基于基于MCS_51单片机的直流电机转速测控系统设计单片机的直流电机转速测控系统设计
摘要: 给出了一种基于89C51单片机以及PWM控制思想的高精度、高稳定、多任务直流电机转速测控系统的硬
件组成及关键单元设计方法。实验结果表明该系统能实时、有效地对直流电机转速进行监测与控制, 而且输出
转速精度高、稳定性好。 0 引言 目前使用的电机模拟控制电路都比较复杂,测量范围与精度不能兼
顾, 且采样时间较长, 难以测得瞬时转速。本文介绍的电机控制系统利用PWM控制原理, 同时结合霍尔传感
器来采集电机转速, 并经单片机检测后在显示器上显示出转速值, 而单片机则根据传感器输出的脉冲信号来分
析转速的过程量, 并超限自动报警。本系统同时设置有按键操作仪表, 可用于调节电机的转速。
摘要: 给出了一种基于89C51单片机以及PWM控制思想的高精度、高稳定、多任务直流电机转速测控系统的硬件组成及关
键单元设计方法。实验结果表明该系统能实时、有效地对直流电机转速进行监测与控制, 而且输出转速精度高、稳定性好。
0 引言引言
目前使用的电机模拟控制电路都比较复杂,测量范围与精度不能兼顾, 且采样时间较长, 难以测得瞬时转速。本文介绍
的电机控制系统利用PWM控制原理, 同时结合霍尔传感器来采集电机转速, 并经单片机检测后在显示器上显示出转速值,
而单片机则根据传感器输出的脉冲信号来分析转速的过程量, 并超限自动报警。本系统同时设置有按键操作仪表, 可用于调
节电机的转速。
1 系统方案的制定系统方案的制定
直流电机控制系统主要是以C8051单片机为组成的控制系统, 本系统中的电机转速与电机两端的电压成比例, 而电机两
端的电压与控制波形的占空比成正比, 因此, 由MCU内部的可编程计数器阵列输出PWM波, 以调整电机两端电压与控制波
形的占空比, 从而实现调速。本系统通过霍尔传感器来实现对直流电机转速的实时监测。系统的设计任务包括硬件和软件两
大部分,其中硬件设计包括方案选定、电路原理图设计、PCB绘制、线路调试; 软件设计包括内存空间的分配, 直流电机控
制应用程序模块的设计, 程序调试、软件仿真等。
2 硬件设计硬件设计
C8051是完全集成的混合信号系统级MCU芯片, 具有64个数字I/O引脚, 片内含有VDD监视器、看门狗定时器和时钟振
荡器, 是真正能独立工作的片上系统, 并能快捷准确地完成信号采集和调节。同时也方便软件编程、干扰防制、以及前向通
道的结构优化。
本单片机控制系统与外部连接可实时接收到外部信号, 以进行对外部设备的控制, 这种闭环系统可以较准确的实现设计
要求, 从而制定出一个合理的方案, 图1所示是电机测控系统框图。
图1 电机测控系统框图。
本系统先由单片机发出控制信号给驱动电机, 同时通过传感器检测电机的转速信号并传送给单片机, 单片机再通过软件
将测速信号与给定转速进行比较, 从而决定电机转速, 同时将当前电机转速值送LED显示。此外, 也可以通过设置键盘来设
定电机转速。系统中的转速检测装置由霍尔传感器组成, 并通过A/D转换将转速转换为电压信号, 再以脉冲形式传给单片
机。这种设计方法具有频率响应高(响应频率达20 kHz以上)、输出幅值不变、抗电磁干扰能力强等特点。其中霍尔传感器输入
为脉冲信号, 十分容易与微处理器相连接, 也便于实现信号的分析处理。单片机的T0口可对该脉冲信号进行计数。
设计时, 可通过单片机的P0.1~P0.5 五个接口来完成键盘的输入, P1.6口可完成鸣叫和报警, P2.0接电机, P2.1~
P2.4接显示器的位选, P0口为显示器段选码, 其硬件连接电路如图2所示。
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