2-2直流调速解读.ppt

§2-2 单片机控制直流电机调速系统设计 由于单片机（Single Chip Microcomputer，俗称微控制器MCU ——Micro Control Unit）的发展，采用它测速不但精度高、成本低、结构简单、工作稳定、通用性强，而且可以应用数字PID技术进行速度控制。所以在速度的测量与控制方面有着广泛的应用前景。采用单片机进行脉冲计数采样测速、通过脉宽调制控制转速，从而对直流电机转速进行精确的测量和控制，这就是单片机控制的直流电机数字调速系统。 数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）也能控制。 一、单片机控制直流电机调速系统的硬件电路设计 （一）系统功能的确定 首先，应该确定该系统应该达到或最终的技术指标，并以此为依据和出发点，对硬件和软件进行合理分工，最终尽可能好的实现预期功能。 该微机系统的预期功能如下： 1.能够按照设定转速实现升速，降速等功能。 2.能够使直流电机在设定转速下稳定工作，实现转速的实时显示。 3.能够设定PID参数，使其满足生产上各种直流电机和负载的需要。 （二）主要器件的选择 1.控制微机的选择 目前，国内常见的控制微机主要有ZILOG公司生产的Z-80单板微机和INTEL公司生产的MCS系列单片机。市场上的主流产品有MCS-48，MCS-51，MCS-96，其中MCS-48，MCS-51为8位单片机，适用于一般工业控制；MCS-96系列是16位微机，可用于控制精度要求较高的工业控制。 MCS-51系列无论是片内RAM容量、I/O的功能种类和数量，还是系统的扩展能力、指令系统和CPU的处理能力等方面，都比较强。尤其是布尔运算处理功能，对于实时逻辑控制具有突出的优点，是控制型应用领域中最理想的8位微型计算机。另外，MCS-51的程序存储器空间是相互独立的，程序存储空间寻址空间是64K字节（0000—FFFFH）。其中8051片内包含有4K字节的ROM和EPROM，而8031片内不带ROM，当采用8031系列芯片时需要扩展程序存储器。因此选用8051系列芯片中的89C51芯片。 单片机89C51，其外形结构为40只引脚双列直插式封装。 （二）主要器件的选择 2.速度测量用光电管 速度测量电路一般采用传感器将速度这个物理量转换为脉冲电量信号，如光电传感器、磁电传感器、霍尔传感器，采用光电传感器和MCS-51单片机。光电转速传感器有直射式和单头反射式两种，选用直射式。 3.达林顿驱动集成块 单片机输出应经功率放大，选用达林顿驱动集成块ULN2003，内含7 个达林顿驱动电路，每个输出电流500mA。 （二）主要器件的选择 4.LED显示器 LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器件，有共阴极和共阳极两种。选用共阴极器件，共阴极用作位选信号输入。 七段显示器与单片机接口非常容易，只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管相连接即可，8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。 采用4位LED动态显示，有4根位选线和8根段选线。段选线控制显示什么字符，位选线决定哪一位位点亮来显示。 (二)主要器件的选择 5. 高速光电耦合MOS-FET/IGBT驱动电路 PC923芯片是一种集光电耦合和驱动电路为一体的8引脚集成电路，它可以用于驱动MOS-FET/IGBT。当驱动信号引脚1进入驱动器后，使发光管发光，通过光被三极管接受，放大后由图腾柱结构输出电路产生驱动脉宽。 6.功率开关器件—场效应管 选用IRF450，500V/13A/150W。 （三）单片机控制直流电机调速系统电路 1.微机系统的总体框图 通过上述功能分析及方案的确定、元器件的选用，可以画出微机系统的总体框图。 2. 单片机控制直流电机调速系统电路图 单片机控制直流电机调速系统电路原理图 二、8051单片机简介 （一）8051单片机的功能特点 一片8051是将中央处理单元CPU、随机存储器RAM、定时器、计数器及串行、并行接口等集中到一块芯片上的组合。它内部自带有ROM，性能/价格比高、组件灵活、位处理功能强，为控制提供了很大的方便。 8051单片机内包括如下部件： 8位的CPU 128字节的读写数据存储器RAM 4K字节的只读程序存储器ROM 2个16位定时器/计时器 4个I/O接口（包含一个串行接口，共同32根I/O线） 可扩展外部RAM和ROM各64K字节 自带振荡器 允许五个中断源 有位寻址功能，适用于布尔运算处理