基于单片机控制的直流电机调速系统的设计
ISSN 100829446
CN1321265 / TE 承 德 石 油 高 等 专 科 学 校 学 报
Journal of Chengde Petroleum College
第 10卷第 1期 , 2008年 3月
Vol. 10, No. 1,Mar. 2008
基于单片机控制的直流电机调速系统的设计
胡祝兵
(承德石油高等专科学校 电气与电子工程系 ,河北 ,承德 067000)
摘要 : 详述了以 89C51单片机作为直流电机调速系统的控制核心的结构框图 ,对几个主要控制电路进行了分
析 ,给出了控制系统的程序流程图。该系统解决了以往复杂的模拟电路设计问题 ,增强了对直流电机速度的
可控性 ,提高了调速系统的精度。
关键词 :单片机 ;控制电路 ;调速系统
中图分类号 : TM33 文献标识码 : B 文章编号 : 100829446 (2008) 0120027203
D esign of AC M achine T im ing System Controlled by Singlechip
HU Zhu2bing
(Department of Electrical & Electronic Engineering, Chengde Petroleum College,
Chengde 067000, Hebei, China)
Abstract: This essay explicates the block diagram of AC machine tim ing system with 89C51
singlechip as its core control component, analyzes several major control circuits, and brings forward
program flow chart of the control system. This system modifies the previous complexity in designing
analog circuit, enhances the controllability of the speed of AC machine, and increases the precision
of the tim ing system.
Key words: singlechip; control circuit; tim ing system
收稿日期 : 2007209216
作者简介 :胡祝兵 (1981 - ) ,男 ,安徽省望江县人 ,承德石油高等专科学校电气与电子工程系助教 ,主要从事自动
化控制教学与研究工作。
在直流调速系统中 ,控制电路有多种。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应
用广泛、通用性强等突出优点。且能增强控制能力 ,满足实时控制 (快速反应 )方面的需要。以往采用
模拟电路 ,数字电路实现的控制电路 ,都可由单片机来实现。下面是一种基于 AT89C51单片机控制的
直流电机调速系统。
1 控制系统结构框图
如图 1所示。系统先进行信号采集再进行 A /D转换 ,然后再通过给定和同步信号 (由电源的过零
点进行同步 )使单片机送出脉冲来控制触发电路 ,控制整流电路输出 ,驱动电动机工作 ,再由检测电路带
回实际转速给单片机 ,让单片机根据实际转速和给定转速进行比较、放大及 PID运算等操作 ,从而控制
整流电路α角的大小 ,进而改变电机电枢电压的大小 ,达到调节电动机转速的目的。并且可由单片机驱
动显示电路。
2 主要控制电路
2. 1 同步信号产生电路
可控直流电路是通过控制可控硅的导通角来调节电枢电压的 ,所以要确定控制角的零点 ,每次从过
零点开始计时 ,计时到时后 ,输出一个脉冲 ,来控制可控硅导通。利用单片机的外部中断作为控制角的
承德石油高等专科学校学报 2008年第 10卷 第 1期
零点起始点。通过同步变压器获得同步信号 ,利用电压比较器来确定零点位置。用比较器输出的方波
上升沿和下降沿分别触发两个 74LS123,在各自的 Q输出端均得到一个定宽的正脉冲信号 ,再利用两输
入或非门把正脉冲信号转成负脉冲信号 ,形成单片机外部中断所需的下降沿触发信号。此电路具有结
构简单、节省硬件资源、同步建立时间短、同步信号位置精确等优点。
2. 2 转速电路
A /D转换器选用 A /D574,其控制精度为 12位。由于系统由给定输入量和速度反馈量 ,但两种输入
不能同时输入给 A /D574,故采用一个多路开关来控制 ,选用 8选 1的 CD4051对路模拟开关。采用中断
方式读取转换结果 ,转换结果信号经量输入或非门把正脉冲信号变成负脉冲信号送单片机的外部中断
0口。采用精密稳压器 LM336 - 215 V制作电路位 A /D转换器提供稳定的参考电压 ,以保证转换的精
度。
2. 3 显示电路
采用五位数码管显示。需要显示的信息经单片机处理后 , 由数据口送出到显示器。采用
ICM7218B与 7段数码管构成显示电路。 ICM7218B 内部有段驱动和
位驱动电路 ,并且能自动扫描电路 ,还有 8 ×8位静态存储器存贮需要
显示的代码。为了能够显示电机转速和定时时间 ,故加入一个显示切
换电路。由按钮和防抖电路组成。用 74123与一个按钮配合实现 ,形
成一个定宽的低脉冲信号 ,将其送给单片机的外中断口 ,形成切换信
息。
2. 4 触发电路
由于电机是感性负载 ,需要采用宽脉冲触发 ,而单片机的 I/O口可
以直接输出低电平宽脉冲 ,该脉冲可用于控制可控硅导通。
2. 5 定时输出电路
采用软件实现 ,由单片机 T1口做为信号的控制口 ,控制晶闸管的
导通和关断。
3 控制系统系统程序流程图
控制系统软件设计主程序流程如图 2所示。
4 结语
采用单片机控制的直流电机调速系统 ,将以往模拟电路设计问题
转化为程序设计问题 ,且其调节电枢电压范围大 ,可控性好 ,精度高。
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胡祝兵 :基于单片机控制的直流电机调速系统的设计
此控制系统应用于额定功率为 2 kW 的直流电机调速 ,可实现电机电枢电压 10～220 V连续可调 ,精度
可达 015%。
参考文献 :
[ 1 ] 孙涵芳 ,徐爱卿. MCS - 51 /96系列单片机原理及应用 [M ]. 北京 :北京航空航天大学出版社 , 1977.
[ 2 ] 何立民. 单片机应用技术选编 [M ]. 北京 :北京航空航天大学出版社 , 2003.
[ 3 ] 史国生. 交直流调速系统 [M ]. 北京 :化学工业出版社 , 2002.
[ 4 ] 中国集成电路大全编委会. 中国集成电路大全 [M ]. 北京 :国防工业出版社 , 1997.
(上接第 26页 )
表 2 测试正弦波频率数据表
频率范围 / kHz 预置频率 / kHz 实测频率 / kHz 相对误差
小于 60
20
50
20
49. 5
0%
1%
60 - 100
(含 60 )
70
90
6915
91
017%
111%
100 - 250
(含 100 )
100
200
9915
198
015%
110%
250 - 1000
(含 250 )
280
800
278
790
017%
1125%
4 结论
本系统完成了题目所要求的基本功能的同时 ,也完成了部分发挥要求 ,而且还有其他方面有所发
挥 ,主要表现在 :
1)将信号频率扩展为 1 Hz～1 MHz,频率步进可以预置成 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz , 1 000 Hz, 10 kHz,
1 MHz中的任意值。输出信号频率值可通过键盘进行设置 ;
2)波形输出扩展为四种 ,正弦波、方波、三角波 ,锯齿波 ;
3)可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值。
参考文献 :
[ 1 ] 邹振春. 单片机实训 [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2003.
[ 2 ] 王福瑞 . 单片机测控系统设计大全 [M ]. 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 1998.
[ 3 ] www. 21ic. com.
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