直流电机的转速检测与脉宽调速器

摘要:设计制作一个脉宽调速器,使其工作频率和占空比均可调节,频率调节范

围3-5KHZ, 占空比调节范围为30-70%,选用额定电压为12V额定电流

为0.5A的小直流电机,根据其参数设计出功率放大器,使之推动直流电

动机工作,并用4位数码管显示出电动机每秒所转的圈数, 以监视电动

机的调速情况.

关键词:转速检测脉宽调速功率放大器数码管显示

引言

目前直流调速在工业生产中有相当广泛的应用，直流调速的转速比更大，可在全部的调速范围内都能获得良好的转矩特性。放眼望去，交流电机占据了传动应用的绝大多数地盘，大有取代直流电机的趋势，但实际在许多场合人们仍在使用直流调速。交流电机结构比直流电机简单，便于维护，价格低。由于变频技术的发展，交流变频调速的性能越来越接近直流调速，因而人们更愿意使用交流变频调速。众所周知，许多科学实验都离不开电，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，.全数字直流调速装置，采用8位单片微机技术，性能优良，运行可靠，并且具极高的性能价格比. 设计方案的提出，更进一步说明了这类电机的好处直流电机产品是工业自动化，家庭现代化等各个领域广泛应用不可缺少的基础产品，与其它类型的电机相比，它具有良好的起动性能，且能在宽广的范围内平滑而经济地调速，过载能力较强，热动和制动转矩较大，因此直流电动机在起动和调速要求较高的生产机械上广泛地被应用。随着人们生活水平迅速提高，对视听设备品质要求也在不断提高，这类产品为小功率直流电机提供了广阔市场，因此高精度控制直流电机转速成为发展的必然趋势。电动机的转速是一个较为重要的运行参数，也有很多种用于测量转速的仪表，如：机械软轴式转速表、频率-电压转换式转速表、数字式转速表等，它们中间有的成本很高而且精度较差、有的工艺复杂而且可靠性不高。本文介绍了一种利用单片机技术制成的智能转速表，不仅精度高、工艺简单、线路简洁，而且可靠性高、功能强。当然本文中提到的软硬件设计方案，不能代表最佳方案，学习和掌握其基本原理，关心其发展，对于电机及其控制领域内工作和学习的人员都是有必要的。在单片机控制电机的理论及应用发展得非常迅速. 因该设备未经过实物硬件的调试,所以难免存在着一些弊端,望老师给予指点。

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转速显示电路主要由脉冲放大及整形电路、单片机（80C51）、多路动态扫描LED显示电路构成

一、电源

简易稳压电源的制作

课程设计最基本的电路是+5V/+12电源的取得，依据所设计的课题电源负载有不同的方式，基本上有以下几种：

a．使用PC交换式电源：适合用大电流负载。

b．使用3只干电池：约4.5V电压，勉强可以推动8051电路，适合小电流负载。c．使用7805稳压IC，适合用于一般的电流负载。

使用7805稳压IC，由市售的15Ｖ电源调整器来将市电２２０Ｖ转换为直流15Ｖ电源，经过7805、7812稳压给信号发生器和功率放大器供电，,其中的电容器作为滤波电容用,LED作为电源指灯,一来指示+5V电源的存在,而来如果电源接到8051控制板上电源端如果一不小心短路了,马上可以检查出来,免得过久烧毁单片机8051.

由于稳压IC上的电压降有4V,在电流负载稍大的使用场合时,IC外壳温度会上升,因此必须外加热片来散热.此外市售的电源调整器的插头输出端的正负极性及转接头的搭配需要特别注意,这是自制稳压电源时要注意的地方自制稳压电源及IQ51单片机的电源调整的插头输出端,正极性在中间,外端金属的部分是负极性,自制时可以三用电表确认一下.

稳压管V1电阻R2给直流放大管V3的发射极提供稳压的基准电压。R3、R4组成分压（取样）电路，从输出电压UL中取出变化的信号电压，使UB3=（R4/R3+R4）UL，并把它加到放大管V3的基极，于是V3的基极和发射极间电压UBE3=UB3-UZ=（R4/R3+R4）UL-UZ。由于UB3是UL的一部分，故称为取样电压，它和基准电压UZ 比较后的电压差值即UBE3经V3放大后，加到三极管V2的基极上，使V2自动调整管压降UCE2的大小，以保证输出电压稳定。R1是放大管V3的电极负载电阻，又是调整管V2的基极偏置电阻。该电路的稳压过程如下：如果输入电压Ui增大，或负

载电阻RL增大。输出电压UL也增大，通过取样电路将这个变化加在V3管的基极上

使UB3增大。由于UZ是一个恒定值，所以UBE3增大。导致IB3和IC3增大，R1上电

压降增大，使调整管基极电压减小，基极电流减小，管压降UCE2增大，从而使输

出电压保持不变。上述稳压过程表示为：

Ui↑→UL↑→UB2↑→UBE3↑→IB3↑→IC3↑→ UB2↑→UBE2↑→UCE2↑→UL

同理，当输入电压Ui减小或负载电阻RL减小，引起输出电压UL减小时，三极管V3

的基极电压减小，V2的基极电压增大，从而基极电压增大，从而使调整管管压降

减小。维持输出电压不变。

由于UBE3=（R4/R3+R4）UL-UZ，而电路中UZ是恒值，UBE3也基本不变，因此在保证一定输入电压Ui条件下，稳压电路的输出电压UL应该满足：

UL=R3+R4/R4（UBE3+UZ）

此式表明在一定的条件下，UL与取样电阻有关，改变R3、R4数值，可变输出电压数值但UL不可能超过Ui，另外从图1可看出，UL=Ui-(IB2+IC3)R1-UBE2.由于RL减小时，IL 增大，UL降低IC3减小，IB2增大，当IC3为零时IB2最大此时UL=Ui-IB2R1-UBE2.又由于IB2≈IE2/β2≈IL/β2，代入上式则额定输出电流为：

IL=β2（Ui-UBE2-UL)/R1

二、脉冲信号发生器

1．作为实验装置脉宽信号处理我们采用555集成块和外围电路组成，

555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。

555定时器的外引线排列图和内部原理框图如图1-1、1-2所示，功能见表1-3。它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 T以及功率输出级组成。比较器 C1的反相输入端⑤接到由三个5 kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处（⑤也称控制电压端），同相输入端⑥为阀值电压输入端。比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，反相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。两个比较器的输出端控制RS触发器。RS触发器设置有复位端D R④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。控制电压端⑤是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。不用时可将它与地之间接一个O．01μF的电容，以防止干扰电压引入。555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器

图 1-1 555集成电路引脚排

列图