直流电机闭环调速课程设计

课程设计报告

课程名称：计算机控制系统

设计题目：直流电机闭环调速

院系：电气信息学院

班级：

姓名：

学号：

姓名：

学号：

姓名：

学号：

指导教师：

设计时间：

摘要

在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛的应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域中比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。

为了提高直流调速系统的动态、静态性能，通常采用闭环控制系统（主要包括单闭环、双闭环）。而在对调速指标要求不高的场合，采用单闭环即可。闭环系统较之开环系统能自动侦测把输出信号的一部分拉回到输入端，与输入信号相比较，其差值作为实际的输入信号；能自动调节输入量，能提高系统稳定性。在对调速系统性能有较高要求的领域常利用直流电动机，但直流电动机开环系统稳定性不能满足要求，可利用转速单闭环提高稳态精度。

本次课程设计利用软件定时方式采用Intel 8255A可编程外设接口芯片唐都TD-PITC 实验系统上模拟直流电动机闭环调速系统，A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，设置电机转速的给定值，通过PWM方式可实现电机转速的调节，LED灯显示电机转速的大小状态。

关键字：闭环调速、inter 8255A、A/D转换器、PWM、LED

目录

摘要

1 控制系统总体设计方案 (3)

2 系统的组成及工作原理 (4)

2.1 8255工作原理 (4)

2.2 转速调节原理 (5)

2.3 A/D转换原理 (5)

2.4 LED灯的工作原理 (6)

2.5 实现两位十进制数的显示 (6)

3 硬件设计 (7)

3.1 接线图 (7)

4 软件设计 (8)

4.1 转速调节程序设计框图 (8)

4.2 主程序流程图 (9)

4.3 程序清单 (10)

5 调试及结果 (21)

5.1 调试步骤 (21)

5.2结果分析 (21)

5.2结论 (21)

参考文献 (22)

1 控制系统总体设计方案

本设计是利用PC微机一台、TD-PIT实验系统一套实现对直流电机转速调节的应用。

编写程序，用ADC0809完成模拟信号到数字信号的转换。输入模拟信号有A/D转换单元可调电位器提供的0~5V，将其转换后的数字信号读入累加器，做为控制电机的给定转速。用8255的B口作为直流电机的控制信号输出口，通过对电机转速反馈量的运算，调节控制信号，达到控制电机匀速转动的的作用。并将累加器中给定的转速和当前测量转速显示在屏幕上。再通过LED灯显示出转速的大小变化。

整个程序设计过程分为基本功能实现阶段，检测程序阶段，功能扩展和功能验证及程序补充四个实验阶段。

基本功能实验阶段，在“轻松编程”软件中完成，主要完成各个子程序的调试；在检测程序阶段，在“轻松编程”软件中通过编译和链接，并反复检查没有逻辑错误；调试结果正确以后在进行相应的连接，将各个子模块联系起来功能扩展及程序的补充，在实验室里完成，使用唐都硬件实验箱，用TDPIT来编程实现；功能验证阶段,在实验室里完成。

2 系统的组成及工作原理

2.1 8255工作原理：

本设计利用8255的A口作为输出口，控制8个单色LED灯，来实现电机转速的大小调节。

并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息，CPU和接口之间的数据传递总是并行的，即可以同时进行传递8位，16位，32位等。8255可编程外围接口芯片是具有A、B、C三个并行接口，+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0—基本输入/出方式、方式1—选通输入/出方式、方式2—双向选通工作方式。其控制字、内部结构图和引脚图见图1-1-1、图1-1-2.

图2-1-1 8255控制字

图2-1-2 8255内部结构图和引脚图

2.2 转速调节原理：

PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压.

PWM不是调节电流的.PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压. 所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节.

在使用PWM控制的直流无刷电动机中，PWM控制有两种方式：

（1）使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么做功的时间越长，电机的转速就越高

（2）使用PWM控制信号控制三极管导通时间，改变控制电压高低来实现

直流电机单元由DC12V、1.1W的直流电机，小磁钢，霍尔元件及输出电路构成。PWM示意图如图2-2-1所示。通过调节T1的脉冲宽度，改变T1的占空比，从而改变输出，达到改变直流电机转速的目的

图2-2-1 PWM示意图

利用8255的PB0产生脉冲信号作为控制量，经驱动电路驱动电机运转。霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。在参数给定的情况下，经PID运算，电机可在控制量的作用下，按PC机累加器给定的转速运转。通过PC 的0号通道，设置为输出1ms方波，作为采样时钟，PB0产生PWM脉冲计时及转速累加，系统总线上INTR中断用于测量电机转速。

2.3 A\D转换原理