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如何用单片机89C52控制单片机驱动步进电机实现主轴旋转和探头平动的两轴联动？
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基于MCS51单片机控制系统的课程设计及步进电机调速.doc42页
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指导教师评定成绩:
重 庆 邮 电 大学
自 动 化 学 院
计算机控制技术课程设计报告 基于MCS51单片机控制系统设计
单位(二级学院):
设计时间: 2012
重庆邮电学院自动化学院制
第1章 本次设计的基本要求 4
1.1基本要求 4
第2章 方案的论证 4
控制方式的确定 4
驱动方式的确定 5
驱动电路的选择 5
基本方案的确定 6
硬件电路的设计 7
单片机的选择 7
3.1.1 单片机的引脚功能 7
主要特性: 8
步进电机的选择 9
3.3驱动电路的选择 10
显示电路与键盘的选择 11
反馈电路的选择 13
3.5.1光电编码器原理 13
3.5.2步进电机测速原理 14
3.5.3闭环PID控制原理 14
算法的设计: 15
4.1步进电机控制算法 15
4.2 步进电机转速测量算法 15
4.3 PID 控制算法 15
4.3.1 位置式PID的控制算法 16
4.3.2 增量式PID的控制算法 16
第5章 实验结果 18
问题总结 20
6.1复位电路: 20
6.2数码管驱动: 20
6.3独立键盘: 21
6.4步进电机算法整定: 21
6.5焊接电路图: 22
第7章 参考文献 23
附录一 分工表 24
附录二:系统PCB图 25
附录三:电路原理图 26
附录四:仿真原理图 27
附件五:元器件封装规格 28
附录六:源程序 29
步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块,通过AT89C51完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制,操作方便,节省成本。
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基于8051单片机的三相步进电动机的开环控制系统设计（含全套CAD图纸）.doc77页
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步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛地用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性，通用性，可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电动机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的三相步进电动机的开环控制系统。本论文主要介绍了基于单片机的步进电动机控制的规律、硬件的结构和组成，以及其工作原理。本论文设计的控制系统主要通过单片机存储器、I/O口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电动机的环形分配器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等等的设计，实现了三相步进电动机的正反转、急停、加减速等功能。
关键词：8051单片机；三相步进电动机；控制
Stepper motor is a stepper motor for precise electrical and mechanical actuators, which are widely used in industrial machinery, digital control, for the system reliability, interoperability, maintainability, and cost-optimal, according to the control system functional requirements and stepper motor applications, to determine hardware and software design, function, in order to achieve based on the 8051 three-phase stepper motor open-loop control system. This paper introduces a microcomputer-based stepper motor control laws, hardware structure and composition, and its working principle. In this thesis, the control system is mainly through the microcontroller memory, I / O port, interrupt, keyboard, LED display of the expansion of the annular distributor stepper motor, drive and protection circuit, man-machine interface circuit, interrupt system and reset circuit, single voltage-driven circuit design, etc., to achieve a three-phase stepper motor rotating, emergency stop, acceleration and deceleration functions.
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& ADT-CNC4320运动控制器在车床系统中的应用实例
ADT-CNC4320运动控制器在车床系统中的应用实例
数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。
众为兴数控技术有限公司是一家研发与应用运动控制技术产品的公司，自主研发了国内首款嵌入式运动控制器及配套系统软件，形成了以运动控制卡、运动控制器、步进电机和驱动器等为主的全系列的数控产品线，这些产品广泛应用于国防、科研、教学和工业等各个领域。
CNC4320控制系统是众为兴数控技术有限公司自主研发的CNC（Computer
Controller）系列的一款。
整个CNC4320数控车床系统实物图如图1.1
CNC4320数控车床系统实物图
1—车床控制面板
4—车床车身
5—两台CNC4320控制器
6—刀架电机 7—导轨
随着电子信息自动化技术的发展，为了提高生产效率，出现了数控车床的自动进给[3]即自动换料，自动送料技术，过去依靠人工换料、送料的时代已一去不复返。现在，主要依靠自动化传送料，原料传送的自动化减少了人为操作的失误，降低了危险性，使得生产过程更加简单方便，更加符合流水线式生产的现代化要求。
控制器硬件平台
整个CNC4320车床数控系统，从广义的控制层次上来说可分为四大部分，驱动控制系统、主轴控制系统、刀架控制系统、辅助控制系统,它们都是以运动控制器CNC4320为核心部件组成的控制系统，互相联系又独立工作，组成了一个整体，即车床控制系统，两轴运动控制器硬件平台见图1.2所示。
（1）CNC4320两轴运动控制器采用嵌入式结构，其内部集成有ARM主CPU芯片。此ARM芯片的内核是ARM7TDMI内核，具有代码密度高并兼容16位的Thumb指令集，支持很多操作系统，包括Windows CE、Linux、Palm OS等特点。
（2）因为系统的运行会产生大量的变量，堆栈。ARM芯片内部集成有16K的SARAM，但是不能满足如此大容量的运行。所以在外部扩展了8M的SDRAM，用于程序运行，另外集成256M NANDFLASH，2MNORFLASH，用于重要的数据，程序的存储，还有一些易断电的，需要长期保存的系统参数刀具参数，补偿参数，机床参数以及数控加工程序。
（3）控制器内部集成有两轴运动控制芯片，内部集成有X，Y轴的插补控制模块，指令/解释/处理模块。当它接到主ARM芯片传来的控制指令后，会自动运行其指令，无须占用CPU。是一款能够同时控制2个伺服马达或步进马达的运动控制芯片。它以脉冲串形式输出，能对伺服马达或步进马达进行位置控制、插补驱动、速度控制等。在对第一个节点运动实行插补时, 可对第二节点运动连续写入数据。在这个过程中插补动作是连续运行, 而不需要中间作任何停顿。CPU数据总线长度可选8位/16位，补范围 各个轴-88607，补速度1~4MPPS。
（4）CPLD主要用于对图像，速度，位置等信息的采集、控制、存储。
该控制器采用320*240点阵式液晶+按键屏，32位嵌入式CPU，超大规模FPGA编程，运用实时多任务控制技术实现μm级精度运动控制。X、Z二轴联动、USB和RS232通讯方式，支持CNC与PC，系统软件可通讯升级。
其技术规格如表1-a所示:
控制轴X、Z
两轴联动轴X、Z
两轴坐标值范围±mm最小指令单位0.001mm
技术规格参数
系统的原理示意如图1.2所示：
车床控制系统系统原理轮廓图
下面我们将着重介绍这四大控制系统的组成、电路连接与原理、指令控制等部分。
1.1主轴控制系统结构和原理
主轴是车床最主要的部件之一，整个机器的性能很大程度上决定于主轴的性能，主轴直接承受切屑力，转速的范围很大。所以我们引入主轴控制系统,利用CNC4320控制器监控主轴的转动速度和方向来完成对工件的精确加工。主轴控制系统由五个部分组成：控制器CNC4320、变频器、编码器、主轴电机、主轴。
主轴控制系统原理图如图1.1.1所示
主轴控制系统原理图
变频器实物图如图1.1.2所示
图1.1.2 变频器实物图
其变频原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
编码器实物图如图1.1.3所示
编码器实物图
编码器分为绝对脉冲编码器：APC ,增量脉冲编码器：SPC ,两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件。旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。 信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。 A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。
这里的编码器同样是用于速度控制或位置控制系统的检测元件。它将检测到的主轴转动的速度和方向的模拟量转化为数字脉冲反馈给CNC4320控制器，满足控制器对主轴转动的监控的需求。此编码器采用增量式脉冲编码器，这样可以节省用于编码的导线个数，从而可以节省成本。一般情况下，增量编码器性能要优于绝对式编码器。所以，大多数时候，车床控制系统都采用增量式编码器。
主轴电机是将电能转化为机械能，使机构旋转运动的装置，又称为主轴控制系统的执行机构。其实物图如图1.1.4所示。
主轴电机实物图
1—便于编码器测速的被动转轴
3—由主轴电机带动的主动转轴
4—带动主轴转动的转轴
为了便于编码器测速和反馈给控制器CNC4320，主动和被动转轴的齿轮比例都是按照1：1来设计的，这样编码器的测速就是主轴马达的转速也是主轴的转速，不用考虑倍率的问题。
主轴是用来固定工件，带动其旋转以便于加工的器件，其实物图如下图1.1.5所示。
图1.1.5 主轴实物图
2—主轴挡板
主轴孔是可以用主轴扳手手动夹紧工件的内螺纹。因为我们介绍的是众为兴公司用于试验检测的车床，所以在主轴挡板位置没有实际挡板，这样便于观察主轴运行。夹具，顾名思义，用来夹紧工件的机械装置。为了防止刀架工作台过渡右移以至脱离导轨[4]，在导轨上还有一个装置叫尾座。这里的车床因为是试验检测用哟，所以没有装尾座。
主轴转速控制方式：开关量控制、模拟电压控制，主轴转速开关量控制。执行 S1～S4，S 信号 2 档（S1～S2）/4 档（S1～S4）开关量输出。主轴转速模拟电压控制：执行 S0～S9999，输出 0～10V 电压控制主轴转速支持四档主轴自动换档（M41～M44）主轴转速倍率：50％～120％八级实时调节G96 恒线速控制（S 给定切削线速度值，单位：米/分）G97 取消恒线速控制（S 给定主轴转速，单位：转/分）
主轴控制系统对应的控制指令有： M03、M04、M05
指令格式：
M05或 M5。
指令功能：
M03：主轴正转；
M04：主轴反转；
M05：主轴停止。
系统上电后，M05输出有效。在M05输出有效时，执行M03或M04，M03或M04输出有效并保持，同时取消M05的输出（输出无效）；M03或M04输出有效时，执行M05，取消M03或M04的输出，M05输出有效并保持。
当诊断参数DGN.089、DGN.090（主轴制动输出时间）不为0时，执行M05，输出主轴制动SPZD脉冲信号（非保持输出）；主轴制动输出时间设置为0时，执行M05，不输出主轴制动SPZD脉冲信号。M03（或M04）输出有效时，执行M04（或M03）将产生报警。
1.2刀架控制系统结构和原理
数控刀架是数控车床的关键配套件，为数控车床三大功能部件之一。通过它来实现数控车床刀具的自动切换。任何系列，各种型号的数控刀架均采用端齿盘作为刀架定位元件。通过电机或活塞驱动各种传动机构变换刀具位置，由传感器将刀架工位号反馈给数控系统来完成刀具的正确切换。
刀架控制系统由九大原件组成：控制器、变压器、整流板、驱动器、步进电机、丝杠、刀架电机、刀架台、继电器。其中驱动器我们将有下一章节驱动控制系统着重介绍，继电器将在辅助控制系统中介绍，这一章我们着重介绍步进电机、丝杠整流板在刀架控制系统中的作用。
刀架控制原理图如图1.2.1所示：
刀架控制原理图
步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step
motor或Stepping
motor、Stepper，等等。就传统的步进电动机来说，步进电动机可以简单地定义为，根据输入的脉冲信号，每改变一次励磁状态就前进一定角度（或长度），若不改变励磁状态则保持一定位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电动机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。
这里使用的是二相混合式步进电机，利用位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累的特点，组成结构简单又具有一定精度的开环控制系统，即刀架控制系统驱动的执行部分。实物图如图1.2.2所示
图1.2.2 步进电机实物图
整流板是用来将交流电进行整流，变成直流电以提供给驱动器使用，其原理为桥式整流电路原理，原理图如图1.2.3所示：
图1.2.3 桥式整流电路原理图
桥式整流电路的工作原理如下：e2 为正半周时，对D1 、D3 和方向电压，Dl，D3 导通；对D2 、D4 加反向电压，D2 、D4 截止。电路中构成e2 、Dl、Rfz 、D3 通电回路，在Rfz ，上形成上正下负的半波整洗电压，e2 为负半周时，对D2 、D4 加正向电压，D2 、D4 导通；对D1 、D3 加反向电压，D1 、D3 截止。电路中构成e2 、D2 Rfz
、D4 通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。
其工作时的电流流向，实物图如图1.2.4所示：
图1.2.4 桥式整流电路工作时的电流流向，实物图
滚珠丝杠是相对于原来的T形螺纹丝杠而言的。其原理就是转动变平动，丝杠转动。螺纹带动滚珠轴承在杆上滑动。跟丝杠的原理差不多，只是加上滚珠而已。原来丝杠螺纹副转动时摩擦比较剧烈，在内螺纹与外螺纹之间加上滚珠后，就变为滚动摩擦，改善摩擦条件，从而使摩擦阻力减小为原来的1/50。从而也可使其达到高速运转.笔者看到一份资料显示现在最高的丝杠允许速度达到了200m/min.直追直线电机，，是由日本生产，其原理大致是在螺帽和丝杠之间放入滚珠，然后在螺帽上加入返向器,使滚珠在里循环滚动。
其实物图如图所示：
图1.2.5 滚珠丝杠实物图
这里步进电机带动滚珠丝杠旋转，对刀架台X，Z相位置进行精确定位，实现工件的精确加工。控制器中有关刀架控制系统的指令主要有T指令，其指令格式如下：
指令功能：自动刀架换刀到目标刀具号刀位，并按指令的刀具偏置号对应的刀具偏置执行刀具长度补偿。 刀具偏置号可以和刀具号相同，也可以不同，即一把刀具可以对应多个偏置号。对应刀具偏 置号为 00 的刀具偏置为 X=0、Z=0，系统为无刀具补偿状态，即：系统的坐标偏移为 0（未 进行坐标偏移）。在执行了刀具长度补偿后，执行 T□□00，系统将按当前的刀具偏置反向 偏移系统坐标，系统由已执行刀具长度补偿状态改变为未补偿状态，显示的刀具偏置号为 00 这个过程称为取消刀具长度补偿，简称：取消刀补。如：T0101表示选择1号刀并执行1号刀偏；T0102表示选择1号刀并执行2号刀偏；T0301表示选择3号刀并执行1号刀偏。
1.3 驱动控制系统结构和原理
相信大家在看了上一章节的刀架控制系统后一定会注意到这样的一个器件：驱动器。这就是我们这一章节重点介绍的驱动控制系统的一个主要元器件。驱动器可以将控制器输入的低电压转化为步进电机需要的高电压输出，它的作用是接收控制器CNC4320的控制指令即脉冲信号驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
驱动器Q2BYG2245AM的实物图如图1.3.1所示。
图1.3.1 驱动器的正视和俯视实物图
驱动控制系统的原理图如图1.3.2所示。
图1.3.2 驱动控制系统的原理图
CNC4320控制器有关驱动器的指令有很多部分如下表1.3-a。
其实大部分指令都与驱动器有关，因为是它驱动刀架台在X，Z 轴的前后左右的运动。
1.4辅助控制系统结构和原理
整个车床控制系统的内部结构如上所述，但是任何的机器都会有过热，过渡磨损的情况，车床一旦过渡磨损就会降低其加工精度，甚至提前报废，同样车床一旦过热，就会烧坏元器件，降低其加工精度，严重的，也会导致其提前退役。为了保证车床的正常运转,减少磨损,延长使用寿命,提高加工精度，普遍的做法是当其过热时，给它喷洒上冷却机油，当它过渡磨损时，给它注入润滑油。这些在车床控制系统中都是由控制器自动控制的，这就是这章的重点：辅助控制系统。
辅助控制系统原理图如下图1.4.1所示：
图1.4.1 辅助控制系统原理图
辅助控制系统由4个部分组成：控制器CNC4320，冷却液喷头，针阀滴油油杯，继电器。
继电器是这一章中着重介绍的辅助控制系统的重要元器件。继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
其实物图如图1.4.2所示。
图1.4.2 继电器前视与后视图
1—常闭触电
3—常开触电
4 —电磁铁电源接线柱
此种电磁式继电器原理是：它一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。
CNC4320通过继电器控制冷却液喷头/针阀滴油油杯的开与关自动实现电机的冷却与润滑。
控制器中有关辅助控制系统的指令有1.7 冷却液控制 M08、M09
指令格式：
M08 或 M8；
M09 或 M9；
指令功能：
M08：冷却泵开；
M09：冷却泵关。
系统上电后，M09
有效，即 M08
输出无效。执行 M08，M08
输出有效，冷却泵开；执行 M09，取消M08 输出，冷却泵关。
1.10 润滑液控制 M32、M33
指令格式：
M32；M33；
指令功能：
M32：润滑泵开；
M33：润滑泵关。
系统上电后，M33有效，即 M32
输出无效。执行 M32，M32
输出有效，润滑泵开；执行M33，取消M32输出，润滑泵关。
车床控制系统的整个控制系统的电路原理图如图1.4.3所示：
控制系统的电路原理图
1.5 指令与功能实现
车床控制系统中的控制器CNC4320的界面如下图1.5.1所示：
图1.5.1 CNC4320的界面
1—键盘 2—菜单
3—控制面板
其机床面板上面的按键的含义如表1.5-a所示：
机床面板上面的按键的含义
下面是加工举例如下：
加工下图1.5.2所示工件，棒料尺寸为Φ135×178 mm 。
图1.5.1.1 工件坐标系
用 4 把刀加工，具体如下
1.5.1 案例
根据机械加工工艺及本说明书的指令解释，建立图1.5.1.1 所示的工件坐标系，编辑程序如下：
ADT-CNC4320两轴运动控制器成功的实现了对于车床的高精度控制，性能良好的控制器+性能良好的步进驱动器+性能良好的步进电机使得整个系统性能优良，所以每一个部分对于系统性能同样重要。控制器当然对于这个车床控制系统来说是最为重要的，它是系统的核心，稳定性和精度较高的控制器才能满足现代化生产的需要。通过USB接口可以传输文件，程序给CNC4320，这样使得我们可以在PC机上利用专门的CAM或者CAD软件事先编号程序，并且转化为NC代码，然后再传输到控制器上运行，也可以在控制器上即兴编程，比传统的数控设备方便的多。
ADT-CNC4320运动控制器在生产实践中得到广泛的应用，经过实践，该车床系统在很大程度上提高了车床的生产效率。
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01:30:41&&&作者：栾亚群 程婷 赵一洁&&&来源:国外电子元器件 &&
1 引言&&&&& 无刷直流电机以其重量轻，体积小，加速性能好，运行平稳，噪音低等优点而广泛用于丁业和民用产品中。无刷直流电机的功率因数高，无转子损耗，其转子转速能严格地与电源频率保持同步。转子磁场由永久磁铁产生。通常，采用电压源型脉宽调制(PWM)控制作为调速系统用的驱动器。近年来，国外纷纷推出以单片机(MCU)为核心的单片电机控制器，它南一个MCU再配备外围驱动电路构成，能大大降低成本，缩小体积，紧凑结构，提高可靠性。在此，介绍r采用单片机实现三相无刷直流电机控制器的方法。
2 ATmega48单片机&&&&& ATmega48单片机是Atmel公司基于自动电压调整器(Automatic Voltage Regulator，简称AVR)增强型精简指令集计算机(RISC)结构的低功耗8位CMOS微控制器。具有先进的指令集及单时钟周期指令执行时间，其数据吞吐率可以达到1 MIPS/MHz。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。这些寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)相连接．可在一个时钟周期内通过一条指令同时访问两个独立的寄存器，因此可提高代码效率。&&&&& ATmega48的硬件资源有：4 KB的系统内可编程Flash：256字节的EEPROM：512字节的SRAM；23个通用I／0口线；32个通用工作寄存器；2个带独立预分频器和比较器的8位定时器／计数器；1个带预分频器、比较器和捕捉功能的16位定时器/计数器；带独立振荡器的实时计数器；6个通道PwM；8路10位A／D转换器；6路10位A／D转换器；可编程的串行USART接口；可工作于主机／从机模式的SPI串行接口；面向字节的2线串行接口；独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器及5种可通过软件选择的省电模式。ATmega48具有丰富的I／0口、A／D转换器、定时器／计数器、PWM通道等资源，为实现三相无刷直流电机的控制、换相检测等提供了方便。
3 三相无刷电机的控制实现方法&&&&& 图1示出采用ATmega48单片机实现三相无刷电机控制器的原理图。图中，PC0、PCI和PC2为输入，用以接收来自电机U，V，W换相的霍尔传感器检测信号；PD5和PD6用于控制电机U相的功率驱动器件；PBl和PB2用于控制电机V相的功率驱动器件；PD3和PB3用于控制电机W相的器件；PC3为电机给定转速的输入电压。
&&&&& 作为一种同步电机，直流无刷电机的转子转速受定子旋转磁场速度及转子极数的影响。当转子的极数固定时，只要改变定子的旋转磁场频率，即可改变转子的转速。直流无刷电机是一种控制定子的旋转磁场频率，并将电机转子转速回馈控制中心进行反复校正．以达到接近直流电机的特性。当负载变化时，它能在额定负载范围内控制电机的转子维持一定的转速。&&&& &图2给出用于图1中的功率驱动电路。该驱动部分由上臂VQl，VQ3，VQ5和下臂VQ2，VQ4，VQ6的6个功率晶体管组成，用于连接电机作为控制流经电机绕组的开关。控制部分提供PWM，用于决定功率晶体管开关频率及换相的时刻。在控制直流无刷电机转速时．通常希望在负载变化时也能使电机转速稳定在设定值内，而不发生太大的波动。因此，在无刷电机内部设置霍尔传感器．以感应磁场变化，该传感器既可作为电机转速中闭环控制的速度反馈部件，也可作为相序控制的依据。
&&&&& 当控制器工作时，可根据霍尔传感器检测到电机转子的当前位置，依照定子绕组决定开启或关闭功率晶体管的顺序，使电流依序流经电机线绕组，以产生顺向或逆向的旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，使电机顺时或逆时转动。当电机转子转动到霍尔传感器检测出另一组信号的位置时，再开启下一组功率晶体管，如此循环，电机就能依据同一方向继续转动，直到控制器决定使电机转子停止时，则关闭功率晶体管；决定使电机转子反向时，则开启功率晶体管，但顺序相反。PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生PWM是实现准确控制速度的核心。&&&&& 图2中的开关器件采用MOSFET，它们是不能在关断瞬间切换的。如果UH和UL是反向信号，那么，在同一时刻，一个开关器件导通，另外一个开关器件截止。在这段过渡时期，会有一个短暂的时间，其中一个开关器件并未完全截止，而另一个也是导通的，这样会使电源与地直接连接，使得大电流流经晶体管。在工程应用中必须避免这种情况，因为若电路中没有必要的硬件保护，极有可能损坏驱动装置。因此，在控制电路中，每个PWM过渡期都应增加死区时间。要求在一个很小的时间内，上臂开关和下臂开关都不导通，即产生带死区的PWM信号。&&&&& 图3示出采用ATmega48形成带死区时间的PWM信号原理。ATmega48中定时器／计数器的双斜率模式可产生带死区时间的PWM信号，它能产生一个关于B0TTOM对称的波形。图3中三角线表示双斜率相位修正模式下定时器／计数器T0的计数值。在向上计数时，当计数值与没定值匹配时，输出引脚OCOA清0；在向下计数时，当计数值与设定值匹配时，输出引脚OCOA置l。输出引脚OCOB也采用同样的设置。PWM占空比则通过输出比较寄存器OCROA和输出比较寄存器OCROB来设置；A，B两路PWM相位的输出相反。当设置的两个输m端比较值相同时，这两个PWM的输出互补。
&&&&& 为了在上臂开关与下臂开关切换时插入死区时间，必须改变0CROB和OCROA的比较值，两者之差值为插入的死区时间。如果3个计时／计数器都采用同样的设置，就可产生3对带死区的PWM波形，但必须保证PWM的输出是同步的。当采用8位定时器／计数器产生2路具有不同比较值的PWM信号时，其最大设定值为255。若采用16位定时器／计数器，则必须设定为8位相位修正PWM模式。此时，PWM的基本频率可由下式确定：
&&& 式中：fCPU为CPU的频率。&&&&& 无刷直流电机常采用三相正弦驱动方式。常用的方法是把一个正弦波形数据存储在存储器中，通过程序查表输出所需的正弦驱动信号。由于3个正弦电压之间的相位差为120°，因此可以采用一个正弦波形移位产生所有的正弦驱动信号。图4给出各相驱动信号的产生机制和换相时序。图中Hl，H2，H3为霍尔传感器的输出状态；S1～S6为波形产生的步骤；虚线为相位切换波形；实线为输出的正弦驱动信号。图5给出用于控制器的换相控制程序设计流程。&
4 结语&&&&& 无刷直流电机的功率因数高，又无转子损耗，因此用于无刷直流电机调速系统的驱动器大都采用电压源型PWM控制。由于三相无刷直流电机借助ATmega48单片机进行控制．且通过软件实现了带死区的PWM、霍尔传感器的换相处理、正弦驱动信号的产生和电机的转速控制，因而所需的外围器件少，成本低，并且还可提高系统的可靠性。
编辑：王丕涛
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基于单片机实现直流电机PWM调速系统 详细内容
基于单片机实现直流电机PWM调速系统
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。
关键词： PWM信号&& 测速发电机&&& PI运算
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。
第一节&& 系统总体设计框图及单片机系统的设计
1.1.1&&&&&&&&&&&&& &&&系统总体设计框图
1.1.2&&&&&&&&&&&&& &8051单片机简介
1．8051单片机的基本组成
&& 8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示：
2．CPU及8个部件的作用功能介绍如下
中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。
内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H―7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。
特殊功能寄存器：是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80H―FFH。
内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。
并行I/O口：8051芯片内部有4个8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的并行输入输出。
串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。
中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。
振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允许的最高晶振频率为12MHz。
3．8051单片机引脚图
&&&& &&&&&&&&&&&&
1.1.3 单片机系统中所用其他芯片简介
1．地址锁存器74LS373
74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如下图所示：
当使能端G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时芯片的输出控制端 为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。以下是其引脚图：
&&&&&&&&&&&&&&
2．程序存储器27128
(1)芯片引脚
&&&&&&&&&&&&&&& &&&
（2）功能表
&&& &引脚&&&&&&&&&&&
（允许输出）
（编程控制）
3．数据存储器6264
（1）芯片引脚
&& &&&&&&&&&&&&&&&
（2）芯片功能表
I/O0&―I/O7
1.1.4& 8051单片机扩展电路及分析
P0.7---P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于传送CPU的I/O数据。第二种情况是8051带片外存储器，P0.7---P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。
P2.7---P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。
P3.7---P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：
串行数据接收口
串行数据发送口
外中断0输入
外中断1输入
计数器0计数输入
计数器1计数输入
外部RAM写选通信号
外部RAM读选通信号
&& VCC为+5V电源线，VSS为接地线。
ALE/ ：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7---P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/ 线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7---P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。在不访问片外存储器时，8051自动在ALE/ 线上输出频率为1/6 fOSC的脉冲序列。该脉冲序列可以用作外部时钟源或者作为定时脉冲源使用。
&/ VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是片外ROM。如果 =1，那么允许使用片内ROM；如果 =0，那么允许使用片外ROM。
：片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在 线上产生一个负脉冲，用于片外ROM芯片的选通。其他情况下， 线均为高电平封锁状态。
RST/VPD：复位备用电源线，可以使8051处于复位工作状态。
XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接8051片内OSC的定时反馈电路。石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便于8051片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容C1、C2可以帮助起振，调节它们可以达到微调fOSC的目的。
第二节&& PWM信号发生电路设计
1.2.1& PWM的基本原理
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如下图所示：
&&&&&&&&&&&&&&
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。
1.2.2 PWM信号发生电路设计
PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用PWM专用芯片来实现。当PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中，当PWM波的频率在18KHz左右时，效果最好。在本系统内，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。
两片数值比较器4585，即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2―Q9，而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。只要改变P1端口的输出值，那么就可以使得PWM信号的占空比发生变化，从而进行调速控制。
12位串行计数器4040的计数输入端CLK接到单片机C51晶振的振荡输出XTAL2。计数器4040每来8个脉冲，其输出Q2―Q9加1，当计数值小于或者等于单片机P1端口输出值X时，图中U2的（A&B）输出端保持为低电平，而当计数值大于单片机P1端口输出值X时，图中U2的（A&B）输出端为高电平。随着计数值的增加，Q2―Q9由全“1”变为全“0”时，图中U2的（A&B）输出端又变为低电平，这样就在U2的（A&B）端得到了PWM的信号，它的占空比为（255 -X / 255）*100%，那么只要改变X的数值，就可以相应的改变PWM信号的占空比，从而进行直流电机的转速控制。
使用这个方法时，单片机只需要根据调整量输出X的值，而PWM信号由三片通用数字电路生成，这样可以使得软件大大简化，同时也有利于单片机系统的正常工作。由于单片机上电复位时P1端口输出全为“1”，使用数值比较器4585的B组与P1端口相连，升速时P0端口输出X按一定规律减少，而降速时按一定规律增大。
1.2.3& PWM发生电路主要芯片的工作原理
1．芯片4585
（1）芯片4585的用途：
对于A和B两组4位并行数值进行比较，来判断它们之间的大小是否相等。
（2）芯片4585的功能表：
（3）芯片4585的引脚图：
2．芯片4040
芯片4040是一个12位的二进制串行计数器，所有计数器位为主从触发器，计数器在时钟下降沿进行计数。当CR为高电平时，它对计数器进行清零，由于在时钟输入端使用施密特触发器，故对脉冲上升和下降时间没有限制，所有的输入和输出均经过缓冲。
芯片4040提供了16引线多层陶瓷双列直插、熔封陶瓷双列直插、塑料双列直插以及陶瓷片状载体等4种封装形式。
（1）芯片4040的极限值：
电源电压范围：-0.5V―18V
输入电压范围：-0.5V―VDD+0.5V
输入电流范围：±10mA
贮存温度范围：-65°C―150°C
（2）芯片4040引出端功能符号：
CP: 时钟输入端&& CR：清除端&& Q0―Q11：计数脉冲输出端&&
VDD: 正电源&& VSS: 地端
（3）芯片4040功能表：
所有输出端均为L
（4）芯片4040的引脚图：
&&&&&&&&&&
第三节& 功率放大驱动电路设计
该驱动电路采用了IR2110集成芯片，该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。
1.3.1& 芯片IR2110性能及特点
IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。
1.3.2 IR2110的引脚图以及功能
引脚1（LO）与引脚7（HO）：对应引脚12以及引脚10的两路驱动信号输出端，使用中，分别通过一电阻接主电路中下上通道MOSFET的栅极，为了防止干扰，通常分别在引脚1与引脚2以及引脚7与引脚5之间并接一个10KΩ的电阻。
引脚2（COM）：下通道MOSFET驱动输出参考地端，使用中，与引脚13（Vss）直接相连，同时接主电路桥臂下通道MOSFET的源极。
引脚3（Vcc）：直接接用户提供的输出极电源正极，并且通过一个较高品质的电容接引脚2。
引脚5（Vs）：上通道MOSFET驱动信号输出参考地端，使用中，与主电路中上下通道被驱动MOSFET的源极相通。
与引脚6（V&&B）：通过一阴极连接到该端阳极连接到引脚3的高反压快恢复二极管，与用户提供的输出极电源相连，对Vcc的参数要求为大于或等于―0.5V，而小于或等于+20V。
引脚9（VDD）：芯片输入级工作电源端，使用中，接用户为该芯片工作提供的高性能电源，为抗干扰，该端应通过一高性能去耦网络接地，该端可与引脚3（Vcc）使用同一电源，也可以分开使用两个独立的电源。
引脚10（HIN）与引脚12（LIN）：驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率MOS器件的驱动脉冲信号输入端。应用中，接用户脉冲形成部分的对应两路输出，对此两个信号的限制为Vss-0.5V至Vcc+0.5V，这里Vss 与Vcc分别为连接到IR2110的引脚13（Vss）与引脚9（VDD）端的电压值。
引脚11（SD）：保护信号输入端，当该引脚为高电平时，IR2110的输出信号全部被封锁，其对应的输出端恒为低电平，而当该端接低电平时，则IR2110的输出跟随引脚10与12而变化。
引脚13（Vss）：芯片工作参考地端，使用中，直接与供电电源地端相连，所有去耦电容的一端应接该端，同时与引脚2直接相连。
引脚8、引脚14、引脚4：为空引脚。
芯片参数：
1．IR2110的极限参数和限制：
最大高端工作电源电压VB： -0.3V至525V
门极驱动输出最大（脉冲）电流IOMAX：2A
最高工作频率fmax：1MHz
工作电源电压Vcc：-0.3V至25V
贮存温度Tstg：-55至150°C
工作温度范围TA：-40至125°C
允许最高结温Tjmax：150°C
逻辑电源电压VDD：-0.3V至VSS+25V
允许参考电压Vs临界上升率dVs/dt：50000V/μs
高端悬浮电源参考电压Vs：VB-25V至VB+0.3V
高端悬浮输出电压VHO：Vs-0.3V至VB+0.3V
逻辑输入电压VIN：Vss-0.3V至VDD+0.3V
逻辑输入参考电压Vss：Vcc-25V至Vcc+0.3V
低端输出电压VLO：-0.3V至Vcc+0.3V
功耗PD：DIP-14封装为1.6W
2．IR2110的推荐工作条件：
高端悬浮电源绝对值电压VB：Vs+10V至Vs+20V
低端输出电压VLO：0至Vcc
低端工作电源电压Vcc：10V至20V
逻辑电源电压VDD： Vss+5V至Vss+20V
逻辑电源参考电压Vss： -5V至+5V
&&&&&&&&&&
第四节&& 主电路设计
1.4.1& 延时保护电路
利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护电路。
IR2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。
1.4.2 主电路
从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。
将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。
在HIN为高电平期间，Q1、Q4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：
当IC1的LO为低电平而HO为高电平的时候，Q2截止，C1上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q1的栅极上，从而使得Q1导通。同理，此时IC2的HO为低电平而LO为高电平，Q3截止，C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上，从而使得Q4导通。
电源经Q1至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位，完成整个的回路。此时直流电机正转。
在HIN为低电平期间，LIN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下：
当IC1的LO为高电平而HO为低电平的时候，Q2导通且Q1截止。此时Q2的漏极近乎于零电平，Vcc通过D1向C1充电，为Q1的又一次导通作准备。同理可知，IC2的HO为高电平而LO为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，此时Vcc通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。
电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。
因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。
设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为D=t1/T。设电源电压为V，那么电枢电压的平均值为：
Vout= [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T
&& = ( 2 t1 C T ) V / T
&& = ( 2D C 1 )V
定义负载电压系数为λ，λ= Vout / V, 那么 λ= 2D C 1 ；当T为常数时，改变HIN为高电平的时间t1，也就改变了占空比D，从而达到了改变Vout的目的。D在0―1之间变化，因此λ在±1之间变化。如果我们联系改变λ，那么便可以实现电机正向的无级调速。
当λ=0.5时，Vout=0,此时电机的转速为0；
当0.5&λ&1时，Vout为正，电机正转；
当λ=1时，Vout=V,电机正转全速运行。
1.4.3 输出电压波形
第五节& 测速发电机
测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机，分为直流与交流两种。其绕组和磁路经过精确设计，输出电动势E和转速n成线性关系，即E=kn，其中k是常数。改变旋转方向时，输出电动势的极性即相应改变。
当被测机构与测速发电机同轴连接时，只要检测出输出电动势，即可以获得被测机构的转速，所以测速发电机又称速度传感器。测速发电机广泛应用于各种速度或者位置控制系统，在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或者通过反馈来提高系统稳定性和精度。
第六节& 滤波电路
第七节& A/D转换
1.7.1& 芯片ADC0809介绍
ADC0809是8位、逐次比较式A/D转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一的+5V电源，其模拟量输入电压的范围为0V---+5V，其对应的数字量输出为00H---FFH，转换时间为100μs，无须调零或者调整满量程。
1.7.2& ADC0809的引脚及其功能
ADC0809有28个引脚，其中IN0---IN7接8路模拟量输入。ALE是地址锁存允许， 、 接基准电源，在精度要求不太高的情况下，供电电源就可以作为基准电源。START是芯片的启动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换。EOC是转换结束信号，可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。OE是输出允许端。CLK是时钟端。DB0---DB7是数字量的输出。ADDA、ADDB、ADDC接地址线用以选定8路输入中的一路，详见下图。
选通输入通道
第二章&&&&&&&&&&&&&&&& 系统软件部分的设计
第一节&&&&&&&&&&&&&&&&&&& PI 转速调节器原理图及参数计算
按照典型II型系统的参数选择方法, 转速调节器参数和电阻电容值关系如下:
Kn = Rn/ R0&&&&& Γn = Rn/ Cn&&&& Ton = 1/4 R0 * Con
参数求法： 电动机 P=10KW& U=220V& I=55A& n=1000转/分& 电枢电阻R=0.5欧姆&& 取滤波电路中Ro=40千欧& Rn=470千欧& Cn=0.2uF& Con=1uF& 则：
Umin=（220/0.9）*0.5=122V
Yi-1=0&&&&&&&& W=1000转/分
P=Kp=Rn/Ro=11.7
I=Kp*T/Ti=125
第二节& &系统中的部分程序设计
2.2.1&& 单片机资源分配
工作寄存器0组
RO-R7&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 00H-07H
数据缓冲区&&&&&&&&&&&&&&&&&& 30H-7FH
PSW.4（RS1=0）&&& PSW.3(RS0=0)&&& ；选中工作寄存器0组
P0口地址&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 80H
P1口地址&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 90H
P2口地址&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& A0H
P3口地址&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& B0H
堆栈（SP）&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 81H
定时器/计数器控制&&&&&& TCON&&&& 88H
定时器/计数器方式控制&& TMOD&&&& 89H
定时器/计数器0 低字节&& TL0&& 8AH&&&& 高字节&& TH0&&& 8CH
定时器/计数器1 低字节&& TL1&& 8BH&&&& 高字节&&& TH1&& 8DH
中断1――PI采样（ui）
中断0――A/D采样& P1口预置& W
&&&&&&&&&&&&&&&&&&& P0口测量值（实测Y）
0000& &&&&&&&AJMP&&&&& START
START：CLR&&& PSW.4
&&&&&&& CLR&&& PSW.3&&&&&&& ；选中工作寄存器0组
&&&&&&& CLR&&& C
&&&&&&& MOV& R0 ，4FH
&&&&&&& MOV& A ，30H
CLEAR1：CLR&& A
&&&&&&&& INC&&& A
&&&&&&&& DJNZ&& R0 ，CLEAR1&&&&&& ；清零30-7FH
&&&&&&&& SETB&& TR0&&&&&&&&&&&&&&& ；定时器/计数器0工作
&&&&&&&& MOV& TMODE ，#01H&&&&& ；定时器/计数器工作在方式1
&&&&&&&& SETB&& EA&&&&&&&&&&&&&&&& ；总中断开放
&&&&&&&& SETB&& IT0&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；置INTO为降沿触发
&&&&&&&& SETB&& IT1&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；置INT1为降沿触发
LJMP&&&&&&& MAIN
LJMP&&&&&&& CTCO
LCALL&&&& SAMPLE
Fosc=12MHZ，用一个定时器/计数器定时50ms，用R2作计数器，置初值14H，到定时时间后产生中断，每执行一次中断服务程序，让计数器内容减1，当计数器内容减为0时，则到1s。
PI控制算法:
Ui=Ui-1+Kp(ei-ei-1)+(Kp*T/Ti)*ei
令P=KP&& I=KP*T/T I
则Ui=Ui-1+P(ei-ei-1)+I*ei
T――采样周期&&&&&&&&&&&&& Ti=RnCn&&&&&&&&&&&& Kp=Rn/R0
SETB&&& EX1&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&；开放中断1
MOV&&& R0，90H&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；P1口（W）送R0,预设
MOV&&& R1，80H&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；P0口（Y）送R1，实测
MOV&&& A，R0&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；W给A
MOV&&& B，R1&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Y给B
SUBB&&& A，B&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei给A
MOV&&& 7FH，A&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei 给7FH
MOV&&& 7EH，#00H&&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei-1=0给7EH
MOV&&& 7BH，Umax&&&&&&&&&&&&&&&&&&
MOV&&& 7AH, Umin
AJMP&&&& IN&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；积分项
AJMP&&&& P&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；比例项
MOV&&&& A，R2&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Pi给A
ADD&&&&& A，R3&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&；Pi+Pp给A
MOV&&&& 7DH，#00H&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Ui-1=0给7DH
ADD&&&&& A，7DH&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Ui-1+Pi+Pp=Ui给A
MOV&&&&& 7CH,A&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Ui给7CH
MOV&&&&& 7DH，7CH&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Ui给Ui-1
MOV&&&&& A，7BH&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Umax给A
CJNE&&&& &A，#Ui，LOOP2&&&&&&&&&&&&& ；Ui〉Umax转移
MOV&&&&& A，#Ui
CJNE&&&&& A，7AH，LOOP3&&&&&&&&&&&& ；Ui&Umin转移
MOV&&&&& 90H，7CH&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；输出Ui到P1口
LOOP2：MOV&&&&& A，7CH&&&&&&&&&&&&& ；Ui给A
CLR&&&&&& C
SUBB&&&&& A，#Umax
LOOP3：MOV&&&&&& A，7CH&&&&&&&&&&&&& ；Ui给A
&&&&&&& CLR&&&&&&& C
&&&&&&& SUBB&&&&&& A，#Umin
&&&&&&& RETI
IN：MOV& 6FH，#I
&&& MOV& A，6FH&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；I给A
&&& MOV& B，7FH&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei给B
&&& MUL&& AB&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Pi=I*ei给A
&&& MOV& R2，A&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Pi给R2
P：MOV &&6EH，#P
&&& CLR&& C
&&& MOV&& A，7FH&&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei给A
&&& SUBB&& A，7EH&&&&&&&&&&&&&&&& ；ei-ei-1给A
&&& MOV&&& 7EH，7FH&&&&&&&&&&&&& ；ei给ei-1
&&& MOV&&& B，6EH
&&& MUL&&& AB&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；（ei-ei-1）*P给A
&&& MOV&&& R3，A&&&&&&&&&&&&&&&&&& ；Pp给R3
2.2.2 程序流程图
本文所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的单片微机8051为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。而在软件方面，采用PLD算法来确定闭环控制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的。曾经也试过用单片机直接产生PWM波形，但其最终效果并不理想，在使用了少量的硬件后，单片机的压力大大减小，程序中有充足的时间进行闭环控制的测控和计算，使得软件的运行更为合理可靠。
在这次毕业设计中，要特别感谢机电学院的张自强教授给予的耐心细致的指导，对于在设计过程中所遇到的许多具体问题，他均提出了相应的解决方案。这对于毕业设计的顺利完成起到了十分重要的作用。
[1] 王离九，黄锦恩编著，晶体管脉冲直流调速系统，华中理工大学出版社出版
[2] 丁元杰主编,上海市教育委员会组编,单片微机原理及应用，机械工业出版社
[3] 李荣生主编，电气传动控制系统设计指导，机械工业出版社
[4] 吴守箴，臧英杰 编著， 电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社
[5] 陈伯时主编,自动控制系统---电力拖动控制,中央广播电视大学出版社
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说的太好了，我顶！
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