯片 IR2110 性
26、能及特点IR2110 是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS 技术，于 1990 年前后开发并且投放市场的， IR2110 的概念即是双通道的高压或高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它可以把驱动高压侧和低压侧 MOSFET 或 IGBT 功能集成在一个封装内，外部接很少的元件就可以提供非常快的功耗，与此同时，IR2110 的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。4.2 IR2110 的引脚图以及功能引脚 1（LO）与引脚 7（HO）：对应引脚 12 以及引脚 10 的两路驱动信号输出端，使用中，分别通过一电阻接主电路中下
27、上通道 MOSFET 的栅极，为了防止干扰， 通常分别在引脚 1 与引脚 2 以及引脚 7 与引脚 5 之间并接一个 10K的电阻。引脚 2（COM）：下通道MOSFET 驱动输出参考地端，使用中，与引脚13（Vss）直接相连，同时接主电路桥臂下通道 MOSFET 的源极。引脚 3（Vcc）：直接接用户提供的输出极电源正极，并且通过一个较高品质的电容接引脚 2。引脚 5（Vs）：上通道 MOSFET 驱动信号输出参考地端，使用中，与主电路中上下通道被驱动 MOSFET 的源极相通。16本科毕业论文引脚 6（V ）：该端阳极通过阴级与引脚 3 的高反压，恢复二极管相连，与用B户的输出极电源相连，
28、对 Vcc 的参数要求为大于0.5V。引脚 9（VDD）：芯片的输入级电源端，使用中，接用户为该芯片高性能的电源，为了抗干扰，该端应该通过高性能的去耦网络的接地，该端可以和引脚 3（Vcc） 使用同一个电源，同样也可以把他们分开使用两个相互独立电源。引脚 10（HIN）与引脚 12（LIN）：驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率 MOS 器件的驱动信号的输入端。在应用过程中，接用户脉冲部分相对应的两路输出，一般对这两个信号限制为 V-0.5V 至 V+0.5V，这里 V与 V 分别把他们相连接到ssccssccIR2110 的引脚 13（Vss）与引脚 9（VDD）端电压值。引脚 11（SD）：保护
29、信号的输入端，当该引脚为高电平时， IR2110 输出的信号全部被封锁，其对应的输出端是低电平，但当该端接到低电平时，则 IR2110 的输出相应伴随引脚 10 与 12 的变化而变化。引脚 13（Vss）：芯片工作参考地端，使用中，直接与供电电源地端相连，所有去耦电容的一端应接该端，同时与引脚 2 直接相连。引脚 8、引脚 14、引脚 4：为空引脚。如图 4.24.3 IR2110 的极限参数和限制：最大高端工作电源电压 V ： -0.3V 至 525VB门极驱动输出最大（脉冲）电流 IOMAX：2A最高工作频率 fmax：1MHz工作电源电压 Vcc：-0.3V 至 25V17本科毕业论文
30、贮存温度 Tstg：-55 至 150C工作温度范围 T ：-40 至 125CA允许最高结温 Tjmax：150C逻辑电源电压 VDD：-0.3V 至 VSS+25V允许参考电压 Vs 临界上升率 dVs/dt：50000V/s高端悬浮电源参考电压 Vs：V -25V 至 V +0.3VBB高端悬浮输出电压 VHO：Vs-0.3V 至 V +0.3VB逻辑输入电压 VIN：Vss-0.3V 至 VDD+0.3V逻辑输入参考电压 Vss：Vcc-25V 至 Vcc+0.3V低端输出电压 VLO：-0.3V 至 Vcc+0.3V功耗 P ：DIP-14 封装为 1.6WD图 4.218本科毕业论
31、文5 主电路设计5.1 延时保护电路利用 IR2110 芯片的完善设计可以实现延时保护电路。R2110 使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率 MOS 器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率 MOS 器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。5.2 主电路从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4 或者 Q2、Q3 是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双 PWM 信号来控制直流电
32、机的正转以及它的速度。将 IC1 的 HIN 端与 IC2 的 LIN 端相连，而把IC1 的 LIN 端与 IC2 的 HIN 端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。在 HIN 为高电平期间，Q1、Q4 导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：当 IC1 的 LO 为低电平而 HO 为高电平的时候，Q2 截止，C1 上的电压经过 VB、IC 内部电路和 HO 端加在 Q1 的栅极上，从而使得 Q1 导通。同理，此时 IC2 的 HO 为低电平而 LO 为高电平，Q3 截止，C3 上的电压经过 VB、IC 内部电路和 HO 端加在 Q4 的栅极上，从而使得 Q4 导
33、通。19本科毕业论文电源经 Q1 至电动机的正极经过整个直流电机后再通过 Q4 到达零电位，完成整个的回路。此时直流电机正转。在 HIN 为低电平期间，LIN 端输入高电平，Q2、Q3 导通，在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下：当 IC1 的 LO 为高电平而 HO 为低电平的时候，Q2 导通且 Q1 截止。此时 Q2 的漏极近乎于零电平，Vcc 通过 D1 向 C1 充电，为Q1 的又一次导通作准备。同理可知，IC2 的 HO 为高电平而 LO 为低电平，Q3 导通且 Q4 截止，Q3 的漏极近乎于零电平，此时 Vcc 通过 D2 向 C3 充电，为 Q4 的又一次导通作准备。
34、电源经 Q3 至电动机的负极经过整个直流电机后再通过 Q2 到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。设 PWM 波的周期为 T，HIN 为高电平的时间为 t1，这里忽略死区时间，那么LIN 为高电平的时间就为 T-t1。HIN 信号的占空比为 D=t1/T。设电源电压为 V， 那么电枢电压的平均值为：Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T= ( 2 t1 T ) V / T= ( 2D 1 )V定义负载电压系数为 ， = Vout/ V, 那么 = 2D
35、 1 ；当 T 为常数时，改变 HIN 为高电平的时间 t1，也就改变了占空比 D，从而达到了改变 Vout的目的。20本科毕业论文D 在 01 之间变化，因此 在1 之间变化。如果我们联系改变 ，那么便可以实现电机正向的无级调速。当 =0.5 时，Vout=0,此时电机的转速为 0；当 0.5 1 时，Vout为正，电机正转；当 =1 时，Vout=V,电机正转全速运行。21本科毕业论文5.3 输出电压波形图 电压波形5.4 测速发电机测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机，分为直流与交流两种。其绕组和磁路经过精确设计，输出电动势 E 和转速 n 成线性关系，即E=kn，其中k 是常数
36、。改变旋转方向时，输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴连接时，只要检测出输出电动势，即可以获得被测机构的转速，所以测速发电机又可以称为一种速度传感器。测速发电机广泛应用于各种控制系统中，作为一种检测速度元件，它可以调节电机的转速也可以通过反馈作用，用以提高系统稳定性或者系统的精度。5.4.1 电机速度的测量并显示功能仿真对电机转速的显示，为使用者提供了更为直观的界面。用户可以根据液晶显示屏上的数字，调整电机的转速，为调速提供了方便。从显示数字的稳定程度，22本科毕业论文也可以判断电机转速的稳定性。若显示数字几乎不变，则说明电机工作十分稳定； 与之相反，显示数字不停地变化，则说
37、明电机工作非常不稳定。图直流电机系统的 Proteus 仿真5.5 滤波电路图滤波电路5.6 A/D 转换5.6.1 芯片 ADC0809 介绍ADC0809 是 8 位、逐次比较式 A/D 转换芯片，具有地址锁存控制的 8 路模拟23本科毕业论文开关，应用单一的+5V 电源，其模拟量输入电压的范围为 0V-+5V，其对应的数字量输出为 00H-FFH，转换时间为 100s，无须调零或者调整满量程。5.6.2 ADC0809 的引脚及其功能ADC0809 有 28 个引脚，其中 IN -IN 接 8 路模拟量输入。ALE 是地址锁存允07许，V +REF、V -REF接基准电源，在精度要求不太
38、高的情况下，供电电源就可以作为基准电源。START 是芯片的启动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的 A/D 转换。EOC 是转换结束信号，可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。 OE 是输出允许端。CLK 是时钟端。DB -DB 是数字量的输出。ADDA、ADDB、ADDC 接地址线07用以选定 8 路输入中的一路，详见下图。24本科毕业论文6 系统功能调试仿真整体图如下：直流电机的调试功能仿真如下图：1、正转时，电机正转，数码管最高位显示“三” ,其它三位先所给定频率，如下图：25，口，口，口，口，口尸口，口，口1,2,2,2,2,2,2,2,Z?，习,3工1,，习三，习，二，本科毕业论
39、文E2、反转时，电机反转，数码管最高位显示“ F”,其它三位先所给定频率，如下图：3、输出波形如下：4、加速分 5 档，波形依次如下：26本科毕业论文5、减速分 5 档，波形如下：27本科毕业论文7.系统软件部分的设计7.1 PI 转速调节器原理图及参数计算图 3.1 转速调节器原理图按照典型 II 型系统的参数选择方法, 转速调节器参数和电阻电容值关系如下:Kn = Rn/ R0Tn = Rn/ CnTon = 1/4 R0 * Con参数求法： 电动机 P=10KW U=220V I=55A n=1000 转/分 电枢电阻 R=0.5 欧姆 取滤波电路中 Ro=40 千欧 Rn=470 千
40、欧 Cn=0.2uF Con=1uF 则： Umax=220VUmin=（220/0.9）*0.5=122V Yi-1=0W=1000 转/分P=Kp=Rn/Ro=11.7I=Kp*T/Ti=12528本科毕业论文7.2 系统中的部分程序设计7.2.1 单片机资源分配工作寄存器 0 组R -RO700H-07H数据缓冲区30H-7FHPSW.4（RS =0）PSW.3(RS =0)；选中工作寄存器 0 组10P0 口地址80HP1 口地址90HP2 口地址A0HP3 口地址B0H堆栈（SP）81H定时器/计数器控制TCON88H定时器/计数器方式控制TMOD89H定时器/计数器 0 低字节TL
41、08AH高字节TH08CH定时器/计数器 1 低字节TL18BH高字节TH18DH中断 1PI 采样（u ）i中断 0A/D 采样P1 口预置WP0 口测量值（实测 Y）7.2.2 主程序0000AJMPSTART29本科毕业论文START：CLRPSW.4CLRPSW.3；选中工作寄存器 0 组CLRCMOVR0，4FHCLEAR1：MOVCLR INC DJNZA ，30HA AR ，CLEAR1；清零 30-7FH0SETBTR0；定时器/计数器 0 工作MOVTMODE，#01H；定时器/计数器工作在方式 1SETBEA；总中断开放SETBIT0；置 INTO 为降沿触发SETBIT1；置 INT1 为降沿触发LJMPMAINLJMPCTCOLCALLSAMPLEFosc=12MHZ，用一个定时器/计数器定时 50ms，用R 作计数器，置初值 14H，到2定时时间后产生中断，每执行一次中断服务程序，让计数器内容减 1，当计数器内容减为 0 时，则到 1s。30本科毕业论文PI 控制算法:U =U+K (e -e)+(K *T/T )*ei