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单片机控制直流电动机转速的应用
摘要：介绍89C51单片机在直流电机转速控制系统中的应用、实现方法、硬件结构等。本系统采用霍尔元器件测量电动机的转速，用89C51单片机对直流电机的转速进行控制，用DAC0832芯图1是直流电动机PWM控制曲线。这种调速方法称为脉宽调速。设脉冲宽度为t,脉冲周期为T，电机的平均转速为=;式中, =称为占空比，占空比越大，转速越高，反之就越低。平均转速为与占空比之间的关系如图曲线1，由图1可知，平均转速与占空比的关系非完全线性关系，但可以近似看成线性，，其最大是确定的，因此控制平均转速就要控制占空 比。
用单片机实现脉冲宽度调制是很容易的，只要改变电机定子绕组电压的通、断电时间，即可达到调节电机转速的目的。由已知的平均速度及电机全通电时最大速度，通过公式=可求出占空比，由占空比进一步求出脉冲宽度。
图2 系统供电电源电路图
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DAC0832主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成，使用两个寄存器的好处是，能简化某些应用中的硬件接口电路设计。主要的引脚含义如下：D0～D7—数字量数据输入线。ILE—数据锁存允许信号，高电平有效。/CS—输入寄存器选择信号，低电平有效。/XFER—数据转移控制信号线，低电平有效。/WR1输入寄存器的“写”选通信号，低电平有效。/WR2—DAC寄存器的“写”选通信号。IOUT1和IOUT2---电流输出线。IOUT1和IOUT2的和为常数，IOUT1随DAC寄存器的内容线性变化。一般在单极性输出时，IOUT1接地；在双极性输出时接运放。
通过自制5V电源来确保工作电压正常,由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机的计数器T1，由T1测出电动机的实际转速，并与设定值比较形成偏差。根据比较结果，使DAC0832输出控制电压增大或减小。功放电路将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。
PWM是单片机上常用的模拟量输出方法，通过单片机控制外接转换电路的DAC输出，可将PWM波的占空比不同的脉宽转换成不同的电压，驱动电动机从而得到不同的转速，程序通过调节输出脉冲的占空比来调节输出模拟电压。。
四、直流电动机转速控制系统软件设计
1、 编程思路：控制系统程序的功能是用89C51单片机的T0、T1测出电动机的实际转速，并与给定值进行比较。根据比较结果，使DAC0832芯片的输出控制电压增大或减小。30H单元存放实际转速与设定值是否相等的标志。“1”表示相等，“0”表示不相等。40H单元存放送入DAC0832芯片的数字控制电压。7FFFH为DAC0832地址。
2、 系统流程图如图4所示,
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图3 直流电动机转速控制系统原理图
五、直流电动机转速控制系统的工作原理
  直流电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。本系统用DAC0832控制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，从而使电动机以设定的速度恒速旋转。我们采用比例调节器算法。控制规律：
Y=KP e(t)+KI (2)
主程序 中断服务程序
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Y
N
Y
N
Y
N
开始
栈指针初始化
给转速设定值
（30H）—0，（40H）—7FH
延 时
（7FFFH）—（40H）
设T0为方式1，
T0定时100ms
T1为外部计数方式
允许T0中断
启动T0、T1
T1—0
延 时
（30H）—0
（30H）=1？
结 束
进 栈
禁止T0、T1计数
取T1值、计算实际转速
（40H）—
（40H）—1
恢复T0初值
(30H)—1
转速>定值？
转速<定值？
（40H）—
（40H）+1
中断返回
（7FFFH）—（40H）
图4 直流电动机转速控制系统流程图
式中：Y---比例调节器输出，KP ---比例系数，KI ---积分系数, e(t)---调节器的输入，一般为偏差值。
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从式(2)可以看出，调节器的输出Y与输入偏差值e(t)成正比。因此，只要偏差e(t)一出现就产生与之成比例的调节作用，具有调节及时的特点，这是一种