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基于51单片机的电机测速及显示系统设计

时间:2019-01-03 14:43:23来源:网络 作者:电子爱好者 点击:
 本设计是基于 51 单片机的电机测速与显示系统,主要方案是利用 STC 公司推出的8051内核单片机作为系统的控制单元,用单片机内部的定时器功能生成 PWM 信号,对电机进行调
 本设计是基于 51 单片机的电机测速与显示系统,主要方案是利用 STC 公司推出的8051内核单片机作为系统的控制单元,用单片机内部的定时器功能生成 PWM 信号,对电机进行调速控制;用 PCA 模块进行电机转速的反馈。电机采用直流电机,转速反馈用霍尔传感器,当电机旋转后,根据霍尔效应,霍尔传感器会根据转速线性输出脉冲,用单片机进行脉冲捕获,根据恒定时间内脉冲捕获的数量得到电机的转速信息,霍尔传感器的 AB 相位差得到电机的转向。电机的驱动与控制采用双 H桥电路控制,系统的输入电源是 12V 直流电,经过开关型稳压器得到 5V 电,供给单片机与电机驱动芯片的逻辑参考电压,当单片机向电机驱动输出可变的 PWM 信号时,电机会根据当前的 PWM 信号进行转速的调节。经过理论分析与实物的制作,电机转速能够按照目标设定值进行运转,当电机负载发生变化时,电机也能根据扰动量变化实时调节转速大小,不仅强化了微机与电路的设计知识,而且对动手能力也有很大的提升 。
  主要研究内容
  进行系统建模。根据系统的物理模型,得到系统的微分方程,然后进行拉普拉斯变换,得到传递函数,将时域转换成复数域然后分析系统的稳定性。加入 PI 校正网络,改良系统的暂态与稳态性能,将系统的稳态误差控制在一定的范围内,使电机转速和预设的靠近。当理论分析能够实现目标要求后,将传递函数进行 Z 变换,使其能够在单片机这种的纯离散系统中能正确实现[6]。
  以 STC12C5A60S2 单片机作为控制单元,通过编写 C 语言程序,配置内部寄存器使其能够实现控制功能。由于 STC12C5A60S2 属于离散型控制器,需要将传递函数进行 Z 变换,然后将修正后的 PID 计算公式让单片机能够正确反应,从而实现精准控制。
  按照需求,设计电路原理图,然后根据原理图绘制 PCB。使系统能够按照预期工作,从而实现目标功能。本设计针对电机测速与显示系统实现,利用自动控制原理与微处理器应用技术相结合,完善自身的理论分析与动手能力,拓展眼界。
  系统设计框图如所示:
 

  部分原理图:
  

  PCB截图:
  

  3D状态下:
  

  

  实物图:
  

 

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