基于51单片机的直流电机转速测量与控制.doc

单片机原理与应用 课程设计 院 系 信息工程学院 班 级 自动化1201班 学生姓名 学 号 日 期 基于51单片机的直流电机转速测量与控制 直流电动机作为执行元件，被广泛应用于控制领域，这次设计采用单片机作为控制芯片，控制算法采用PID控制，加上相应的输入输出通道，构成一个单闭环控制系统，使电机转速稳定运行，并通过数码管显示转速设定值和实际值。 一、基本要求： 1.以80C51的基本知识和方法为基础，通过系统扩展达到应用单片机的目的。 2.根据应用系统结构规模的要求，掌握单片机外部扩展系统的硬件设计的基本过程，正确合理选择期间，绘制应用系统原理图。 3.根据设计任务和要求，画出程序整体流程图，然后进行各程序模块的设计，编写控制程序。 4.掌握如何应用单片机仿真器或编程器来开发应用及仿真调试的过程，反复修改测试直至完成任务。 二、设计内容 设计并调试一个程序使其实现如下功能： 1.在实验平台上通过键盘输入一个转速的设定值（例如25rpm），并在数码管上显示； 2.采用比例调节方法，使电机转速稳定在设定值； 3.测量电机的转速，并在实验平台数码管上显示； 4.转速稳定后，可随时修改转速设定值； 5.优化比例调节系统，使电机转速的调节时间较短，并尝试加入积分、微分环节，改善转速的静态和动态特性。电机转速不允许出现振荡。 三、设计原理 转速是工程上一个常用参数，旋转体的转速常以每秒钟或每分钟转数来表示。转速测量方法很多，由于转速是以单位时间内的转数来衡量，再变换过程中大多是有规律的重复运动；霍尔开关传感器由于其体积小，无接触动态特性好，使用寿命长等特点，在测量旋转体的转速领域得到了广泛的应用。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势，其大小和外磁场的磁场强度及电流大小成比例。 根据霍尔效应原理，将一块永久磁铁固定在电机封轴上的转盘边沿，转盘岁北侧轴旋转，磁钢也跟着同步旋转，在转盘附近安置一个霍尔器件，则霍尔器件首次刚所产生的磁场影响输出脉冲信号，其频率和转速成正比，测出该脉冲的周期或频率即可计算出转速。? 直流电机的转速与施加于电机两端的电压、电流大小有关,这次设计利用DAC0832控制输出到直流电机的电压值，即通过控制DAC0832的模拟输出信号量来控制电机的转速。当测出电机转速小于设定值时增大D/A输出电压；当测出电机转速大于设定值时减小D/A输出电压,从而使电机以某一速度恒速旋转。 四、实验接线 1、把DA0832的片选CS17孔和Xfer孔接至译码器YS2(0A000H-0AFFFH)孔相连接； 2、DA0832的WR1孔和WR2孔连控制总线区的/WR孔相连接； 3、把数模转换DAC0832输出Aout孔连直流电机DCin孔相连接； 4、CS40与YS0相连接； 5、CKM孔（霍尔器件输出孔）连P3.2孔相连接。 连线 连线孔1 连线孔2 1 CS17 Xfer 2 Xfer YS2 3 WR1 WR2 4 WR2 /WR 5 Aout DCin 6 CS40 YS0 7 CKM P3.2 五、实现方法 1、整体结构设计 键盘被按下后，通过检测把键码给单片机，单片机通过数码管显示设定值，同时判断实际值与设定值是否相等，调用PID函数进行调速，将PID调速函数的返回值进行DA转换，输入给电机，通过霍尔传感器测得电机的值，再与设定值比较，直到两值相等。可通过键盘再次输入另外一个值，重复上面的步骤，使电机转速达到设定值。 2、转速测定方法设计 转速测控方法有频率法和周期法，因为电机转速较低，所以采用周期法进行计算，保证其精度。在设计中采用霍尔传感器采集信号，霍尔传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后通过外部中断测出相应的脉冲周期，计算转速，通过定时器0控制PID采样周期，将处理好的信号接入单片机的T0计数口进行编程计数，最后在数码管上显示结果。 周期法即T法测速，T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T