基于单片机的直流电机闭环调速控制系统xin

滨江学院

专业综合设计

题目直流电机闭环调速系统控制

院系自动控制

专业自动化

组别第二组

组长周未政

指导教师周旺平

二0 一0 年十二月二十八日基于单片机的直流电机闭环调速控制系统

摘要：设计以AT89C51单片机控制模块为核心，由单片机控制、红外线光电检测装置、直流电机转速为被测量组成的控制系统。原理是利用红外线光电传感器接收直流电机转速所产生的红外信号转换成电信号传输给单片机，并调节转速的闭环调速控制系统。

1.AT80C51单片机介绍

1.1主电源引脚

V ss—(20脚)：电路地电平

V cc—(40脚)：正常运行和编程校检（8051/8751)时为+5V电源。

1.2外接晶振或外部振荡器引脚

XTAL1—(19脚)：接外部晶振的一个引脚. 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器. 当采用外部振荡器时，此引脚应该接地.

XTAL2—(18脚)：接外部晶振的另一个引脚. 在片内接至振荡器的反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入端. 当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。

1.3控制、选通或电源复用引脚

RST/V pd—(9引脚)： RST即Reset（复位)信号输入端。

ALE/PROG—(30引脚)： ALE，允许地址索存信号输出。

PSEN—(29脚)：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。.

V pp/EA—(31引脚)： EA为访问内部或外部程序存储器选择信号。

1.4多功能I/O口引脚

P0口—（32-39脚)：8位漏极开路双向并行I/O接口.

P1口—（1-8脚)： 8位准双向并行I/O接口.

P2口—（21-28脚)：8位准双向并行I/O接口.

P3口—（10-17脚)：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。它还提供第二特殊功能，具体含义为：

P3.0—(10脚)RXD：串行数据接收端。

P3.1—(10脚)TXD：串行数据发送端。

P3.2—(10脚)INT0：外部中断0请求端，低电平有效。

P3.3—(10脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。.

P3.4—(10脚)T0：定时器/计数器0外部事件计数输入端。.

P3.5—(10脚)T 1： 定时器/计数器1外部事件计数输入端。 P3.6—(10脚)WR ： 外部数据存储器写选通， 低电平有效。 P3.7—(10脚)RD ： 外部数据存储器读选通， 低电平有效。

2. 设计任务

通过加速、减速按键实现电机的加速与减速，并将当前的转速的设定值反馈回来经PID 调解后的转速经LCD 显示出来。

单片机89C51

显示器

速度采集电路

电动机

电动机驱动电路

单片机（PID 运算运算控制器、PWM

模拟发生器）

按键

电机调速系统框图

3.系统流程图

开始 80C51初始化软件变量初始化检测转子位置PWM 波初始化计算电机转速

电机给定转速是

否改变

PID 控制电机

N

Y

电机控制软件流程图

开始 参数初始化

采集输入及输出值

计算偏差 e k

控制器输出

返回

ǀ e k ǀ < e max ?

PD 控制

PID 控制Y

N

上图为积分分离式PID 控制算法的流程图。通过80C51给定的转速与红外检测电路测得的经计算后的速度得到偏差e k 。与设定的e max 相比较，若e k ＜e max 可以采用PID 控制提高系统的控制精度，若e k ≥e max 则采用PD 控制，可以避免系统产生较大的超调量而且采用PD 控制又可以提高系统的灵敏性。

4.电路模块及原理

4.1驱动电路

直流电动机驱动电路图如图1所示。其中L298 的ENA、IN1和IN2引脚与单片机的输出引脚相连，图中未表示。

图2 直流电动机驱动电路图

L298芯片管脚说明：

（1）S ENSA：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。

（2）O UT1：输出端，与M1对应。

（3）O UT2：输出端，与M2对应。

（4）V S：电源，用来给电动机供电。

（5）I N1：输入端。

（6）E NA：使能端，和M1、M2配合使用。

（7）I N2：输入端。

（8）G ND：接地。

（9）V CC：电源，用来给芯片供电。

（10）IN3：输入端

（11）ENB：使能端，和M3、M4配合使用。

（12）IN2：输入端。

（13）OUT3：输出端，与M3对应。

（14）OUT4：输出端，与M4对应。

（15）SENSB：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。

电机控制说明如表1所示，其中*值可取1也可取0。

SENSEENA IN1 IN2 电机效果

0 * * 停止

1 1 0 正传

1 0 1 反转

1 0 0 停止PROTEUS仿真加速PWM脉宽如下图

4.2稳压电路L7805cc

其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压了

4.3时钟电路

就单片机内部每个部件要想协调一致地工作，必须在统一口令——时钟信号的控制下工作。单片机工作所需要的时钟信号有两种产生方式，即内部时钟方式和外部时钟方式。图是内部时钟方式：单片机内部有一个构成振荡器的增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外晶振一起构成自激振荡器。在该图中，电容C1和C2取30pf，晶体的振荡频率取12Mhz，晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。实际连接如图所示

4.4按键电路