直流电机调速控制器的设计

成绩

山东理工大学

电气与电子工程学院

课程设计说明书

设计题目：直流电机调速控制器的设计

专业班级：电气班

学生姓名：

学号：

指导教师：孟繁玉

起止日期： 2010.6.21-2010.7.4

直流电机调速控制的设计

摘要：本课程设计介绍了直流电机的调速原理，在此基础上，以MCS-51单片机为控制核心，设计了直流电机调速控制系统的外围电路：用8255A芯片进行I/O

口扩展，用DAC0832芯片进行D/A转换，经DAC外围放大电路改变输出电压，从

而对直流电机进行转速控制，利用霍尔元件对直流电机的转速进行采集，并送到

单片机。此外，还有对速度给定的矩阵式键盘和速度显示电路。利用以上各个部

分实现了对直流电动机速度设定、显示、采集及快速平滑控制的功能。软件的实

现上采用P I（比例--积分）控制算法，使电动机的转速达到静态无差，从而实

现了静态无差调速。最后，给出系统程序流程图。

利用MCS-51单片机进行直流电机调速具有简化系统结构，降低成本，提高

系统可靠性和实用性具有重要意义。

关键字：直流电机MSC-51单片机PI控制

Abstract：This course introduces the design principle of DC motor speed control，on this basis, to MCS-51 microcontroller as the control center

designed DC motor speed control system of the external circuit: The 8255A

chip I / O port expansion, with the DAC0832 chip D / A converter, the

external amplifier to change by the DAC output voltage, thus DC motor speed

control, use of the Hall element of the DC motor speed were collected and

sent to the microcontroller. In addition, given the speed and the speed

of the keyboard matrix display circuit. Using the above realization of

the various parts of DC motor speed setting, display, acquisition and

control functions quickly and smoothly.Software implementations using

PI (proportional - integral) control algorithm, so that the motor speed

to static non-poor to achieve the speed difference between the static-free.

Finally, system program flow chart is given.

MCS-51 microcontroller using DC Motor with simplified system structure, reduce costs, increase system reliability and availability is important.

Keywords: DC motor MCS-51 Microcontroller PI Control

目录

1.前言 (03)

2系统总体设计原理 (03)

3转速采集电路设计 (05)

4单片机小系统设计 (07)

5键盘与显示电路设计 (08)

6 D/A转换电路及DAC外围电路设计 (10)

7转速PI控制设计 (12)

8软件流程图 (13)

9结论 (16)

10致谢 (16)

11参考文献 (16)

1、前言

当今，自动化控制系统在各行各业得到了广泛应用和发展。而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。

本设计是研究对直流电机调速的自动控制装置，是直流电机实现平滑准确调节速度达到预设值。本课题主要是利用单片机来构成控制系统。主要包括：单片机、霍尔元件速度采集电路、直流电机、DAC0832、键盘、显示器等几部分组成。首先对预定速度进行设置，并通过数码管显示出来。利用霍尔元件对直流电机的转速进行实时测量采集，送入单片机利用软件技术与给定的转速进行比较控制。软件的实现上采用P I（比例--积分）控制算法，使电动机的转速达到静态无差，从而实现了静态无差。把校正后的结果经过DAC0832进行模数转换，把控制系统的数字量变为电压值输出，再经过驱动放大电路对直流电机进行调速控制。并将转速显示出来。从而实现快速的调节电机转速。

2、系统总体设计原理

2.1调速原理

由直流电机的速度公式n=(Ua-IaRa)/CeΦ,其中n是电机转速，Ua是电枢电压，Ia是电枢电流，Ra是电枢回路总电阻，Ce是电极常数，Φ是电机的励磁磁通。对于极对数是p，匝数是n，电枢支路数为a的电机来说Ca是常数。由于Ra为电枢回路电阻故其值很小，通过调节电阻改变转速的效果不明显。如果通过调节磁通量，对于它励电机其有外接的电源电压决定。故一般通过改变电枢电压来达到调节转速的目的。直流电机原理图如下：