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1、直流电机转速控制系统摘要本系统以AT89C51单片机为核心，电机转速可预置，电机调速范围为250cm/s360cm/s。可显示设定转速值、实测转速值。该系统主要由单片机最小系统、A/D转换芯片ADC0809、D/A转换芯片DAC0832及LED数码管组成。系统通过A/D转换设定转速值，通过D/A转换控制电机转速，通过霍尔元件对电机转速进行测量，然后将测量值和设定值在LED上显示出来。本系统具有调整电路简单、调整速度快、可实时测量电机转速等优点。关键词：AT89C51、ADC0809、DAC0832、转速控制AbstractThis system take AT89C51 monolithic
2、integrated circuit as the core, the electrical machinery rotational speed may initialize, the electrical machinery governor deflection is 250cm/s360cm/s.This system may demonstrate the hypothesis rotational speed value and the actual rotational speed value. This system is mainly composed by the mono
3、lithic integrated circuit smallest system, A/D transformation chip ADC0809, D/A transformation chip DAC0832 and the LED nixietube. The system hypothesis rotational speed value through A/D transformation, controls electrical machinery rotational speed through the D/A switching, and carries on the sur
4、vey through the Hall part to the electrical machinery rotational speed, then demonstrates the observed value and the setting value on LED. The system has a simple adjustment circuit to adjust speed, real-time measurement of motor speed and so on.Keywords:AT89C51、ADC0809、DAC0832、Speed Control一、方案论证与比
5、较1.1 A/D转换模块的方案选择设计中用A/D转换器把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。A/D转换器的种类很多，但目前应用较广泛的是逐次比较式转换器，如ADC0809、AD574。方案一 ：ADC0809是8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器，ADC0809是采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一的+5V电源供电，片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由本身的C、B、A引脚的编码来决定所选的通道，0809完成1次转换需100左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到AT89C51单片机的数据总线上，通过适当的外接电路，0809可完成对05V模拟信号的转换。方案二 ：AD
6、574是12位逐次比较型A/D转换器，最多可输出12位A/D转换数据，转换时间为25，转换精度为0.05% ，内部有三态输出缓冲电路，可直接与各种典型的8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL兼容，可实现输入信号-5+5V或-10+10V的转换。但其价格比ADC0809稍贵。比较以上两种方案，设计中8位转换就已足够，所以设计中选用ADC0809。1.2 控制方法的方案选择方案一：采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压改变占空比，使输出电压稳定在设定值。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂，速度慢，输出电压稳定性不好，实现起来比较
7、复杂。方案二：采用D/A转换的方法。D/A转换的基本原理是把数字量的每一位代码按权大小转换成模拟分量，然后根据叠加原理将各代码对应的模拟输出分量相加。因此，D/A转换过程主要是由解码网络实现，而且是并行工作的。也就是说，D/A转换器是并行输入数字量的，每位代码也是同时被转换成模拟量的。这种转换方式的速度快，一般为微秒级，有的可达几十毫微秒。鉴于上面分析，选用方案二。1.3 显示模块的方案选择在系统运行过程中，需要对设定的数值和转速实际值做必要的显示。经考虑，有以下两种显示方案。方案一：使用液晶显示屏显示。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险、平面直角显示以及影象稳定不闪烁等优
8、势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于只需显示设定值和实际转速这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，准确可靠，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。根据以上论述，采用方案二。在本系统中，采用数码管的动态显示，节省单片机
9、的内部资源。1.4 测速方案选择影响测速的因素主要有系统的稳定性、安装的方便性等。详细方案选择见附录一。二、详细软硬件分析2.1 整体设计图1 总体设计框图通过A/D转换给出设定值，设定值由单片机处理后，通过D/A转换给电机，控制电机旋转。由霍尔开关传送的脉冲信号输入单片机，通过单片机的计数器进行计数，再将结果经过处理，得出转速。设定值和测量值经过LED数码管进行显示（重要的人机交互界面）。2.2 硬件核心电路如下：（A/D转换部分，其他模块电路见附录二）图2 A/D转换电路2.3 软件设计本系统的软件设计比较简单，主要有A/D、D/A、显示及测速这四个模块。程序的流程图如图3所示。图3 程序
10、设计流程图三、系统调试调试过程共分三部分：硬件调试，软件调试，软硬件联调。3.1 硬件调试：由于该系统的速度控制主要由A/D转换及D/A转换控制，单片机主要起数据处理、显示等一些辅助作用，再者根据理论值进行元器件的选择由于精度和干扰的影响，往往得到的结果和理论分析值又有一定的偏差，所以硬件调试难度很大。 3.2软件调试：本系统的软件程序完全由C51编写，C语言效率高，但同时也存在一些缺点，比如严格定时比较困难。在调试过程中采取的是自上至下的调试方法，单独调试好每一个模块，然后再联结成一个完整的系统调试。3.3 软硬联调：由于本系统的软硬件联系不是很紧密，一般是软件D/A输出后就能直接和硬件相联
11、进行工作，因此在软硬件通调的情况下，系统的软硬件联调的难度不大。四、指标测试4.1 测试仪器伟福实验箱、TDS2012数字示波器。4.2 指标测试表1 设定值与实测值的比较次数设定值（cm/s）实测值（cm/s）125025022602603320320434035053603704.3 系统对题目的完成情况表2 系统对题目的完成情况要求实现直流电机按照给定转速运行完成给定值变化，电机转速随之变化完成显示给定值和实测值完成4.4 结果分析各项结果都符合系统指标，产生误差的原因包括：两个不同地之间的干扰等。五、结论经过几天的辛勤努力，我们实现了题目的全部要求，在某些方面系统性能还超过了题目的要求
12、，但由于时间紧，工作量大，系统还存在许多可以改进的地方，比如电路布局、和抗干扰方面还有很大的提升空间，经过改进，相信性能还会有进一步的提升。本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能力，虽然我们遇到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。六、参考文献1 杨学昭，王东云，张五一.单片机原理、接口技术及应用（含C51）.西安：西安电子科技大学出版社，2009年2 中原工学院电气系.伟福Lab2000P系列单片机仿真实验系统实验指导书.郑州：中原工学院电气系，2009年七、附录附录一 测速方案选择方案一：在电机轮子上贴上磁钢，在磁钢相应位置的电路板上装上霍尔开关，对轮子转速进行测量。设轮周长为c，通过计数器得出1s内霍尔开关的输出脉冲数n(即1s内轮子转的圈数)，再用nc，便是电机1s内转过的距离，也就是电机的转速。只要磁钢在轮上的位置足够精确，霍尔开关固定牢靠，就可以获得较好的测试效果。但系统颠簸时，稳定性较差。方案二:安装透射式光电开关，测出轮子的每秒转速。但使用光电开关，要求有足够的安装位置，不能影响轮子的机械动作。其优点是工作稳定。综合以上方案优劣和系统的结构特点，本系统采用了方案二。附录二 其他模块硬件原理图图4为D/A转换模块的硬件原理图。图4 D/A转换电路图5为LED显示模块的硬件原理图。图5 LED显示电路
