基于单片机的直流电机转速测量与控制系统设计.pdf

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1、万方数据青春岁月基于单片机的直流电机转速测量与控制系统设计口梁晓磊(武昌工学院信息工程学院，湖北武汉430065)【摘要】在日常生活中，单片机的直流电机的使用随处可见。本文主要介绍了基于单片机的直流电机转速测量与控帝l系统的设计。该系统以STC89C52单片机为核心，主要包括转速测量与显示、转速控制、电机驱动等模块。其中电机采用L298N芯片驱动，通过霍尔传感器实施转速测量并在4位数码管上显示转速值，利用八Dc0809产生PWM波控制转速，给出了控制系统硬件和软件的实现方法。实验结果表明，该系统结构简单、工作稳

2、定，能很好地实现转速的测量与控制。【关键词】单片机；霍尔传感器；电机；转速测量与控制一、研究背景与研究意义在工农业生产中，电机是主要的驱动设备，其中直流电机具有良好的起动与制动性能，并且能在大范围内平滑调速，起动、制动转矩大，调速能耗少，所以在许多调速要求高的场合中得到了广泛的应用。直流电机的控制方法很多，常用的有改变电枢回路电阻、减小气隙磁通、改变电枢端电压等方法。其中电枢回路串电阻的方法只能使转速往下调、而且体积大、不能连续调节；减小气隙磁通的方法设备简单、电机效率不变，但是调速比不大；改变电枢电压的方法可

3、以使电机在很宽的范围内实现无极调速，是应用最广的控制方法，常用的有发电机一电动机系统(G—M系统)、晶闸管一电动机系统(V—M系统)、直流脉宽调速系统等。随着微型计算机技术的发展，特别是单片机技术的出现，使得许多电机的控制功能和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，使系统的性能得到更大的提高。设计以STC89C52单片机为核心的直流电机转速测量与控制系统，单片机将霍尔传感器采集的脉冲信号处理后转化为转速值，并在数码管上显示，采用电位器来模拟电机调速旋钮，通过ADC0809产生PWM信

4、号从而改变电机的转速。该系统软硬件结构简单、易于实现，具有一定的实用性。二、系统总体设计控制系统以STC89C52单片机为核心，主要由转速测量与显示、转速控制、电机驱动等模块组成。通过霍尔传感器实现发电机转速的测量和显示，霍尔传感器是一种新型的转速测量测量的传感器元器件，它拥有价格低廉，性能良好，使用寿命长，体积微小，重量轻等许多的优点。当被测发电机进入工作状态转动的时候，就会带动相关的传感器进行转动，从而产生一定频率的脉冲信号。霍尔传感器接受这种脉冲信号，并经过一系列的处理，把信号输送到计数器上，对发电机进行

5、转速测试。本次设计的显示模块是采用4位显示数码管。4位显示数码管就是用多个发光二极管组成，按照一定的排序组成“8”字，然后按照显示的不同顺序可以组合成0-9这10个数字。4位显示数码管不仅价格低廉，而且性能良好，并拥有轻巧、安装方便、使用简单、易上手等诸多的优点。三、系统硬件设计1、转速测量霍尔传感器是利用霍尔效应工作的，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。系统采用开关型霍尔传感器A3144实施转速测量，A3144由电压调整器、霍尔电压发生器、差分放大器、史密斯触发器、温度补偿电路和集电极开路的输出级等

6、组成。其输入为磁感应强度，输出为数字电压信号。转速测量时，使非磁性转盘的输入轴与电机转轴相连，当电机转动时，转盘随之转动，固定在转盘附近的霍尔传感器便可在每～个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，即可测得电机转速。在控制系统硬件原理电路中霍尔传感器A3144的输出引脚OUT经上拉电阻通过史密斯触发器74HCl4与单片机的定时器／计数器0(P3．4)引脚相连，74HCl4的作用是对A3144的输出波形整形。有触发时，4HCl4的OUTl引脚输出高电平，无触发时，输出低电平。由高电平到低电平的下

7、降沿可触发定时器，计数器0计数，每输入一个脉冲．计数器加1，通过控制计数的时问即可计算出计数器数值对应电机的转速值。2、转速显示转速显示模块采用4位共阴极数码管，用两片74HC573锁存器分别驱动数码管的字段码线和位选线，两片74HC573的输入引脚接在单片机的P0口，第1片74HC573的输出接数码管的段线，锁存使能端LE接单片机的P2．4引脚，第2片74HC573的输出接数码管的位选线，锁存使能端LE接单片机的P2．引脚。通过控制P2．和P2．输出0或1即可控制送字段码还是位选码。这样做的优点是节约宝贵的单

8、片机I，0引脚，并且可以在不增加使用I／0口的情况下很容易地扩展到4位数码管显示。四、转速显示与电机驱动子程序本次设计中，是通过L298N驱动芯片来驱动直流电机的转动的，并通过霍尔传感器对电机的转速进行相关的测量和统计，通过霍尔传感器和单片机以及4位显示数码管对直流电机的速度进行显示，方便数据的读取和记录。五、结论本次设计从选到相应的课题，到设计的完成经历了4个月，这四个月中我学到了很