直流电动机转速的自动控制电路设计

1、直流电动机转速的自动控制电路设计绍兴市职教中心茅小海摘要 如何用计算机的新方法来控制调整直流电动机的转速的问题是现在工业控制中急需应用的问题。本文从器件原理入手，着重从硬件电路着手，设计出了应用INTEL公司的8051单片机和DAC0832芯片以及霍尔IC传感器的电路来进行直流电动机的转速测量和调整电路。关键词 单片机 霍尔IC传感器 DAC0832 直流电动机 转速 流程图A/D 和D/A转换器通常在工业上控制直流电动机转速的方法常用调压线圈来改变直流电动机线圈两端的电压来调整转速，但问题是速度调整不精确而且也不稳定，调压线圈也经常发生短路烧毁等故障现象，容易受外界因素的影响。如果我们采用单

2、片机来进行自动控制直流电动机的转速，既可以避免以上缺点，又可以减少设备费用和人力等等。下面从以下几方面来阐述自动控制电路设计原理。一、电动机转速的测量原理转速是工业上常用的一个参数。电动机的转速常以每秒或分钟的圈数来表示，有时也用角速度表示瞬时速度。转速的测定方法很多，常用的一种测量方法是用霍尔IC器件。霍尔IC器件是由半导体材料制成的一种薄片。在半导体薄片相对的两侧通以控制电流，在薄片垂直方向加以磁场，则在半导体两端会产生一电动势，其大小与控制电流和磁场的乘积成正比，这就是霍尔效应。若控制电流保持不变，则霍尔IC器件感应电压将随外界的磁场强度而变化。将一块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿

3、，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转。在转盘附近安装一个3000系列的霍尔IC器件，当转盘随轴旋转时，霍尔IC器件受磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号，其频率f和转速n成正比，只要测量出脉冲的周期T或频率f即可计算出电动机的转速n。根据电动机的工作情况和它的转速特性，选用美国SPRAGUE公司生产的3000系列霍尔IC开关传感器，它内部含有稳压电路、霍尔电动势发生器、放大器、施密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作范围宽（包括频率响应宽和动态范围大等）、可靠性高、外围电路简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点。直流电动机的转速与加于电动机线圈两端的电压大小有关。用DAC0832芯片控制

4、输出到直流电动机的电压的方法来控制电动机的转速。当电动机转速小于设定值时，DAC0832芯片的输出电压增大；当大于设定值时，则DAC0832芯片输出电压减小，从而使电动机设定的速度恒速旋转。DAC0832芯片是一块数模转换器。其基本原理是按二进制各位代码的数值，将每一位二进制数字量按其“权”换成相应的模拟器，然后对各位数字量转换后的模拟量进行叠加。其和就是与被转换的二进制数据成正比的模拟量。二、硬件电路构成：a) 模数（A/D）转换电路。由3000系列的霍尔IC器件及外围器件组成测速电路，将直流电动机转速转换成数字脉冲信号，送入8051单片机的定时计数器显示。b) 数模（D/A）转换电路。DA

5、C0832是具有两个输入数据寄存器的8位电流输出型DAC，它可以和8051直接相接。其主要由三大部分组成：一个8位输入寄存器，一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器，在8位的D/A转换器中所采用的是R2RT型电阻网络，两个8位数据寄存器可以分别进行控制，根据需要换成多种工作方式，在使用时具有极大的灵活性。DAC0832芯片与8051芯片进行连接的方法是采用直通、双缓冲和单缓冲等三种工作方式。其中单缓冲工作方式是使输入寄存器和DAC寄存器中的任意一个始终工作于直通（跟随）状态。另一个处于受控的锁存器状态。在MCS51的实际应用系统中，当只有一路模拟量输出，或几路模拟量不需要同时输出时，可采用

6、单缓冲方式。我们把DAC0832芯片与MCS51的接口电路设计成一种单缓冲方式的典型接口电路，用P2.7接DAC0832的和，故接口地址为7FFFH。c) 功放电路 DAC0832的模拟电压输出电路采用单极性输出方式，其输出电压功率太小无法去控制电动机，通过功放电路把DAC0832输出的模拟电压转换成具有一定输出功率的电动机控制电压去控制电动机的转速，因此，我们可采用LF356运算放大器作为输出。d) 电源电路 DAC0832的参考电源采用能隙恒压源。如5G1403组成的电路。这种电路结构中，其简单稳压电路具有电路简单，所提供的参考电压为固定值，但负载电流变化时对电压特性有一定的影响，其输出电

7、压低温度系数低等优点，故采用能隙恒压源作为稳压电源。e) 系统原理图其硬件电路主要有8051芯片，霍尔IC电路，DAC0832芯片，能隙恒压源电路和功放电路组成。其电路组成如图（1）所示。三、程序流程图 系统程序的流程图如图主程序main开始栈指针初始化给转速设定值将0送入50H地址中将7FH送入60H地址中将40H地址中内容送入7FFFH中延时定时器初始化T0方式1、定时100msT1外部计数方式允许T0中断（50H）1启动T0、T1计数将0送入T1延时将0送入50H结束 N Y将60H地址中存放的内容减1送入40H地址中返回恢复现场将40H地址中存放的内容送入7FFFH地址中将1送入30H

8、单元转速小于定值？中断服务程序将40H地址中存放的内容加1送入40H地址中转速大于定值？恢复T0计数初值禁止T0、T1计数现场进栈 N N Y Y 此程序的功能是用8051单片机的定时器/计数器T0、T1测出电动机的实际转换，并与设定值进行比较。根据比较结果使DAC0832芯片的输出控制电压增大或减小。P2.7和DAC0832的端相连，故可得出DAC0832的地址为7FFFH。同时8051设定内部50H单元存放实际转速与设定值是否相等的标志。如果为“1”表示相等，为“0”表示不相等。60H单元存放送入DAC0832芯片的电压调整数据。在DAC0832进行调整的过程中，8051根据电动机实际转速与设定转速之差电压调整量的数据，进行D/A转换并输出调整电压，并考虑到电动机的机电系统惯性，必须对输出电压调整量进行一定时间的保持，以便电动机转速能稳步达到设定值，对于延时时间的确定，则要根据实际情况进行测定和调整。通过对程序流程图和实际电路的分析，我们可用汇编语言或C语言对此程序进行编程，并用单片机的