基于单片机的直流伺服电机转速控制课程设计
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia（Ra+Rc）……………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动；改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的 直流电源开关频率, 改变负载两端的电压, 从 而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM 驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率 来接通和断开电源, 并且根据需要改变一个 周期内“接通”和“断开”时间的长短。通 过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来 达到改变平均电压大小的目的, 从而来控制 电动机的转速。也正因为如此, PWM又被称为 “开关驱动装置”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图（共阳的与之相反）
基于单片机AT89C51控制的直流电机PWM调速控制系统课程设计报告
第一章:前言1.1前言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的速度在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案1、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。
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法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来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
脉宽调速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“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
基于单片机的伺服电机转速控制系统
基于单片机的伺服电机转速控制系统摘要传统的晶闸管直流调速系统,其控制回路都是采用模拟电子线路构成的,晶闸管触发器多数还是采用分立元件组成的，这使得控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高。
针对传统的晶闸管直流调速系统的一些不足，提出了一种基于单片机的伺服电机转速控制系统的设计方法，并介绍了PID控制算法的设计。
本设计使用AT89C52作为控制芯片,以PI(比例-积分)调节控制算法为基础,采用软件编程产生脉宽比可控的脉宽调制信号,再通过功率放大电路H桥驱动电路来控制伺服电机电枢电压，从而完成对伺服电机转速的调节,达到了较好的控制性能。
同时通过4*4小键盘输入设定的伺服电机转速，用光电编码器来测定伺服电机转速，显示在4位LED 上。
关键词：直流调速；PID控制算法；AT89C52；脉宽调制；伺服电机The Servo Motor Speed Control System Based On MCUAbstractThe conventional DC drive system of SCR, which Control loop is consisting of simulate electronic circuits, and the SCR trigger is mostly made up of the discrete component, so the hardware devices are extremely complex in the Control loop，the installation and trial run difficultly, the relative failure rate is high. To solve the problems, this paper presents one kind design method of the servo motor speed control system based on MCU, and introduces the design of the PID control algorithm.This design uses AT89C52 as the controller chip, takes PI (proportion - integral) regulation control algorithm to be the foundation, adopts software programming to get the signal for Pulse-Width-Modulation, and controls the armature voltage of servo motor through H bridge driving circuit in power amplification electric circuit, thus it completes to adjust the servo motor rotational-speed, and achieves the good control performance. Meanwhile it set s the servo motor rotational-speed through the 4*4 small keyboard, and minutes the speed of the servo motor by the optical encoder, then shows the speed of the servo motor on the 4 LED.Key word: Direct-current speed regulation; PID control algorithm; AT89C52;Pulse-Width-Modulation; Servo motor目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题的研究背景及意义 (1)1.2 转速控制系统设计目标及技术要求 (3)第二章伺服电机转速控制系统设计 (4)2.1 系统硬件组成原理 (4)2.2 PID控制算法简介 (4)2.2.1 位置式PID控制算法 (6)2.2.2 增量式PID算法 (8)第三章硬件部分的设计 (12)3.1 直流电机调速原理 (12)3.2 PWM波形发生电路 (13)3.2.1 PWM基本原理 (13)3.2.2 PWM信号的产生 (14)3.3 PWM功率放大电路 (15)3.3.1 H桥驱动电路原理 (15)3.3.2 PWM驱动电路原理图 (17)3.4 测速电路 (18)3.5 键盘电路 (19)3.6 LED显示电路 (21)3.7 AT89C52的时钟电路 (23)3.8 AT89C52的复位电路 (24)第四章软件部分的设计 (26)4.1 主程序流程 (27)4.2 PID控制算法程序流程 (28)4.2.1 PID控制算法选择 (28)4.2.2 PID运算控制模块子程序 (29)4.3 按键处理子程序 (30)4.4 键盘扫描程序 (31)4.5 转速采集子程序 (31)4.6 LED显示子程序 (32)结束语 (33)附录A 基于单片机的伺服电机转速控制系统电路图 (34)附录B 源程序 (35)附录C 基于单片机的伺服电机转速控制系统器件一览表 (57)参考文献 (58)致谢 (60)第一章引言1.1 课题的研究背景及意义目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
计算机控制课程设计报告--基于单片机的直流伺服电机速度控制系统
《计算机控制技术》课程设计报告题目：基于单片机的直流伺服电机速度控制系统姓名：学号：专业：自动化年级：指导教师：2012年 12月 7日目录任务书 (2)参考资料 (3)设计步骤与内容 (7)设计总结 (12)任务书一、设计题目基于单片机的直流伺服电机速度控制系统二、设计目的1.加深理解和掌握计算机控制系统的组成结构和原理。
2.学习并掌握基于状态空间的状态控制器的原理和设计方法。
3.学习并掌握数字控制器的仿真和实验研究方法。
三、设计任务1.设计任务：基于单片机设计一个直流伺服电机闭环调速系统，利用电机上光电编码器所提供的转速脉冲信号，通过选择合适的数字控制算法，实现对给定的直流伺服电机的速度调节，要求在选定的目标转速范围（60—1800RPM）内，调速系统都具有较为快速、平稳和准确的响应性能。
提交一份课程设计报告，其中包含的主要内容：总体设计思路，测速算法的设计，控制算法的选择，系统工作流程，实验测试结果，分析讨论，程序源代码。
2.实验设备：参考资料Copal直流伺服电机：L298N直流电机\步进电机两用驱动模块：具体设计内容步骤与程序等：步骤：程序：#include "main.h"#define Kp 0.05#define Ki 0.05#define Kd 0.03#define Kt 0uchar code table[10] ={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};uchar code LED_W[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};uchar codesmd[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0xff} ;uchar code number[]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};uchar code smgm[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}; uchar code smgw[]={0,0,1,2,3,4,5,6,7};uint pulse,jj;float pre_err=0,last_err=0;float Up=0,Ui=0,Ud=0,Uout=0;uchar P2state,control_out;float speed_set=500,speed_measure;uint value1,value2,value3,value4;void Delay1(uint i){uchar x,j;for(j=0;j<i;j++)for(x=0;x<=20;x++);}void delay2(){uint i;for(i=0;i<400;i++) //控制延迟时间可以消影{}}void xianshi(){P0=~smgm[smgw[8]]; //第8位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%10]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[7]]; //第7位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%1000%100/10]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[6]]; //第6位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj%1000/100]]; //显示个位数字delay2();P0=~smgm[smgw[5]]; //第5位显示（左起为第1位）P2=smd[number[jj/1000]]; //显示个位数字delay2();}void pid(){pre_err=speed_set-speed_measure;Up=Kp*pre_err;Ui+=Ki*pre_err;Ud=Kd*(pre_err-last_err);last_err=pre_err;Uout=Up+Ui+Ud;if(Uout>=255)Uout=255;if(Uout<=0)Uout=0;control_out=(uchar)(Uout);value3=(uint)(control_out);}void delay(uint i){uint j,k;for(j=i;j>0;j--){for(k=255;k>0;k--)PWM_out(control_out);} }/*void keyscan(){P2state=P2;if((P2state&0x01)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x01)==0){speed_set+=10; }}if((P2state&0x02)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x02)==0){speed_set+=50; }}if((P2state&0x04)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x04)==0){speed_set+=100 ;}}if((P2state&0x08)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x08)==0){speed_set+=500 ;}}if((P2state&0x10)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x10)==0){speed_set-=10; }}if((P2state&0x20)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x20)==0){speed_set-=50; }}if((P2state&0x40)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x40)==0){speed_set-=100 ;}}if((P2state&0x80)==0){delay(250);P2state=P2;if((P2state&0x80)==0){speed_set-=500 ;}}}*/void main(){ECT_init();PWM_init();SCI_init();motor_H=1;motor_L=0;while(1){//keyscan();value1=(uint)(speed_set);PWM_out(control_out);//send_scope(value1,value2,value3,value4);//P0=0X00;xianshi();}}void int0() interrupt 0{pulse++;}void time0() interrupt 1{TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;speed_measure=pulse*15/2;//pulse/160/0.01*60 jj=speed_measure;value2=(uint)(speed_measure);pid();pulse=0;}设计总结：这是一次关于xxx同学跟xxx同学一起合作的计控课程设计，我们是这样分工的：xxx 主要是负责硬件调试这一块，xxx主要是负责软件与程序这一块，经过我们的通力合作，终于完成了这次课设，但是其中也遇到种种挫折，比如xxx同学的程序有些小问题，但是经过与同学们的对比跟互相讨论，我们也得到了修正，又比如xxx同学在调试过程中遇到电机在旋转，但是数码管显示的是乱码等情况，经验证程序跟接线都无问题，我们猜测是实验室提供的数码管有问题，于是我们找人换了个板，最终在规定时间内完成了这次课设。
基于单片机控制的直流电机调速系统设计
基于单片机控制的直流电机调速系统设计一、引言直流电机在工业自动化领域中广泛应用，其调速系统的设计是实现自动控制的关键。
本文将介绍一种基于单片机控制的直流电机调速系统设计方案，主要包括电机原理、硬件设计、软件设计以及实验结果与分析等内容。
二、电机原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其原理基于电磁感应和安培定律。
电机由定子和转子两部分组成，定子上绕有恒定电流，产生磁场，而转子上带有电流，与定子的磁场互相作用，产生力矩使电机旋转。
三、硬件设计1.单片机选择在本设计中，选择了一款功能强大、性能稳定的单片机作为控制核心，例如使用ST C89C51单片机。
该单片机具有丰富的GP IO口和定时器/计数器等外设，适合进行电机控制。
2.电机驱动电路设计电机驱动电路主要包括功率电源、运放电路和驱动电路。
其中，功率电源为电机提供稳定的直流电源，运放电路用于信号放大和滤波，驱动电路则根据控制信号控制电机的转速。
3.速度测量电路设计为了实时监测电机的转速，需要设计速度测量电路。
常见的速度测量电路包括光电编码器、霍尔传感器等，通过测量转子上感应物体的变化来获得电机的转速信息。
四、软件设计1.程序框架软件设计的目标是实现对电机转速的控制和监测。
基于单片机的软件设计主要包括主程序的编写、中断服务程序的编写以及定时器的配置等。
2.控制算法常见的直流电机调速算法包括电压调速法、P WM调速法等。
根据实际需求选择合适的算法，并根据测量到的转速信号进行反馈控制，实现对电机转速的精确控制。
五、实验结果与分析设计完成后，进行实验验证。
通过设置不同的转速需求，观察电机的实际转速与设定转速的误差，并分析误差原因。
同时还可以测试电机在不同负载下的转速性能，以评估系统的稳定性和鲁棒性。
六、总结基于单片机控制的直流电机调速系统设计是实现自动控制的重要应用。
本文介绍了该系统的硬件设计和软件设计方案，并展示了实验结果。
通过系统实现电机转速的精确控制，可以广泛应用于工业自动化领域。
推荐-基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计 精品
直流电机转速PID控制系统设计学院：专业班级：姓名：学号：指导老师：单片机原理课程设计任务书班级：自动化07 姓名：指导教师：曹利钢 20XX年6月7日教研室主任签字：年月日目录5778667第六章课程设计体会 (39)第七章参考文献 (39)第一章直流电机工作原理1.1 工作原理本设计中的电子钟的核心是AT89C51。
硬件电路主要由六部分构成：PID控制电路、复位电路、键盘电路、显示电路、串行通信电路以及温度检测电路。
PID控制电路是电子钟硬件电路的核心，没有PID控制电路，直流电机无法正常稳定运行。
本系统电路采用的晶振11.0592MHz，一号单片机定时器采用的是定时器0工作在方式2定时，用于实现一定时间的计时，定时时间为10ms。
复位电路可使单片机回复到初始状态。
键盘可实现对直流电机转速的设定及启动的操作。
温度检测是通过DS18B20芯片实现，在温度显示中还要注意数的转换。
在该设计中还用到定时器1工作在方式2用来产生9600的波特率，用在两片单片机之间串行传送数据。
1、外部中断INT1当电机转一圈时向外部中断进行一次中断计数，从而实现电机转速的测量。
2、一号单片机转速显示当电机转动时，显示部分可以把电机的设定转速或者是通过通信由温度计算的转速显示出来，同时在右侧部分显示电机当下的转速。
二号单片机的温度显示与之类似。
3、温度测量温度测量有专门的芯片DS18B20。
DS18B20 可编程温度传感器有 3 个管脚。
GND 为接地线，DQ 为数据输入输出接口，通过一个较弱的上拉电阻与单片机相连。
VDD 为电源接口，既可由数据线提供电源，又可由外部提供电源，范围 3．O～5．5 V。
当 DSI8B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的 0，1 字节。
单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式以 0．062 5℃／LSB 形式表示。
单片机控制直流电机课程设计报告
void delay(unsigned char dlylevel){
int i=50*dlylevel;
while(--i);}
此函数为带参数DLYLEVEL，约产生DLYLEVEL*400us的延时，因此一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数hlt和低电平持续时间系数llt组成，本设计中采用的脉冲频率为25Hz，可得hlt+llt=100，占空比为hlt/(hlt+llt)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量hlt，llt的值，该子程序流程图如图四。
MOV TL0,#0CH
SETB ET0 ;开定时器0
SETB EA
SETB TR0
LOOP:AJMP LOOP ;等待
AT89C51单片机功能强大，方便今后的功能扩展。通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化。同时对电动机控制不是一个简单的电子控制问题，它涉及很多方面的知识。相信单片机在今后的自动控制领域中将有更广阔的应用前景。相信该系统能成功运用于直流电机转速系统的实时监控，简化控制逻辑系统，而且成本低廉、功能完整、抗干扰性能好。能成功应用于直流电机转速调节、监控、保护场合，并且监控界面友好，使用方便。能够对直流电机实行实时监控，不仅大大改善了高速运行时的稳定性，而且还实现了保护功能。
SETB P2.0
CLR P2.2
SETB GORD ;置高低电平判断位为1
MOV GAO,LEN ;置高电平初值
MOV A,#100 ;置周期总长值
SUBB A,GAO ;求低电平比例值
MOV DI,A ;存低电平比例值
基于单片机的直流电动机转速控制系统设计
河南机电高等专科学校毕业设计（论文）基于单片机的直流电动机转速控制系统设计系部: 自动控制系专业: 电气自动化技术班级: 自111 班姓名:学号:指导老师: 田效伍二零一四年四月摘要近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响，且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。
其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。
所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。
本设计以AT89S52 单片机为控制核心，按照控制要求，自动地对直流电机的转速进行控制。
特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器及逻辑切换等硬件设备。
最后进行软件编程、调试。
本数字化直流调速系统实现了电机转速的调节，并具有结构简单，控制精度高等特点，而且各项性能指标优于模拟直流调速系统，从而能够实际的应用到生产生活中，满足现代生产的需要。
关键词：单片机控制；速度检测；速度控制ABSTRACTAs the fast development of microcomputer, AC/DC speed control system for digitization has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered by microprocessor possesses the advantages that it has higher standardization and lower cost, and it doesn ' t be influenced by temperaturedrift of devices. Single chip computer has been becoming theocrat of factory automatic and all kinds of controlling field because of its good function, small volume ,and good reliability .Furthermore, the control software of digital control system can carry through logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinary linear adjustability. In every aspects the function of digital control system has exceeded analog control system and is being used widely.This design is based with AT89S52 single chip computer and controls automatically the rotational speed of the direct current electric machinery. which has the characteristic that the analog trigger, current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices were replaced by single-chip computer; and finally put through the software programmer, testing and computer simulation. The result of real time control indicates that the digital DC speed control system realized the constant speed adjustability of the double closed-loop of electric current and rotate speed. This system also has the specialties such as simple structure, high control accuracy, low cost and easiness to be spread. In addition, its entire performance index is better than analog DC speed control system. As a result, the digital DC speed control systemcould be applied into production and ordinary life to satisfy the needs of modern manufacture.Keywords: Single chip microcomputer control system ；check the rotational speed；control the rotational speed目录1绪论1.1选题背景1.2选题的科学依据、意义1.3选题的研究内容 22直流调速控制电路设计 52.1控制电路总体设计 52.2控制器电路设计2.2.1时钟电路设计72.2.2A/D 转换电路设计2.2.3D/A 转换电路设计2.2.4人机界面电路设计2.2.5 触发电路设计2.2.6 报警电路设计25 2.2.7 电源电路设计263直流调速控制主回路设计273.1三相桥式全控整流电路设计273.2反馈传输电路设计293.3保护电路设计304系统的软件设计334.1系统软件程序设计334.2PID 的控制算法设计345系统的抗干扰措施395.1 系统中系统的抗干扰设计395.2系统的抗干扰措施主要方面395.2.1 供电系统的抗干扰措施395.2.2过程通道的抗干扰措施39参考文献40致谢41附录42第 1 章绪论1.1选题背景在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
基于单片机的直流电动机转速控制系统设计
基于单片机的直流电动机转速控制系统设计直流电动机是一种常用的电机类型，广泛应用于工业自动化控制系统中。
其转速的控制对于系统的稳定运行至关重要。
本文将基于单片机设计一个直流电动机转速控制系统，并分析其工作原理和关键技术要点。
一、系统设计原理直流电动机转速控制系统的基本原理是根据电动机的转速反馈信号来调节电机的驱动电压，以达到控制电机转速的目的。
在系统设计中，通过单片机来实现电机转速的控制和监测。
系统设计的基本流程如下：1.采集电机转速信号：通过连接速度传感器或编码器，可以实时采集到电动机转速的信号。
2.信号处理：通过单片机的输入端口将采集到的电机转速信号输入到系统中，经过滤波和放大等预处理后，得到可靠的转速反馈信号。
3.转速控制算法：根据转速反馈信号和设定的目标转速，通过单片机控制算法计算出电机的驱动电压，并输出控制信号。
4.驱动电路设计：通过PWM（脉冲宽度调制）技术将单片机输出的控制信号转换为合适的驱动电压，送入直流电动机。
5.反馈控制：将驱动电压传递给直流电动机后，通过转速反馈信号不断调整驱动电压，使得电机的转速逐渐接近目标转速，并保持在一个稳定的范围内。
二、系统设计关键技术要点1.速度传感器的选取：选择合适的速度传感器能够提供准确的转速反馈信号，常见的速度传感器有磁编码器、光电编码器等。
2.信号处理电路设计：对采集到的转速信号进行滤波和放大等预处理，以保证信号的稳定性和可靠性。
3.转速控制算法设计：通过单片机程序实现控制算法，如比例积分控制（PID）算法，以实现转速的精确控制。
4.驱动电路设计：采用PWM技术来实现电机驱动，通过单片机输出的控制信号调整PWM占空比，从而实现驱动电压的调节。
5.系统稳定性设计：在转速控制过程中，需要考虑转速的变化对系统稳定性的影响，并做出相应的控制策略，如过零检测等。
三、系统应用基于单片机的直流电动机转速控制系统广泛应用于各种需要精确控制转速的工业自动化领域，如机械加工、输送带控制、纺织印染、机器人等。
PIC单片机控制直流电机转速毕业设计
PIC单片机控制直流电机转速毕业设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于PIC18F458的直流电动机PWM调速控制系统设计张杰(甘肃农业大学工学院学院农电班06级) 摘要：当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用.长期以来，直流电动机因其转速调节比较灵活，方法简单,易于大范围平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位.它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。
随着现代化生产规模的不断扩大,各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。
为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义.本文设计是一套基于PIC单片机的直流电机控制器,作为其配套的试验装置。
论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。
硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以PIC16F458单片机为核心的硬件构成，对键盘电路、测量电路、显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图.论述了软件的设计思想和方法;实现了对直流电动机转动参数的设置、启动、停止、加速、减速和显示等功能.利用PIC 系列芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要.针对直流电机运行环境恶劣、干扰严重的特点，从系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑,并利用多种软件和硬件技术来提高和改善系统的抗干扰能力，有效地提高了系统的可靠性和实用性。
关键词：直流电机，PIC单片机，速度控制Abstract Nowadays，automatic control systems have been widely used and developed inEvery aspect of life. As the artery in the area of electric drive systems DC drives become more and more important in modem Production。
基于单片机的直流伺服电机控制系统设计
基于单片机的直流伺服电机控制系统设计摘要：直流电机由于其调速性能好,运行性能优越,具有极好的控制特性得到广泛的使用,小到遥控玩具、无人机,大到电动汽车、轮船火箭以及各种工业机械装置等都有应用。
因此对直流电机调速的研究有着最广泛的应用意义。
关键词：单片机；直流伺服；电机控制；系统设计1系统方案设计本文设计一种可调速的直流电机系统,使直流电机的转速能够快速、准确地达到给定值。
系统采用SST89E516RD系列单片机作为主控,捕捉电机自带的编码盘发出的速度脉冲信号,根据所得脉冲频率推算出电机的转速,运用PI算法计算出控制量,修改SST89E516RD的PCA模块寄存器值,实现测速反馈以使电机跟踪目标转速。
显示部分采用成本较为低廉的1602,可显示电机转速及控制量。
在数字式转速测量方法中最常用的有三种:M法、T法和M/T法。
其中M/T法的测速分辨率和精度是最好的,并且适用于大多数电机,即使在低速电机的高速高精度测速中,只要光电编码器的P值(光电脉冲编码器每转一圈发出的脉冲数)较大,就可兼顾高速测量和高精度结果输出。
M/T法同时测量检测时间和在此时间间隔内光电脉冲编码器发送的脉冲数来确定转速,它是用规定时间间隔Ts以后的第一个光电编码器发出的测速脉冲去终止高频时钟脉冲计数器,并根据此计数器值来确定检测时间。
检测时间为: 电机的转速为:式中,fc为高频时钟脉冲频率;P为光电脉冲编码器每转一圈发出的脉冲数。
在检测时间内,分别计取光电脉冲和高频时钟脉冲的脉冲个数m1和m2即可计算出电机转速值。
基于M/T测速法,可利用SST89E516RD系列单片机实现对直流电机转速的测量,其中光电脉冲用T1捕捉,T2定时10ms,T0计数时钟脉冲。
1.2控制算法的选择比例控制P可以提高系统的响应速度,减小系统的稳态误差,但P过大可能会影响系统的稳定性,甚至使系统不稳定。
比例控制P可以影响系统的现在。
积分控制I可以消除系统的静差,提高系统响应的准确性,但积分是使系统振荡的因素,积分因素过大,可能使系统超调过大,影响系统稳定。
基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计论文
基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计单片机原理课程设计任务书班级：自动化07 姓名：指导教师：曹利钢 2010年6月7日设计题目：基于单片机的直流电机转速PID控制系统设计设计任务和要求1.直流电机型号自选2.对直流电机转速实时显示3.对转速实现恒值控制4.转速控制范围：10％Nn～90％Nn，其中Nn为电机额定转速5.稳态精度达：±5r/min。
设计成果设计说明书一份电路图一份参考资料1.胡汉才.单片机原理及接口技术(第2版)[M].北京：机械工业出版社，20042.陈光东，赵性初.单片机微型计算机原理与接口技术(第2版)[M].武汉：华中科技大学出版社，1999教研室主任签字：年月日目录第一章直流电机工作原理 (4)1.1 工作原理 (4)1.2、直流电机PID控制原理方框图.......... 5矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
第二章硬件设计与实现 (8)2.1 硬件设计 (8)2.2系统面板图 (15)第三章流程设计 (17)3.1 软件设计流程图 (17)第四章程序说明 (20)4.1 直流电机部分程序 (20)4.2 温度检测部分程序 (28)第五章说明及调试 (36)6.1 调试过程 (36)6.2 运行结果 (37)第六章课程设计体会 (39)第七章参考文献 (39)第一章直流电机工作原理1.1 工作原理本设计中的电子钟的核心是AT89C51。
硬件电路主要由六部分构成：PID控制电路、复位电路、键盘电路、显示电路、串行通信电路以及温度检测电路。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
PID控制电路是电子钟硬件电路的核心，没有PID控制电路，直流电机无法正常稳定运行。
本系统电路采用的晶振11.0592MHz，一号单片机定时器采用的是定时器0工作在方式2定时，用于实现一定时间的计时，定时时间为10ms。
复位电路可使单片机回复到初始状态。
键盘可实现对直流电机转速的设定及启动的操作。
温度检测是通过DS18B20芯片实现，在温度显示中还要注意数的转换。
基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统课程设计
成绩运动控制系统课程设计题目: 基于单片机地直流伺服电机PWM控制系统院系名称: 电气工程学院专业班级: xxx学生姓名: xxx学号: xxxx指导教师: 石庆生摘要单片机是应控制领域应用地要求而出现地，随着单片机地迅速发展，起应用领域越来越广.尽管目前已经发展众多种类地单片机，但是应用较广、也是最成熟地还是最早有Intel 开发地MCS-51系列单片机（51系列单片机）.51系列单片机应用系统已经成为目前主流地单片机应用系统.直流电机脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation—简称PWM）调速产生于20世纪70年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜，自动记录仪表等地驱动，后来用于晶体管器件水平地提高及电路技术地发展，PWM技术得到了高速发展，各式各样地脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能.而MCS—51系列单片机作为应用最广泛地单片机之一，却没有PWM输出功能，本课设采用配合软件地方法实现了MCS—51单片机地PWM输出调速功能，这对精度要求不高地场合时非常实用地.目录1、前言 01.1单片机地发展史 01.2本设计任务 02、总体设计方案 (1)3、硬件电路设计 (1)3.1硬件组成 (1)3.2主要器件功能介绍 (2)3.2.1直流伺服电机简介 (2)3.2.2 PWM简介及调速原理 (3)3.2.3 传感器选择 (3)3.3电路组成 (4)3.3.1 晶振电路 (4)3.3.2 复位电路 (5)3.3.3 单相桥式整流电路 (6)3.3.4 调制电路 (6)4、系统软件设计 (7)4.1系统简介及原理 (7)4.2系统设计原理 (7)4.3程序流程图 (8)5、建模 (9)5.1控制框图 (9)5.2参数计算 (10)5.3PWM变换器环节地数学模型 (11)5.4仿真结果图 (12)总结 (13)参考文献 (14)附件1：汇编设计 (15)附件2： (17)1、前言1.1 单片机地发展史单片机作为微型计算机地一个重要分支,应用面很广,发展很快.自单片机诞生至今以发展为上百种系列地近千个分支.如果将8位单片机地推出作为起点，那么单片机地发展历史大致可以分为以下几个阶段：（1）第一阶段（1976—1978）：单片机地控索阶段.以Intel公司地MCS—48地推出是在工控领域地控索，参与这一控索地公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意地效果.这就是SCM地诞生年代，“单片机”一词由此而来.（2）第二阶段（1978—1982）：单片机地完善阶段.Intel公司在MCS—48地基础上推出了完善地，典型地单片机系列MCS－51.它在以下几个方面奠定了典型地通用总线型单片机体系结构.①完善地外部总线.MCS－51设置了经典地8位单片机地总线结构，包括8位数据总线16位地址总线控制总线及具有很多通信功能地串行通信接口.②CPU外围功能单元地集中管理模式.③体现工控特性地位地址空间及位操作方式.④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能地指令.（3）第三阶段（1982－1990）：8位单片机地巩固发展及16位单片机地推出阶段，也是单片机向微控制器发展地阶段.Intel公司推出地MCS－96系列单片机，将一些用于测控系统地模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机地微控制器地特征.随着MCS－51系列地广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用地电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路地功能，强化了智能控制地特征.（4）第四阶段（1990－）：微控制器地全面发展阶段.随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力地8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价地专用型单片机.1.2 本设计任务任务: 单片机为控制核心地直流电机PWM调速控制系统.功能主要包括：1)直流电机地正转；2)直流电机地反转；3)直流电机地加速；4)直流电机地减速；5)直流电机地转速在数码管上显示；6)直流电机地启动；7)直流电机地停止；2、总体设计方案总体设计方案地硬件部分详细框图如图一所示.图1键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应地PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速地控制.电动机地运转状态通过数码管显示出来.电动机所处速度级以速度档级数显示.正转时最高位显示“三” ，其它三位为电机转速；反转时最高位显示“F”，其它三位为电机转速.每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”.3、硬件电路设计3.1硬件组成本系统由PC机、MCS-51单片机开发系统、、PWM脉宽调制控制板以及直流伺服电动机等组成.具体相关硬件如下所示：二极管（1N4077）4个，场效应管（2SJ50）4个，非门74LS04 1个，与门74LS08 2个，电容（CAPACITOR）2个，芯片（AT89C51）1个，开关（BUTTON）3个，直流伺服电动机（MOTOR）1个，电阻（RES）4个，电源3个，地（GROUND）4个.如表3.1所示：3.2主要器件功能介绍3.2.1直流伺服电机简介伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号地要求而动作地电机，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号小时，转子能即使自行停转，由于这种“伺服”性能，因此而得名.按照在自动控制系统中地功用所要求，伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能.可控制性好是指寻好消失以后，能立即自行停转；稳定性高是指转速随转矩地增加而均匀下降，速应性强是指反应快，灵敏.直流伺服电动机在自动控制系统中常用作执行元件,对它地要求是要有下垂地机械特性、线性地调节特性和对控制信号能作出快速反应.该系统采用地是电磁式直流伺服电动机,其型号为45SY01型,其转速n地计算公式如下:n=E/KΦ=(Ua-IaRa)/KΦ式中n为转速。
基于单片机的直流伺服电机转速控制课程设计
近年来,随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入。
在仪器仪表、家用电器和专用装备的智能化以及过程控制等方面,单片机都扮演着越来越重要的角色。
作为高等工科院校,将单片机的应用引入实验教学必将对微电子控制技术的研究与实践注入强大活力。
我们研制的直流伺服电机控制实验装置即以单片机作为核心部件,它可完成对直流伺服电机转速、方向、行程的闭环控制。
本文重点论述该实验装置的硬件组成,软件设计以及控制方案的实施。
1 系统硬件组成本系统由IBM-PC机、MCS-51单片机开发系统、模拟控制板、PWM脉宽调制控制板以及带齿片和光电传感器的直流伺服电动机等组成。
1.1 以IBM-PC机作为本系统的辅助机为了便于对单片机进行有效的开发,通过RS-232串行接口直接与IBM-PC机相连,使单片开发机能充分利用IBM-PC的CRT、磁盘、打印机和各种软硬件资源。
可同时在IBM-PC机上进行编辑程序—交叉汇编—屏幕模拟调试,最后通过串行通讯软件将目标程序传输到单片开发机上,从而极大地方便了程序的调试。
1.2 MCS-51单片开发机通过一条40芯仿真插头使该单片开发机与直流伺服电机控制板相连,系统在总线控制器的作用下,使8031在监控状态和用户状态之间切换。
实验程序有单步断点、连续运行方式,包括INT0，INT1，T0，T1和串行口的中断服务程序。
1.3 模拟控制板该板由DAC0832数模转换器、译码电路、T1中断信号整形电路、运算放大器电路及三极管驱动电路组成。
译码电路完成对DAC0832的片选,0832芯片完成数字量到模拟量的转换。
四运放芯片F324,前两级运放构成双极性输出,其输出正、负由单片机输出的代码决定,即D7=0输出为正,D7=1输出为负,由此驱动电机正、反转。
第三级运放为电压放大,将±5V放大到±12V,运放后面跟着两级功放,为射级跟随器输出形式。
1.4 PWM脉宽调制控制板该板由T9224光电隔离、T1中断信号整形、电机转向控制以及功放驱动电路组成。
基于单片机的电机转速控制的课程设计
目录1引言 (1)2硬件设计 (2)2.1 MCS-51单片机系统简介 (2)2.1.1电源引脚 (2)2.1.2 时钟引脚: (2)2.1.3控制引脚 (2)2.1.⒋ I/O口引脚 (3)2.2硬件电路 (3)2.2.1开关部分硬件电路 (3)2.2.2比较器部分硬件电路 (4)2.2.3电动机部分硬件电路 (5)2.3寻轨小车的电路原理 (6)3．软件设计 (7)3.1主程序流程 (7)3.2程序设计原理 (8)3.3设计制作流程 (8)4. 设计总结 (9)参考文献 (10)附录 (11)1 引言在电气时代得今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。
直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。
本文设计了直流电机控制系统的基本方案，阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。
本系统采用MCS-51单片机对直流电机的转速进行控制，用脉宽调制方法调节电动机转速。
电子技术的高速发展，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进入到一个新的阶段。
直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。
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。
基于单片机的直流电机转速控制系统设计
基于单片机的直流电机转速控制系统设计一、设计目标和性能指标设计任务1）按键设定并显示转速，实时显示实际转速；2）按键控制电机起停、正反转；3）PWM转速闭环控制；4）PID算法控制。
性能指标1.转速调节范围：1500转/分--3000转/分2.测速误差<10%1二、设计方案本设计以STC12C5A16S2单片机为核心，完成转速控制的设计。
硬件系统包括单片机控制模块、按键模块、传感器模块、驱动模块、显示模块；软件部分由主函数控制模块、定时中断和外部中断模块、键盘部分、PID 控制转速模块、LCD初始化模块、LED指示模块等组成，软件编写由Keil C51完成。
设计原理是根据LCD显示原理、按键描显示原理、单片机的定时中断原理、外部中断将霍尔传感器所检测的脉冲进行计数原理。
设计了一个可以控制电机的启动和停止，显示当前转速显示，设定转速，通过PID算法计算控制得道相应的PWM，然后改变PWM的值实现对电机的控制。
三个独立按键中Mode键进行模式切换，UP、DN键可以对速度、PID参数进行修改。
此外，为方便显示还加了数码管和LED灯做指示。
在“实时速度显示”模块中，利用外部中断0对霍尔元件脉冲记数，输出送到单片机，在定时器0下对信号进行周期刷新，调用计算公式算出转速，在LCD 上显示实时速度；在转速控制中通过PID算法计算控制得道相应的PWM，然后改变PWM的值实现对电机的控制。
其系统组成结构图如1.1所示：2三、系统硬件设计单片机的最小系统单片机是一个复杂的同步时序电路。
主要包含两部分：时钟电路和复位电路。
时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
复位电路是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态。
单片机最小系统为转速控制的控制中心，包括一块STC12C5A16S2芯片、复位部分、晶振时间频率控制部分和电源部分。
复位部分采用外部复位电路，接在单片机的REST引脚，晶振采用频率为11.0592MHZ和15pF 电容，接18、19引脚。
(完整word版)基于单片机的直流电机转速控制
基于单片机的直流电机转速控制刘婕物理与电子工程学院电子信息工程08303427【摘要】电机在各行各业发挥着重要的作用，而电机转速是电机重要的性能指标之一，因而测量电机的转速和电机的调速，使它满足人们的各种需求。
随着科技的发展，PWM调速成为电机调速的一种方式。
本设计是单片机AT89S52和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统，利用AT89S52芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。
设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
实现对电机正转、反转、加速、减速的控制。
【关键词】AT89S52、直流电机、PWM调速、L298[Abstract] Motor plays an important role in all walks of life, and the motor speed motor is one of the important performance, thus measuring the rotational speed of the motor and the motor speed, to make it meet the needs of people. With the development of science and technology, PWM control of motor speed in a way to become. This design is a single chip AT89S52 and L298 control of DC motor PWM speed control system, using AT89S52 chip for low cost DC motor control system design, using PWM control mode, by changing the PWM duty ratio so as to change the motor armature voltage, and then the motor speed control. Design of the whole control system, the hardware structure using a large number of integrated circuit module, greatly simplifying the hardware circuit, improves the stability and reliability of the system, so that the performance of the whole system is improved. Realization of the motor is transferred, reverse, acceleration, deceleration control[Key Words]AT89S52、DC motor、PWM Speed Autormatic、L298目录1 引言 (5)1.1. 电机在国民经济中的作用 (5)1.2. 电机的发展史 (5)1.3. 单片机的概述 (6)1.4. 单片机的发展趋势 (6)2系统论述 (7)2.1 设计思路 (7)2.2 设计框图 (7)2.3 基本原理 (8)2.3.1 直流电机工作原理 (8)2.3.2 PWM调速工作原理 (9)3 芯片和模块分析 (10)3.1 芯片介绍 (10)3.1.1 AT89S52芯片 (10)3.1.2 L298芯片 (13)3.1.3 LCD液晶芯片 (16)3.2 各个模块 (18)3.2.1震荡电路 (18)3.2.2 AT89S52最小系统 (19)3.2.3 独立按键 (20)3.2.4 L298驱动电路 (20)4 系统软件设计和实现 (21)4.1软件系统总体概括 (21)4.1.1 LCD1602液晶控制程序 (21)4.1.2 L298控制电机转动、停止的程序 (24)4.2系统软件简介 (27)4.3系统语言简介 (27)5作品功能及调试情况 (28)5.1总体电路图 (28)6总结 (29)6.1软件编写调试 (29)6.1软件仿真 (29)7 [参考文献] (30)[参考文献] .................................................................................................. 错误!未定义书签。
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近年来,随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入。
在仪器仪表、家用电器和专用装备的智能化以及过程控制等方面,单片机都扮演着越来越重要的角色。
作为高等工科院校,将单片机的应用引入实验教学必将对微电子控制技术的研究与实践注入强大活力。
我们研制的直流伺服电机控制实验装置即以单片机作为核心部件,它可完成对直流伺服电机转速、方向、行程的闭环控制。
本文重点论述该实验装置的硬件组成,软件设计以及控制方案的实施。
1 系统硬件组成
本系统由IBM-PC机、MCS-51单片机开发系统、模拟控制板、PWM脉宽
调制控制板以及带齿片和光电传感器的直流伺服电动机等组成。
1.1 以IBM-PC机作为本系统的辅助机
为了便于对单片机进行有效的开发,通过RS-232串行接口直接与IBM-PC机相连,使单片开发机能充分利用IBM-PC的CRT、磁盘、打印机和各种软硬件资源。
可同时在IBM-PC机上进行编辑程序—交叉汇编—屏幕模拟调试,最后通过串行通讯软件将目标程序传输到单片开发机上,从而极大地方便了程序的调试。
1.2 MCS-51单片开发机
通过一条40芯仿真插头使该单片开发机与直流伺服电机控制板相连,系统在总线控制器的作用下,使8031在监控状态和用户状态之间切换。
实验程序有单步断点、连续运行方式,包括INT0，INT1，T0，T1和串行口的中断服务程序。
1.3 模拟控制板
该板由DAC0832数模转换器、译码电路、T1中断信号整形电路、运算放大器电路及三极管驱动电路组成。
译码电路完成对DAC0832的片选,0832芯片完成数字量到模拟量的转换。
四运放芯片F324,前两级运放构成双极性输出,其输出正、负由单片机输出的代码决定,即D7=0输出为正,D7=1输出为负,由此驱动电机正、反转。
第三级运放为电压放大,将±5V放大到±12V,运放后面跟着两级功放,为射级跟随器输出形式。
1.4 PWM脉宽调制控制板
该板由T9224光电隔离、T1中断信号整形、电机转向控制以及功放驱动电路组成。
采用脉宽调制控制电机的转速,首先要确定采样周期和定时脉冲周期以
及它们之间的关系,然后决定调节方式。
1.5 直流伺服电动机
直流伺服电动机在自动控制系统中常用作执行元件,对它的要求是要有下垂的机械特性、线性的调节特性和对控制信号能作出快速反应。
该系统采用的是电磁式直流伺服电动机,其型号为45SY01型,其转速n的计算公式如下
n=E/KΦ=(U
a -I
a
R
a
)/KΦ
式中n为转速;Φ为磁通;E为电枢反电势;U
a 为外加电压;I
a
R
a
为电枢电流
和电阻。
2 系统软件设计
2.1 软件设计思想
在自动控制系统中,数字PID控制是采用最广泛的一种控制方法。
由于电机转速与电枢外加电压U
a
的大小基本上成正比,这就构成了PID调节的基础。
在PID参数整定过程中,以整定比例系数为主,K
p 主要影响响应速度,K
p
越大,响应越快,但太大会引起较大的超调和振荡,甚至产生不稳定。
积分时常数T
i
主要影响静态精度,可消除静差。
微分调节的加入有助于减小超调,克服振荡,使系统趋于稳定。
由于要分别完成PWM调节和模拟量调节两种方式的闭环控制实验,所以控制程序要分别考虑。
(1)关于PWM控制
在直流电机PWM调速系统中,我们采用的是双极式H型可逆PWM变换器,通过调节正、负脉冲的宽窄来控制电机的正、反转,以改变脉冲信号的占空比来控制加在电机电枢上电压的平均值,实现对直流电机的调速控制。
电机转速信号由光
电传感器检测,经光电隔离输入到单片机的P
1口。
T
作定时器,T
1
作转速计数。
(2)模拟量控制
首先要将输出量u根据设定的转向变为补码形式,然后经D/A变换芯片完成双向数模转换,最后经功率放大驱动伺服电机。
2.2 软件的组成
该系统软件由主控程序模块和5个子程序模块组成。
系统程序流程图所图3所示。
2.2.1 主控程序
主程序的功能主要是进行初始化工作,并构造一个显示段。
2.2.2 T0中断服务程序
每隔1ms进入该中断服务程序,根据采样结果对电机进行控制。
每隔
0.256s(PWM控制用)或0.128s(模拟控制用)调用采样和PID调节控制子程序并更新显示缓冲区。
2.2.3 显示子程序
该模块将放于数据显示缓冲区中的BCD码,变成七段字形码送显示器。
2.2.4 采样和PID调节控制算法子程序
该模块的功能是将电机转速的采样值与设定值进行比较,求出偏差e,再乘以比例系数,加到累加单元中。
2.2.5 更新显示缓冲区子程序
根据转速的计算公式,求出电机转速并转换成BCD码送入显示缓冲区。
2.2.6 双字节整数二翻十子程序
为适应人们读数习惯,把二进制数转化为松散的十进制数,以便于显示
3 结束语
基于单片机的直流伺服电机转速控制实验装置,给出了单片机应用的软硬件实现方案,它具有简单易行、开发方便等优点,为工科院校计算机专业的学生综合运用计算机软硬件知识开辟了一条途径。
本人求一份单片机控制直流电机的程序，要求：输入电压为-8——8V，正电压正转，负电压反转，电压高则转速快，低则转速低，并在显示器上显示转数，用D/A数据转换。