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1、湖北工业高校自考本科毕业设计（论文）任务书题目单片机的直流电机调速系统设计院别机电工程学院专业机电-体化技术学生姓名李立斌指导老师本文主要探讨了利用MCS-51系列单片机限制PwM信号从而实现对直流电机转速进行限制的方法。文章中接受了特地的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调整，从而限制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还接受了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它及延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的限制。另外，本系统中运用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路
2、后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的限制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和详细的程序实现。关键词：PWM信号，测速发电机，Pl运算TheDesignofDirectCurrentMotorspeedRegulationSystemBasedOnSCMChenliSchoolofInformationandEngineeringAbstractThisarticlemainlyintroducesthemethodtogeneratethePWMsignalbyusingMCS_51single-c
3、hipcomputertocontrolthespeedofaD.C.motor.ItalsoclarifiestheprinciplesofPWMandthewaytoadjustthedutycycleofPWMsignal.Inaddition,IR2110hasbeenusedasanactuatingdeviceofthepoweramplifiercircuitwhichcontrolsthespeedofrotationofD.C.motor.What,smore,tachogeneratorisusedinthissystemtomeasurethespeedofD.C.mot
4、or.TheresultofthemeasurementissenttoA/Dconverterafterpassingthefilteringcircuit,andfinallythefeedbacksingleisstoredinthesingle-chipcomputerandparticipatesinaPIcalculation.Asforthesoftware,thisarticleintroducesindetailtheideaoftheprogrammingandhowtomakeit.Keywords:PWMsignal,tachogenerator,PIcalculati
5、on书目1 .弓I言OLl开发背景OL2选题的目的和意义OL3探讨方法12.总体设计概述22.1 总体硬件电路设计22.1.1系统总体设计框图32.1.28051单片机简介32.1.3单片机系统中所用其他芯片选型52.2PWM信号发生电路设计92.2.1PWM的基本原理92.2.2PWM信号发生电路设计102.2.3PWM发生电路主要芯片的工作原理122.3功率放大驱动电路设计132.3.1芯片IR2110性能及特点142.3.2IR2110的引脚图以及功能142.4主电路设计152.4.1延时爱惜电路152.4.2主电路152.4.3输出电压波形182.4.4系统总体电路图192.5测速发电
6、机202.6滤波电路202.7A/D转换212. 7.1芯片选型213. 7.2ADC0809的引脚及其功能213.系统软件部分的设计223 .IPI转速调整器原理图及参数计算224 .2系统中的部分程序设计233. 2.1主程序设计234. 2.2PI限制算法子程序设计244.系统调试264. 1软件调试265. 2系统仿真26结论28参考文献29附录311 .引言1.1 开发背景现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量接受晶闸管（即可控硅）装置向电动机供电的KZ-D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F-D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速
7、逐步从模拟化向数字化转变，特殊是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高牢靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原理是比较简洁的（相对于沟通电机），只要变更电机的电压就可以变更转速了。变更电压的方法许多，最常见的一种PWM脉宽调制，调整电机的输入占空比就可以限制电机的平均电压，限制转速。PWM限制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年头以前始终未能实现。直到进入上世纪80年头，随着全控型电力电子器件的出现和快速发展，PWM限制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动限制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代限制理论
8、、非线性系统限制思想的应用，PWM限制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM限制技术。L2选题的目的和意义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，在许多须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。从限制的角度来看，直流调速还是沟通拖动系统的基础。早期直流电动机的限制均以模拟电路为基础，接受运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，限制系统的硬件部分特殊困难，功能单一，而且系统特殊不灵敏、调试困难，阻碍了直流电动机限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，使得许多限制功能及算法可以接受软件技术来完成，为直流电动机的限制供应了更
9、大的灵敏性，并使系统能达到更高的性能。接受单片机构成限制系统，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。传统的限制系统接受模拟元件，虽在确定程度上满足了生产要求，但是因为元件简洁老化和在运用中易受外界干扰影响，并且线路困难、通用性差，限制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行牢靠性及精确性得不到保证，甚至出现事故。目前，直流电动机调速系统数字化已经走向好用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特殊是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高牢靠性已成为它发展的趋势。L3探讨方法本文主要探讨了利用MCS-51系列
10、单片机来作为探讨，通过PWM方式限制直流电机调速的方法。PWM限制技术以其限制简洁、灵敏和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的限制方式。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的隔阂，结合现代限制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM限制技术发展的重要探讨方向之一。本文就是利用这种限制方式来变更电压的占空比实现直流电机速度的限制。文章中接受了特地的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。通过直流测速发电机测得电机速度，然后滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最终反馈给单片机，在内部进行Pl运算，输出限制量完成闭环限制，实现电机的调速限制功能。
11、2总体设计概述单片机直流电机调速的介绍：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过限制固定电压的直流电源开关频率，从而变更负载两端的电压，进而达到限制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动限制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并依据须要变更一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过变更直流电机电枢上电压的“占空比”来变更平均电压的大小，从而限制电动机的转速。所以，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以89C51单片机为核心，通过单片机限制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。系统限制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，依据PWM调速的基本原理，以
12、直流电机电枢上电压的占空比来变更平均电压的大小，从而限制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机限制速度的变更。本文所探讨的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件供应程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现限制器所要实现的各项功能，达到限制器自动对电机速度的有效限制。1 .1.1系统总体设计框图本系统接受89C51限制输出数据，由PWM信号发生电路产生PWM信号,送到直流电机，直流电机通过测速电路，滤波电路，和A/D转换电路交数据重新送回单片机，进行PI运算，从而实现对电
13、机速度和转向的限制，达到直流电机调速的目的。主控芯片图2-1系统总体设计图2 .1.28051单片机简介1. 8051单片机的基本组成8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构照旧是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的限制上接受了特殊功能寄存器的集中限制方法。其基本组成如下图所示:图2-28051基本结构图2. CPU及部分部件的作用功能介绍如下中心处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和限制功能。内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器运用的只是前128个单元，其地址为OOH7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前12
14、8个单元，简称内部RAM。内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部RO定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行限制。中断限制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。3. 8051单片机引脚图Pl.0140VCC28051Pl.139P0.0Pl.2一338P0.1Pl.3一437P0.2Pl.4536P0.3Pl.5635P0.4Pl.6734一P0.5Pl.7833一P0.6RST/VPD932PO.7RXD/P3.01031EA/VPPTXD/P
15、3.11130ALE/PR0GINT0/P3.21229PSENINT1/P3.31328P2.7T0/P3.41427一P2.6T1/P3.51526P2.5WR/P3.61625P2.4RD/P3.71724一P2.3XTAL21823P2.2XTALl1922P2.1VSS2021P2.0图2-38051单片机引脚图2.1.3单片机系统中所用其他芯片选型1.地址锁存器地址锁存器可以选择多种，有地址锁存功能的器件有74LS373、8282、74LS273等，8282是地址锁存器，功能及74LS373类似，但本系统选用74LS373作为地址锁存器，考虑到其应用的广泛性以及具有良好的性价比,成
16、为目前在单片机系统中应当较广泛的地址锁存器。74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。当使能端呈高电平常，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。假如此时芯片的输出限制端为低，也即是输出三态门打开,锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。其引脚图如图2-4所示:OE IQ ID 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND Vcc8Q8DTDTQ6Q6D5D一 5QGi20219318417574LS3731661571481391210U图2-474L373引脚图2 .程序存储器存储器是单片机的又一个重要组成部分，其中程序存储器是单片机中特殊重要的存储器，但由于其存储空间不
17、足，经常须要对单片机的存储器空间进行扩展，扩展程序存储器常用芯片有EPROM(紫外线可擦除型)，如2716(2KB)、2732(4KB)、2764(8KB)27128(16KB)、27256(32KB)等，另外还有+5V电擦除E2PR0M,如2816(2KB)、2864(8KB)等等。考虑到系统功能的可扩展性以及程序功能的扩展，本系统接受16KB的27128作为程序存储器扩展芯片，在满足系统要求的前提下还存有确定的扩展空间，是本系统最合适的程序存储器扩展芯片。27128的引脚图如图2-5所示:Vpp 一 Al 2 AT -A6A5 A4 一A3 一A2 Al AO Oo 一 01 02 GND
18、 234567271288910111213142827262524232221201918171615VccpgSAl 3A8A9All 一OE AlO-CE一 07-06-0504-03图2-527128结构图3 .数据存储器8051单片机有128BRAM,当数据量超过128B也须要把数据存储区进一步扩展。常用RAM芯片分静态和动态两种。静态RAM有6116(2KB).6264(8KB)等，动态DRAM2164(8KB)等，另外还有集成IRAM和E2PR0M。运用E2PR0M作数据存储器有断电爱惜数据的优点。数据存储器扩展常运用随机存储器芯片，用的较多的是Intel公司的6116容量为IO
19、o IOl 一 102 一 GND ,NCAIZ2827262524232221201918171615- Vcc-WECE2A8AgAllOEAlOCEl1071061051041032KB和6264容量为8KB。本系统接受容量8KB的6264作为数据存储器扩展芯片。其引脚图如图2-6所不:2.1.48051单片机扩展电路及分析一二二一 0123 尊Al记 BVPAA6AA4叁A1AOOqqqqqqq 12345678Dddddddd 1234567827128QNTl E01234， 01234567 mmpopopoFO.sVcc VeXTALlXTALZRESET/VFDEA/VDD8
20、051P3 w P9 7/而ALE/PROGPSEH012A7第A2A1AO626401234567OoooooooI_L图2-78051单片机扩展电路及分析接线分析：PO.7-PO.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别运用于两种不同的状况。第一种状况是8051不带片外存储器，PO口可以作为通用I/O口运用，PO.7PO.0用于传送CPU的I/O数据。其次种状况是8051带片外存储器，P0.7-PO.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P2.7P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O运用。它的其次功能和PO口引脚的其次功
21、能相协作，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像PO口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的其次功能作为限制用，每个引脚不尽相同。VCC为+5V电源线，VSS为接地线。KLE/PROG：地址锁存允许/编程线，协作PO口引脚的其次功能运用，在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7-PO.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/丽加线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7PO.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。EA/
22、：允许访问片外存储器/编程电源线，可以限制8051运用片内ROM还是片外ROMo假如丽=1,那么允许运用片内RoM；假如或=0,那么允许运用片外ROMoXTALl和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接8051片内OSC的定时反馈电路。石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便于8051片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容Cl、C2可以帮助起振，调整它们可以达到微调f即的目的。2.2PWM信号发生电路设计2.2.1PWM的基本原理PWM（脉冲宽度调制）是通过限制固定电压的直流电源开关频率，变更负载两端的电压，从而达到
23、限制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度限制、压力限制等等。在PMM驱动限制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并且依据须要变更一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过变更直流电机电枢上电压的“占空比”来达到变更平均电压大小的目的，从而来限制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图2-8所示：图2-8PWM方波设电机始终接通电源时，电机转速最大为V,设占空比为D=tlT,则电机的平均速度为Va=VE*D,其中Va指的是电机的平均速度；V网是指电机在全通电时的最大速度；D=tl/T是指占空比。由上面的公式可见，当我们变更占
24、空比D=tl/T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd,从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd及占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。U2Pl.6Pl.5A3MA1如=BOAA 3 0 10 BBBBGND P3.7BA3A2A1如A A AQ9Q8 QT Q6CLKQ5Q4Q3Q2RST4040图2-9PWM信号发生电路PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以接受PWM专用芯片来实现。当PwM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中，当PWM波的频率在18K
25、HZ左右时，效果最好。在本系统内，接受了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。两片数值比较器4585,即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2Q9,而U2、U3的B组接到单片机的Pl端口。只要变更Pl端口的输出值，那么就可以使得PWM信号的占空比发生变更，从而进行调速限制。12位串行计数器4040的计数输入端CLK接到单片机C51晶振的振荡输出XTAL2o计数器4040每来8个脉冲，其输出Q2Q9加1,当计数值小于或者等于单片机Pl端口输出值X时，图中U2的（AB）输出端保持为低电平，而当计数值大于单片机Pl端口输出值X时，图中U2的
26、（AB）输出端为高电平。随着计数值的增加，Q2Q9由全a变为全“0”时，图中U2的（AB）输出端又变为低电平，这样就在U2的（AB）端得到了PWM的信号，它的占空比为（255-X/255）*100%,那么只要变更X的数值，就可以相应的变更PWM信号的占空比，从而进行直流电机的转速限制。运用这个方法时，单片机只须要依据调整量输出X的值，而PWM信号由三片通用数字电路生成，这样可以使得软件大大简化，同时也有利于单片机系统的正常工作。由于单片机上电复位时Pl端口输出全为“1”，运用数值比较器4585的B组及Pl端口相连，升速时PO端口输出X按确定规律削减，而降速时按确定规律增大。2.2.3PWM发生
27、电路主要芯片的工作原理1 .数据比较器具有数据比较功能的芯片有74LS6828,74LS6838等8位数值比较器,4位数值比较器4585等。本PWM发生电路通过两片4位数值比较器4585就可实现PWM信号的产生，因此选用4585作为信号发生电路。芯片4585的引脚图:输出图2-10 4585引脚图2 .串行计数器图2-11 4040引脚图系统PWM信号发生电路中还运用到一片串行计数器，有串行计数功能的芯片有4024、4040等，它们具有相同的电路结构和逻辑功能，但4024是7位二进制串行计数器,而芯片4040是一个12位的二进制串行计数器,全部计数器位为主从触发器，计数器在时钟下降沿进行计数。
28、当CR为高电平常，它对计数器进行清零，由于在时钟输入端运用施密特触发器，故对脉冲上升和下降时间没有限制，全部的输入和输出均经过缓冲。本系统运用4040作为串行计数器，芯片4040的引脚图如图2-11所示：2.3功率放大驱动电路设计功率放大驱动芯片有多种，其中较常用的芯片有IR2110和EXB841,但由于IR2110具有双通道驱动特性，且电路简洁，运用便利，价格相对EXB841便宜，具有较高的性价比，且对于直流电机调速运用起来更加简便，因此该驱动电路接受了IR2U0集成芯片，使得该集成电路具有较强的驱动实力和爱惜功能。2.3.1芯片IR2110性能及特点IR2110是美国国际整流器公司利用自身
29、独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能供应极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动实力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V,其内设欠压封锁，成本低、易于调试。高压侧驱动接受外部自举电容上电，及其他驱动电路相比，它在设计上大大削减了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而
30、且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的爱惜功能。及此同时，IR2U0的研制成功并且投入应用可以极大地提高限制系统的牢靠性。降低了产品成本和削减体积。2.3.2IR2U0的引脚图以及功能IR2110将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动实力强，响应速度快，工作电压比较高，是目前功率放大驱动电路中运用最多的驱动芯片。其结构也比较简洁，芯片引脚图如下所示：图2-12IR2110引脚图2.4主电路设计2.4.1延时爱惜电路利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时爱惜电路。IR2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证了
31、加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MoS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的紧急。2.4.2主电路从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必需有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必需导通，才能够给自举电容供应充电的通路。因此在这个电路中，QkQ4或者Q2、Q3是不行能持续、不间断的导通的。我们可以实行双PWM信号来限制直流电机的正转以及它的速度。将ICl的HIN端及IC2的LIN端相连,而把ICl的LIN端及IC2的HIN端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。在HlN为高电平期间，Q1、Q
32、4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其详细的操作步骤如下：当ICl的LO为低电平而HO为高电平的时候，Q2截止，Cl上的电压经过VB.IC内部电路和HO端加在Ql的栅极上，从而使得Ql导通。同理,此时IC2的HO为低电平而LO为高电平，Q3截止，C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上，从而使得Q4导通。电源经Ql至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位，完成完全的回路。此时直流电机正转。在HIN为低电平期间，LlN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。其详细的操作步骤如下：当ICl的LO为高电平而HO为低电平的时候，Q2导通且Ql截止。此时
33、Q2的漏极近乎于零电平，VCC通过Dl向Cl充电，为Ql的又一次导通作准备。同理可知，IC2的HO为高电平而LO为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，此时VCC通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成完全的回路。此时，直流电机反转。因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘由，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来确定的。设PWM波的周期为T,HIN为高电平的时间为tl,这里忽视死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-tl。HIN信号的占空比为D=tlT设电源电压为V,那么电枢
34、电压的平均值为：Voul=tl-(T-tl)V/T=(2tl-T)V/T=(2D-1)V定义负载电压系数为入，=Vout/V,那么人二2D-1；当T为常数时，变更HIN为高电平的时间tl,也就变更了占空比D,从而达到了变更VoUt的目的。D在01之间变更，因此入在1之间变更。假如我们联系变更人，那么便可以实现电机正向的无级调速。当入二0.5时，Vout=O,此时电机的转速为0；当0.5入1时，VoUt为正，电机正转；当入二1时，Vout=V,电机正转全速运行。Pl 2JL Pt IYccIB2H0图2-13系统主电路2.4.3输出电压波形系统电路经过单片机限制的PWM信号产生电路送来的PWM信
35、号，经过功率放大电路，形成输出电压的波形图如下图如示:Vout图2-14输出电压波形直流电机调速系统总体电路设计由单片机产生限制PWM信号发生电路产生PWM信号的数据，限制直流电机调速电路对电机进行调速。PWMI 5VVcc8051XTAL2Pl 7Pl 6Pl 5Pl 4Pl.3Pl.2Pl. 1Pl OA3A2lADB图2-15系统总休电路图2.5 测速发电机测速发电机是一种测量转速的微型发电机，他把输入的机械转速变换为电压信号输出，并要求输出的电压信号及转速成正比，分为直流及沟通两种。其绕组和磁路经过精确设计，输出电动势E和转速n成线性关系，即E=kn,其中k是常数。变更旋转方向时，输出
36、电动势的极性即相应变更。当被测机构及测速发电机同轴连接时，只要检测出输出电动势，即可以获得被测机构的转速，所以测速发电机又称速度传感器。测速发电机广泛应用于各种速度或者位置限制系统，在自动限制系统中作为检测速度的元件，以调整电动机转速或者通过反馈来提高系统稳定性和精度。2.6 滤波电路经整流后的单向直流或单向脉动直流电，都是由强度不变的直流成分和一个以上的沟通成分叠加形成的。为了使脉动直流电变得较为平稳，把其中的沟通成分滤掉，叫做滤波。滤波有电容滤波、电感滤波等。本系统中对直流电接受电容滤波的方式，使得直流电压变得更加平稳，调速更加精确。电路图如图2T5所示:UW。E=J-J-E=)HCuY0
37、aC0Hc图2-16滤波电路2.7A/D转换2.7.1芯片选型能够进行A/D转换的芯片许多，其中AD系列的有8位A/D转换器ADC0809AD570AD670、AD673AD7574等，TLC系列的有TLC545等,其中较为常用的是ADC0809和TLC545,TLC545是美国TEXAS仪器公司新推出的一种开关电容结构逐次靠近式8位A/D转换器，具有19个模拟输入端。而ADCO809是采样频率为8位的、以逐次靠近原理进行模一数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以依据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，具有地址锁存限制的8路模拟开关，应用单一的+5V
38、电源，其模拟量输入电压的范围为OV-+5V,其对应的数字量输出为OOH-FFH,转换时间为IooUs,无须调零或者调整满量程。因此本系统接受ADC0809作为A/D转换芯片。2.7.2ADC0809的引脚及其功能ADC0809有28个引脚，其中INo-IN?接8路模拟量输入。ALE是地址锁存允许，V小、V.接基准电源，在精度要求不太高的状况下，供电电源就可以作为基准电源。START是芯片的启动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换。EoC是转换结束信号，可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。OE是输出允许端。CLK是时钟端。DB。-DB,是数字量的输出。ADDA、ADDB、ADDC接
39、地址线用以选定8路输入中的一路，引脚详见图2-16oIH3 IN4 IN5IN6IN7 一START EOCDB3 一ADC08093 45678OEcnc Vcc GND 一DBl 一9IO1112132827262524232221201918171615IN2 一INlINOADDAADDBADDCALE 一DBTDB6DB5DB4DBO-V嬴DB2图2-17ADC0809引脚图3.系统软件部分的设计3.IPI转速调整器原理图及参数计算图3-1 PI转速调整器依据典型H型系统白老调整器参数和电阻电容值关系如下:Kn = Rn/ RO n = Rn/ CnTon = 1/4 RO * Co
40、n参数求法：电动机P=IOKWU=220VI=55An=1000转/分电枢电阻R=O.5欧姆取滤波电路中Ro=40千欧Rn=470千欧Cn=O.2uFCon=IuF则：Umax=220VUmin=(220/0.9)*0.5=122VYi-I=OW=IooO转/分P=Kp=RnZRo=Il.7I=Kp*TTi=1253.2系统中的部分程序设计软件由1个主程序、1个中断子程序和1个PI限制算法子程序组成。3. 2.1主程序设计主程序主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度初始值，这个初始值及测速电路送来的值相比较得到一个误差值，然后用PI算法输出限制系数给PWM发生电路变更波形的占空比，进
41、而限制电机的转速。其程序流程图如图所示。软件由1个主程序、1个中断子程序和1个Pl限制算法子程序组成。主程序主程序是一个循环程序，其主要思路是由单片机Pl口生数据送到PWM信号发生电路,然后用PI算法输出限制系数给PWM发生电路变更波形的占空比进而限制电机的转速。主程序流程图如图32所示:停机程序图3-2主程序流程图4. 2.2PI限制算法子程序设计*PI限制算法子程序*/voidPID_work()negsum-0;possum=0;if(BJ=O)possum+=kl;temp2=temp2+temp0;else(negsum+=kl;temp2=temp2-temp0;)k3=temp2
42、10;if(possumnegsum)(k2=possum-negsum;存储结果CY=O;templ=k3+kl;/误差积累,(if(CY=I)16位推断。UK=Oxfe;elseUK=kl+k3;elseUK=I;P3=UK;5. 系统调试5.1 软件调试在程序编写的过程中，出现了许多问题，包括键盘扫描处理、PWM信号发生电路的限制、以及单片机限制直流电机的转动方向等问题，虽然问题不是很大，但是也让我探讨了好长时间，在解决这些问题的时候，我不断向老师和同学请教，希望能通过大家一块的努力把软件编写的更完整，让系统的功能更完备。经过多天的努力探究，也经过老师的指导，大部分问题都已经解决，就是程
43、序还是不能实现应当实现的功能，这让我很着急。后来经过一点一点的调试，并细致总结，发觉了问题其实在编写中断处理程序时出现了错误，修改后即可实现直流电机调速的目的。总结这次软件调试，让我相识到了做软件调试的基本方法及流程：(1)细致检查源代码，看是否有文字或语法错误(2)逐段子程序进行设计，找出错误出现的部分，重点排查(3)找到合适的方法，细致检查程序，分步调试直到运行成功4.2系统仿真仿真软件选择Proteus,在Proteus中画出系统电路图，当程序在KeilC中调试通过后，会生成以hex为扩展名的文件，这就是使系统能够在ProteUS中成功进行仿真的文件。将些文件加载到单片机仿真系统中,验证
44、是否能完成对直流电机的速度调整。若不成功，则重新回到软件调试步骤，进行软件调试。找出错误所在，更正后重新运行系统。硬件仿真电路的设计完全依据论文设计方案进行。在仿真的过程中也遇到了许多问题，比如元件选择、电路设计等，在元件选择方面，有的芯片是我以前学习的时候所没有遇到过的，所以在找寻和运用的过程中也遇到许多麻烦，但经过自己的努力，并借鉴从互联网上找到的资料，我慢慢驾驭这些元件的运用方法和原理，为系统设计和仿真供应了良出的基础。另外，在进行仿真的时候，也经常出现程序没有错误了，但是仿真通不过的状况，这些大部分缘由是在管脚定义上，许多系统仿真的问题都出在这。经过这段时间的努力，使我对仿真软件以及系
45、统设计电路有了更深一步的相识，也为系统的成功奠定了基础。结论本文所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的单片微机8051为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件及软件相结合的方法实现对电机进行调整，接受PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵敏性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度限制系统的实现供应了一种有效的途径。而在软件方面，接受PLD算法来确定闭环限制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的。曾经也试过用单片机干脆产生PWM波形，但其最终效果并不志向，在运用了少量的硬件后，单片机的压力大大减小，程序中有足够的时间进行闭环限制的测控和计算，使得软件的运行更为合理牢靠。参考文献1张友德等，单片机原理应用及试验M,复旦高校出版社1992.
