单片机课设直流电机控制.doc

燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目：直流电机控制 学院（系）：电气工程学院 年级专业：09级精仪2班 学 号：090103020 学生姓名： 指导教师： 孟 宗 教师职称： 副 教 授 引言 直流电机调速性能好，可靠性高，机械特性强，在自动控制中的应用极为广泛。直流电机的调速系统多种多样，但系统复杂，控制精度和成品价格难以兼顾。本文使用价格低廉、应用广泛的MCS - 51 系列单片机为控制芯片，完成对直流电机转速的调节，达到了控制性能好、成本低的目的。本文阐述了该系统的基本工作原理、所采用的相关技术等，进而交代了电机转速测量控制的实现方法。 ） 图一：系统总控制原理图 DAC0832简介 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。 即 当数字D=Dmax时，由上式可得 Uout=Uout max+5v 当数字D=Dmin时可得 Uout=Uout min-5v 当数字在0之间变化时，电路输出电压就在-5V到+5V之间连续变化，实现了DAC。 NPN晶体管8050与PNP晶体管8550组成互补射随器。忽略PN结正向压降，可以认为电机输入端电压亦等于Uout，即微型直流电机电枢绕组可以获得-5V到+5V连续变化电压，电动机可也在反向最大转速到正向最大转速之间连续调节。 图二： D/A转换电路及DAC外围电路 3.2 单片机 这里利用的是MSC-51单片机，实现速度测量、输入设定机系统控制，和键盘设定。 速度控制与测量 通过自制-8V~8V电源来确保工作电压正常,由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机的计数器T1，由T1测出电动机的实际转速，通过键盘事先设定的值通过单片机对DAC0832输入相应的数字量，使DAC0832输出大小方向不同的电压。来控制直流电动机的转速和方向。 键盘的设置 键盘是由若干个按键组成的开关矩阵，它是最简单的单片机输入设备，通过键盘可输入数据和命令，实现简单的人机对话。此处用的键盘是矩阵式键盘，对键的识别用的逐行扫描查询法。 (1)有键盘按下时，则单片机有中断响应，为了消抖动此时应该延时一段时间（大约5ms~10s），若还有外部中断0仍为低电平则有按键按下。 (2)判断按键的具体位置。采用先将列置为零，粗扫描的方法逐行扫描，读行的值。如果读的行值为全1，则被按键不在该行上，再扫描下一行；否则说明被按键在该行上。当找到所按的键对应的键值表时则进行相应的键处理，此处的键处理采用查表的方法。就本此课程设计的具体要求，可以设置了四个控制操作键，分别控制电机的正转快速、慢速，反转慢速、快速。然后按下除了这四个键外的任何一个按键，电机都会停止转动。 图三 键盘控制流程图 3.3 直流电机组成原理 直流电动机结构由两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、和风扇等组成。直流电动机的结构是由直流电源、直流电机、控制开关和调速器组成。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定工作原理不外乎就是直流电源为驱动电机旋转通过三极管的截止与导通起到开关和调速的作用。具体操作为当直流电动机接上直流电源时，使用电位器旋转按钮控制三极管集极的电压。 图四： 直流电机控制原理 1、当集极电压小于死区电压时三极管截止；当集极电压大于死区电压时三极管集极的电压大小不一样三极管的电压放大倍数也不一样从而起到调速作用改变直流电动机的旋转速度。 图五： 直流电机原理图 3.5 霍尔效应及元件速度采集电路 霍尔效应及原理 霍尔器件是有半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、b、d。若在垂直于薄片平面（沿厚度d）方向施加外加磁场B，在沿l方向的两个端面加以外电场，则有一定的电流经过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：fl＝qVB 其中：fl――洛仑磁力，