毕业设计（论文）-基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统.doc

基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统摘 要本文介绍一种基于MC51单片机控制的PWM直流电机脉宽调速系统，并且系统采用转速与电流双闭环检测，将直流电机的转速与电流信息及时反馈给单片机，借助于软件编程使单片机及时调整输出PWM的占空比来对直流电机进行工作范围内调速。系统以廉价的MC51单片机为控制核心，以直流电机为控制对象。从系统的角度出发，对电路进行总体方案论证设计，确定电路各个的功能模块之间的功能衔接和接口设置，详细分析了各个模块的方案论证和参数设置。整个系统利用51单片机的定时器产生10K左右的PWM脉冲，通过带有功率驱动作用的TLP250光耦实现控制单元与驱动单元的强弱电隔离，采用2片IGBT和MOSFET等一类电压型功率开关管专用驱动芯片IR2110，驱动IGBTFGA25N120构成的H桥电路实现对直流电机的调速，利用AH49E线性霍尔元件与ADC0809制作成电流与转速传感器分别测量电机的电枢电流与转速，再配合利用TL431、线性光耦PC817和ADC0809实现系统的PID双闭环控制，提高整个系统的智能化、自动化水平，为工业生产应用提供可能。关键字 MC51，PWM，光耦隔离， PID ，IR2110，IGBT AbstractThis article describes the MC51 Microcontroller based DC motor PWM pulse width speed control system, and the system uses the speed and current dual-loop detection, the DC motor speed and current information and timely feedback to the microcontroller, by means of software programming the microcontroller to adjust the output PWM duty cycle to work on the range of DC motor speed control. Cheap MC51 SCM system as the control center for the control of a DC motor object. From the system point of view, the circuit design of the overall demonstration program to determine the function of each circuit module and the interface between the functional interface settings, detailed analysis of the demonstration program of each module and parameter settings. Microcontroller using the system timer 51 of about 10K PWM pulse generated by the role with a power drive control unit and TLP250 optocoupler drive unit to achieve the strength of electrical isolation, the use of two IGBT and MOSFET, and other similar voltage power switch dedicated driver chips IR2110, driving IGBT-FGA25N120 H bridge circuit composed of DC motor speed control, the use of linear Hall element and ADC0809 AH49E made into current and speed sensors were used to measure the motor armature current and speed, coupled with the use of TL431, linear optocoupler PC817 and the ADC0809 to achieve double-loop PID control system to improve the whole system of intelligent, automated level of applications for industrial production possible.Keywords MC51, PWM, opto isolation, PID, IR2110, IGBT目 录摘 要11.前言61.1数字直流调速的意义61.2研究现状综述71.2.1电气传动的发展现状71.2.2微处理器控制直流电机发展现状71.3直流电动机调速概述81.3.1直流电机调速原理81.3.2直流调速系统实现方式102.系统总体方案论证122.1系统方案比较与选择122.2系统方案描述133.硬件电路的模块设计153.2逻辑延时电路方案论证设计203.3驱动电路方案论证设计213.3.1驱动电路方案、参数描述213.3.2 IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计233.3.3 IR2110功率驱动介绍253.3.3.1 IR2100内部结构原理图及管脚说明253.3.3.2 IR2110的自举电路263.3.3.3 IGBT H桥驱动电路原理273.4隔离电路方案论证设计323.4.1 TLP250光耦隔离323.5稳压可调电源设计333.6速度反馈环设计353.6.1脉冲信号的获得353.6.2测速电路硬件电路设计364.2主要程序设计分析474.2.1定时器0中断服务函数474.2.2占空比调节函数474.2.3 PID控制算法程序如下：487.参考文献51 1.前言1.1数字直流调速的意义现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制。从上世纪80年代中后期起，世界各大电气公司如ABB、通用、西屋、西门子等都在竞相开发数字式调速传动装置，经过二十几年的发展，当前直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制1。特别是采用了微处理器及其他先进电力电子技术，使数字式直流调速装置在精度的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生产提供了优越的条件。采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比，所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。近年来，尽管交流调速系统发展很快，但是直流电机凭借其良好的启动、制动性能，在金属切削机床、轧钢机、海洋钻机、挖掘机、造纸机、矿井卷扬机、电镀、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中仍得到了广泛的应用。现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重要的实际意义和重大的经济价值。1.2研究现状综述1.2.1电气传动的发展现状20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进1。同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代1。 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低2。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。1.2.2微处理器控制直流电机发展现状微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求2，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节2。高性能的微处理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算2。1.3直流电动机调速概述1.3.1直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： 其中：电压；励磁绕组本身的电阻；每极磁通(Wb)；Cc电势常数；Cr转矩常量3。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制4，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差5。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 图1-1 直流电机的工作原理图电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大6。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制(PWM)调压等等。调压调速法具有平滑度高，能耗少，精度高等优点。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。 图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图根据图1，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为，占空比为D=/T，则电机的平均速度为：，可见只要改变占空比D，就可以得到不同的电机速度，从而达到调速的目的7。1.3.2直流调速系统实现方式、基于晶闸管作为主电路的调速系统晶闸管的调速系统是采用分离元件设计的调速系统占用的空间大，控制角难于调整，且模拟器件的固有缺陷如：温漂、零漂电压等，导致电机的调速无法达到满意的结果。晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难，性能较差，自动化控制程度差，调速过程较为复杂，不利于工业生产和小功率电路中采用。另一问题是当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公害”。 、基于PWM为主控电路的调速系统 与传统的直流调速技术相比较，PWM(脉宽调制技术)直流调速系统具有较大的优越性：主电路线路简单，需要的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统频带宽，快速响应性能好，动态抗干扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高。PWM信号的产生通常有两种方法:一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。 基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法：A、定宽调频法：保持不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变7。（图1）B、调宽调频法：保持t不变，只改变，这样使周期(或频率)也随之改变7。（图1）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变和t7。（图1）前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整，此种方式可简化硬件电路，操作性强等优点。2.系统总体方案论证2.1系统方案比较与选择方案一：采用专用PWM集成芯片、IR2110 功率驱动芯片构成整个系统的核心，现在市场上已经有很多种型号，如Tl公司的TL494芯片，东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、过流过压保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担，工作更可靠，但其价格相对较高，难于控制工业成本不宜采用。方案二：采用MC51单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。L298是双H高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。其驱动电压为46V，直流电流总和为4A。该方案总体上是具有可行性，但是L298的驱动电压和电流较小，不利于工业生产应用，无法满足工业生产实践中大电压、大电流的直流电机调速。方案三：采用MC51单片机、IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心实现对直流电机的调速。MC51具有两个定时器T0和T19。通过控制定时器初值T0和T1，从而可以实现从任意端口输出不同占空比的脉冲波形。MC51控制简单，价格廉价，且利用MC51构成单片机最小应用系统，可缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。IR2110是专门的MOSFET管和IGBT的驱动芯片，带有自举电路和隔离作用，有利于和单片机联机工作，且IGBT的工作电流可达50A，电压可达1200V10，适合工业生产应用。综合上述三种方案，本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。但是由于系统要实现双闭环PID控制，所以测速中占用了两个定时器，T0和T1，如果再将PWM波形产生交给MSC51则会加大软件的任务，并且影响整个系统的控制效果。因此这里考虑单独设计一个PWM波形发生电路，单片机对它只提供控制参数以改变其占空比。2.2系统方案描述本系统采用MC51为控制核心，配以2*3键盘，通过ADC0809模数转换器对主干驱动电路进行速度设定反馈，电流设定和过电流保护。同时利用MC51以及PWM产生模块产生的PWM经过逻辑延迟电路后加载到以IR2110为驱动核心，IGBT构成的H桥主干电路上实现对直流电机的控制和调速，并且系统利用霍尔传感器制成速度与电流反馈环节来实现点击的PID控制。本系统的控制部分为5V的弱电而驱动电路和负载电路为110V以上的直流电压因此在强弱电之间、数据采集之间分别利用了带有驱动功能的光耦TLP250和线性光耦PC817实现强弱电隔离，信号串扰。具体电路框图如下图2-1PWM波形产生模块MSC51键盘控制5V直流电源18V直流电源直流电机IR2110驱动电路霍尔测速传感器霍尔电流传感器AD转换M延时电路 图2-1系统整体设计框图3.硬件电路的模块设计3.1 PWM信号发生电路3.1.1 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： 图3-1 PWM脉冲图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。3.1.2 PWM信号发生电路设计图3-2 PWM信号发生电路设计整体图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Q2Q9，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Q2Q9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（AB）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（AB）输出端为高电平。随着计数值的增加，Q2Q9由全“1”变为全“0”时，图中U2的（AB）输出端又变为低电平，这样就在U2的（AB）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。 3.1.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理（1）芯片4585 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。 芯片4585的功能表： 输入输出比较级取A3、B3A2、B2A1、B1A0、B0ABABA3B3*1001A3=B3A2B2*1001A3=B3A2=B2A1B1*1001A3=B3A2=B2A1=B1A0B0*1001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0001001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0B0100100A3=B3A2=B2A1B1*100A3=B3A2B2*100A30.5时，为正，电动机正转；当时，为负，电动机负转；当时， =0，电动机停止。双极式控制的电压平衡方程式3： （） ()电枢两端在一个周期内的平均电压都是：。其平均值方程都可写成3： 则机械特性方程3：用转矩表示3：式中， 电机在额定磁通下的转矩系数，。 理想空载转速，与电压系数成正比，。3.4隔离电路方案论证设计3.4.1 TLP250光耦隔离 隔离是整个设计的关键环节，如果隔离没有做好，将导致强弱电互相串扰，强电串到弱电的控制单元时会导致整个控制单元烧毁。因为系统的主电路电压均为高电压、大电流，而控制单元为弱电压，弱电流，所以它们之间必须采取光电隔离措施，以提高系统抗干扰措施，综合考虑决定采用带光电隔离的MOSFET驱动芯片TLP25021。图3-17TLP内部结构图光耦TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，由日本东芝公司生产，其最大驱动能力达1.5A21。TLP250驱动主要具备以下特征：输入阈值电流IF=5mA(max)；电源电流ICC=11mA(max)；电源电压(VCC)=1035V；输出电流IO=0.5A(min)；开关时间tpLH/tpHL=0.5s(max)。选用TLP250光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离，又具备了直接驱动MOSFET的能力，驱动电路简单。根据TPL250的数据手册要求在2、3脚的电压输入必须为1.6v，5、8脚之间必修接104旁路电容使输出均匀化，降低负载需求。具体电路设计如图3-9：图3-18 TLP250光耦隔离电路3.5稳压可调电源设计因为系统需要的不同电压值较多，且由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源难以防止干扰，为此在设计时采用了两组可调的稳压电源为系统控制单元和驱动单元单独供电。在设计时首先考虑到使用三端可调稳压集成芯片LM317、和LM337。LM317系列稳压器输出连续可调的正电压，LM337系列稳压器输出连可调的负电压，可调范围为1.2V37V，最大输出电流 为1.5A。稳压器内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率和电流调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源。再利用LM7805、LM7905三端稳压芯片即可形成一个1.2V18V可调和5V固定输出的稳压电源。具体设计电路图如下（图3-13）当220V交流电压经过变压器转换成双18V的交流电压，利用B2整流桥实现整流后，利用了3300uf大电容C1、C2整流，因为大容量电解电容有一定的绕制电感分布电感，易引起自激振荡，形成高频干扰，所以稳压器的输入、输出端常并入103瓷介质小容量电容C3、C4用来抵消电感效应，抑制高频干扰，利用LM317、LM337稳压器实现18V和-18V可调，最后在经过470uf电解电容C7、C8滤波后给LM7805、LM7905稳压后再通过C9、C10滤波后输出5V直流固定电压。图3-19 稳压可调电源电路原理图3.6速度反馈环设计系统利用速度反馈环的设计可以实现电机的闭环速度设定调节。其原理如下当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为 U=KIB/d 其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。如下图示为测速原理图图3-20霍尔元件测速原理图3.6.1脉冲信号的获得霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有CS3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。如图3-21所示是CS3020的外形图，将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。3-21 CS3020外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。3.6.2测速电路硬件电路设计测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。通常可以用计数法、测脉宽法和等精度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。图2是测速电路的信号获取部分，在电源输入端并联电容C2用来滤去电源尖啸，使霍尔元件稳定工作。HG表示霍尔元件，采用CS3020，在霍尔元件输出端（引脚3）与地并联电容C3滤去波形尖峰，再接一个上拉电阻R2，然后将其接入LM324的引脚3。用LM324构成一个电压比较器，将霍尔元件输出电压与电位器RP1比较得出高低电平信号给单片机读取。C4用于波形整形，以保证获得良好数字信号。LED便于观察，当比较器输出高电平时不亮，低电平时亮。微型电机M可采用型，通过电位器RP1分压，实现提高或降低电机转速的目的。C1电容使电机的速度不会产生突变，因为电容能存储电荷。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当“”输入端电压高于“”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当“”输入端电压低于“”输入端时，电压比较器输出为低电平；比较器还有整形的作用，利用这一特点可使单片机获得良好稳定的输出信号，不至于丢失信号，能提高测速的精确性和稳定性。图3-22 测速反馈电路原理图图3-22中将测速模块的输出端为数字信号可以直接接入51单片机进行反馈调速。3.7电流反馈环设计系统利用霍尔元件来实现对信号的检测,霍尔元件应用的基本原理也是霍尔效应。霍尔效应是一种磁敏效应,例如在半导体薄片的长度方向上施加磁感应强度为B 的磁场,则在宽度方向上产生电动势U H（称为霍尔电压）, 其大小可表示为: U=kIB/dK称为霍尔系数,与半导体材料有关,d 为半导体材料的厚度。）可见,霍尔电压与磁感应强度成正比,而磁感应强度又与被测电流成正比,所以电压值与被测电流值之间存在着正比关系,基于这种正比关系可以实现对电机过电流的检测。让信号检测模块的磁线圈与电机绕组串联,流过绕组的电流在磁线圈中产生感应电势,霍尔元件输出霍尔电压,当电机过电流时,霍尔电势急剧增加,对霍尔元件的输出电压进行检测即可实现对电机过电流的保护以及反馈。实际的霍尔电流传感器有两种构成形式，即直接测量式和零磁通式。零磁通式（也称为磁平衡式或反馈补偿式）霍尔电流传感器用一环形导磁材料作成磁芯，套在被测电流流过的导线上，将导线中电流感生的磁场聚集起来，在磁芯上开一气隙，内置一个霍尔线性器件，器件通电后，便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。如下图所示将霍尔器件的输出电压进行放大，再经电流放大后，让这个电流通过补偿线圈，并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反，若满足条件IoN1=IsN2，则磁芯中的磁通为0，这时下式成立：Io=Is(N2/N1)(5)式中，I1 为被测电流，即磁芯中初级绕组中的电流，N1 为初级绕组的匝数，I2 为补偿绕组中的电流，N2为补偿绕组的匝数。由式可知，达到磁平衡时，即可由Is 及匝数比N2/N1 得到