基于51单片机的直流电机转速测量与控制设计.doc

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1、单片机原理与应用课程设计院系信息工程学院班级学生姓名学号日期2015年7月9日基于51单片机的直流电机转速测量与控制设计一、背景直流电机良好的调速性能和机械特性，使得直流电机在实际工作中运用非常广泛，要对电机进行控制就必须测量其转速，转速测量越精确，直流电机的转速控制也就越好，老式的机械测速电机越来越不能满足要求，主要是因为直流测速电机在运行过程中容易磨损，增加了设备的维护工作量，也降低了转速测量的精度，直流测速电机的使用寿命太短，会直接影响设备的长期稳定运行。随着电力电子技术的不断发展，直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机

2、技术的应用，许多控制功能及算法可以采用软件技术来实现，为直流电机的控制提供了很大的灵活性，使系统能达到更高的性能，所以直流电机调速技术因此进入到一个新的阶段。为了更好更快的了解并掌握直流电机转速测量与控制的知识以及对单片机知识的进一步巩固，经过比较分析，采用霍尔传感器测量直流电机的转速，霍尔传感器作为测速器件得到广泛应用，它是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，其具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小以及耐高温等优点。采用STC89C52单片机作为控制器件控制直流电机的转速。二、设计目的1.通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识复

3、习和掌握，对单片机课程的应用有进一步的认识。2.掌握定时器、中断的设置和编程原理。3.掌握单片机原理、结构、指令、接口及应用。4.通过此次课程设计能够讲单片机软硬件结合起来，获得点偏激应用系统设计的基本理论、基础知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法。三、设计内容编写一个直流电机转速测量与控制程序实现一下功能：1.在实验平台上通过键盘输入一个转速的设定值，并在数码管上显示该值。2.测量电机的转速，并在实验平台数码管显示。3.采用PID控制方法，使电机转速稳定在设定值，电机转速不允许出现振荡。4.转速稳定后，可以随时修

4、改转速设定值。四、设计方法1.总体思路STC89C52单片机直流电机DAC0832霍尔传感器数码管图1系统硬件原理框图单片机控制数码管显示设定转速和测量转速，霍尔传感器检查直流电机转速反馈回单片机，单片机通过算法调节转速然后发出控制信号，控制信号通过DAC0832驱动电机旋转。利用T测速法（周期测速法）测量直流电机转速，并将测量转速作为PID控制器的反馈，与设定转速进行比较，然后通过PID调节器控制电机转速。利用数码管显示程序将测量转速与设定转速显示在实验平台的数码管上。程序中，用外部中断0和定时器1实现T测速法，并用于电机测速，运用定时

5、器0实现数码管的动态显示。是否否是开始外部中断、定时器初始化设定转速有按键按下定时器0到转速PID调节数码管显示结束图2主函数程序框图1.数码管显示实现直流电机转速用4位八段数码管显示，其中2位用于显示设定转速，另外2位用于显示测量转速，在实验平台上，只需要按地址输出相应的显示数据即可在数码管上显示。是否开始初始化地址显示完成延时位选通地址移位结束关所有位显示取显示数据输出段码数据输出位选通地址图3数码管显示程序框图1.按键实现按键用于设定直流电机的转速，实验平台提供的是一个6*4的小键盘，向列扫描码地址逐列输出低电平，然后从行码地址读回

6、，如果有按键按下，则相应的值应为低，如果无按键按下，行码为高。在有键按下后，需要一定延时，用于防止键盘抖动。是否开始初始化地址查表得键码等待键盘释放结束输出列扫描信号列地址移位读入行信号按照行列计算键值有键输入显示完成否是图4按键扫描程序框图1.霍尔传感器测量转速的实现霍尔传感器室友半导体材料制成的一种薄片，其优点是体积小，无触点，动态性能好，器工作原理是：在垂直与平面方向上施加外磁场，在沿平面方向两端就爱外电场，则是电子在磁场中运动，结果在霍尔传感器的两侧之间产生霍尔电势。实验平台的电机转轴上的转盘边沿固定有一块永久磁铁，所以电机每转动

7、一圈霍尔传感器会产生一个脉冲，利用T测速法，对每个脉冲的周期进行测量，就可得出电机转速。利用外部中断0和定时器1来实现T测速法测速，用外部中断的边沿触发来确定脉冲每个周期的起始位置和结束位置，用定时器来测量每个脉冲周期的时间间隔。其实现步骤如下：当外部中断被触发时，即周期起始位置，进入外部中断服务子函数，给定时器附初值，并打开定时器开始计时；外部中断下一次被触发时，即周期结束位置，进入外部中断服务子函数，给定时器重新附初值，计算定时器定时时间，并根据该时间计算转速，然后打开定时器为下一个周期定时。是开始初始化外部中断和定时器1开定时器1结

8、束关定时器1给定时器附初值外部中断产生计算转速否图5转速测量程序框图5、实验平台连线图6实验平台连续图一、总结该系统实现了直流电机闭环转速系统的实时控制，系统运用霍尔传感器利用T测速法测速，具