（单片机直流电机控制器的设计）（最终版）

测速系统程序测速是本设计的另外个重点。

本设计中测速系统的工作原理为利用电机轴上带的圆盘的缺口，引起光电开关产生高电平脉冲，单片机就采集此脉冲的宽度，加以计算，得出其实时速度。

具体实现如下平时缺口不在光电开关处时，光电开关处于断开状态，输入到单片机口电平为低，当圆盘缺口的其中边刚运转到令光电开关接通时，单片机口电平跳变为高，此时计数器以内部时钟信号为周期开始计数，然后当圆盘转到缺口的另外边刚好令光电开关断开时，单片机口产生个下降沿信号，计数停止，并进入中断子程序，在中断里把脉冲宽度转存出来并经过运算，就可得出实时速度值。

所以，测速程序得用到个外部中断，以及个计数器。

先看看和它们相关的标志位设置外部中断用做测速为跳沿触发方式，引脚上的电平从高到低的负跳变有效。

中断请求标志外部中断允许位为高优先级用做计数中断请求位计数器关闭禁止溢出中断，前四位用于控制和确定定时器计数器的功能和工作模式第位为门控位，当时，定时器计数器的启动要由外部中断引脚和位共同控制。

只有当中断引脚为高时，且置才能计数器工作。

第和第位为，则说明计数器工作在方式全位计数器，总共能计数个时钟脉冲，也就是最多能计时。

程序流程图如下检测到口电平从低到高跳变计数器停止计数同时申请中断进入中断计数器开始计数检测到口电平从高到低负跳变取计数器的值并将其重新赋等待下次计数进入子程序是否为高若是则继续检测共检测后仍然为高开启计数器允许中断是否已经进入中断，等待后仍未进入将接受脉冲宽度的缓冲区置于零将缓冲区的值转存到进入子程序调用是否等于是否累计接收到个有效数值将接收到的数值取平均值并存入，图测速系统流程图外部中断中断服务子程序如下函数中就是存放计数器的计数值的缓冲区，当它们从和中取得数值之后，和随即被清零，为下次计数做好准备。

获取脉冲宽度值子函数如下为每计数器打开中断请求标志外部中断启动，则已经进入中断，若等于，则说明延时已过中断请求标志外部中断允许位，脉冲宽度此外，为了稳定测得的转速值，在程序中加了个取平均值的函数，这段函数的意思就是，将测得的连续个不为零的脉冲宽度取平均值，以消除速度等方面做了详细的分析。

通过这次毕业设计，笔者对单片机的指令结构，接口电路，语言的编程技巧，以及和电机控制相关的知识都有了更深的理解。

同时也深刻体会到了基础知识的重要性，比如电路基础里面的，电路及暂态过程，电子技术里的三极管放大，高等教育数学里的微积分等等，都是以前笔者学过却又被忽视的问题，要用的时候再去翻书重新拾起，过程可谓波三折。

当今社会科技的发展日新月异，技术更新周期是越来越短，但是有点，就是基本原理不会改变，无论技术如何新颖，但是总归是建立在基础知识上的。

所以，掌握闹固的基础知识，是对学习新技术的保障，更是开发的前提，参考文献王晓明电动机的单片机控制。

北京航空航天大学出版社。

李玉峰倪虹霞系列单片机原理与接口技术。

人民邮电出版社。

求是科技系列单片机程序设计完全手册。

人民邮电出版社。

戴佳戴卫恒单片机语言应用程序设计实例精讲。

电子工业出版社。

马忠梅籍顺心张凯马岩单片机的语言应用程序设计第版。

，，指导教师然的不稳定因素，使转速显示更加稳定。

调节程序调节计算公式如下要输出的数据增量设定值和实测值的差值上次的值的差值比例系数本程序中设积分系数本程序中设由于在本电机调速系统中，仅使用调节便足以达到理想的精度和超调量，所以就毋须再加上微分项。

关于参数的选择，在第章里已经有了详细的说明，就是按照先比例，再积分的顺序进行凑试。

而本程序中的和值，也是经过反复的凑试之后所得到的结果凑试的经过就是先将项设成，然后将设为，如果系统稳定，就按每次往上加，结果表明，在的时候，调速系统失控，电机直保持全速运转，所以为了使调节速度达到最大，就将设为，但是此时系统非常不稳定，速度值直在转上下跳动，于是将设成，系统马上稳定下来，再按每次的差值往下减，经过多次尝试，得出为最佳积分值。

此时，系统处于最佳运行状态，实验中表现为电机原来速度为，当设置为转时，可以在秒之内迅速上升并稳定于，而超调量也仅为转分，出现在第次上升的时候，下来之后便趋于稳定了。

程序如下，参数测试及性能分析系统参数测试轮盘直径，缺口宽度，缺口所在直径为，缺口所在周长为，和缺口宽度比例为，那么轮盘转圈所需时间，本系统用于测速的方法为测量缺口所引起的脉冲宽度值，由于使用计数器，所以必然存在个溢出的问题，单片机的晶振频率为，所以个机器周期为，个位计数器最多能计数个机器周期，所以最长能计数的时间，也就是，也就是说，当缺口的边触发了计数器，但是在的时间内还不能转到另外边使计数器停止，那么计数器就将溢出，单片机就自动识别速度为，那么此时的速度就将无法识别。

也就是说，根据上面轮盘转圈所需时间公式，这时候的，所以可知其速度为转分钟。

也就是说，单片机所能识别的最低速度为转分。

但这只是理论计算速度，实际上单片机能测的最低速度要比这稍微高点，大约为转分。

我们再看看的斩波控制精度频率为，也就是为个周期，而每周期里又被分成分，占空比可以以每作为调节单位。

电机最大速度为转分，此时对应占空比为，也就是说，占空比每增加，电机速度将增加转分，也就是说电机的调速精度可达。

当转速稳定的情况，在调节的作用下，真实转速和设定转速的差值控制在，也就是说误差范围在以内。

下面是速度变化时的超调量的表格和其对应的超调曲线图表速度变化时的峰值图速度变化曲线序号初始转速设定转速峰值峰值总用时上图中序号所对应的虚线代表设定转速，而曲线则是转速变化曲线，所以图表示的就是速度从初始速度变化到设定速度的过程，并直观的表示出了变化过程中的速度的变化速率和超调量。

控制超调量，是由程序中的函数控制的，其中是控制变化速度，而就是影响系统稳定性。

从表中和图中我们都能看出，速度处于上升时候的稳定性明显比下降时候的要好，尤其是速度从下降到的时候，超调量竟然达到。

分析原因的话，觉得可能是由于惯性作用所导致的这种情况由于电机的转子和外接轮盘具有很大的惯性，特别是在速度很快的时候，而下降的时候，控制器是让其速度自由滑落，所以当其速度到达设定值的时候，还具有很大惯性，所以就会引起比较大的超调量。

总结在此毕业设计中，笔者成功地使用单片机输出信号实现对小功率直流电机进行调速系统由按键设定转速，通过光电开关测速，将测得的速度反馈给单片机经运算后输出信号驱动斩波调压电路，然后控制电机形成闭环控制。

本论文还对本系统的超调量控制精度控断及完善的保护功能。

改变励磁的恒功率调速从直流电动机的机械特性的公式可看出，当磁通减小电动机的转速也随之提高。

由直流电机的电压平衡方程式其中为电机线圈电流，为线圈电阻，为电机的反电势式中，为电机结构常数，为常量为线圈磁通为电机转动角速度。

于是将代入电压平衡方程式中，可得经过移项之后就可得出角速度和电压的关系式从上式可以看出，改变外接电压，电机回路电阻，磁通，可改变电机转速。

本实验所用直流电机为永磁式，磁通不可改变，而改变电机回路电阻来调速的方式，已不多见，所以采用改变外接电压的调速方式，系统设计功能要求本设计是要利用单片机控制调速电路实现小功率直流电机的转速调节。

而本系统必须符合以下几点要求在转分内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为转分。

电机能在所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于转分。

电机启动和加减额定负载时，其转速能迅速回到设定值，转速超调内。

电机能进行正反转控制。

下面，本文将从硬件和软件两方面按系统功能要求进行设计。

硬件电路设计本设计在硬件电路上共分为个部分，单片机部分按键输入斩波电路测速电路转向调节电路以及模拟负载。

下面本文将详细介绍每部分的功能原理以及元器件的选取。

单片机部分及其接口电路资料毕业设计毕业设计图单片机部分原理图本设计采用的是的单片机，选用的单片机是因为它是宽电压供电，工作电压范围为，比起般系列单片机的更能有效的避免电源抖动所带来的问题。

晶振选用石英晶振，频率为，比起传统的能有更快的处理速度。

在第脚，复位脚外，加了个复位按键和复位电路，复位原理为第次上电时，通过给电容充电，于是此时电容相当于短路，直接加到脚上，单片机自动复位。

过了极短的时间，电容充电完毕，此时电容则相当于开路，于是脚被电阻拉为低，单片机开始正常工作。

当键按下时，通过按键加到脚上，单片机复位，键弹起之后，脚重新被拉为低，单片机开始正常工作。

单片机供电方面，采用的是直流通过三端稳压器稳压到，给单片机和显示部分供电。

按键输入电路原理图如下图按键部分原理图在本设计中，按键输入比较简单，就是在按键信号输入口与地线间串接按键。

在按键没有按下的情况下，口悬空，所以为高由于单片机的口是有内部上拉电路的，所以当其悬空时，内部将其上拉为高当按键按下后，地线的把口的电平拉低，单片机便可识别有键按下。

驱动电路图驱动电路原理图首先简单介绍下的工作原理如图所示，为口的上拉电阻，为限流电阻。

当口为低时，的基极电平被拉低，此时截止，所以的基极为高，截止，电机两端没有电压。

当口为高时，基极电压也为高，于是导通，的集电极电压为低，此时的基极也为低，导通，加到电机两端，电机开始转动。

所以，当口为高时，电机两端电压也为高口为低时，电机两端电压也为低。

于是当口产生信号输出时，电机两端会产生同样的波形，从而达到调节电机转速的目的。

关于上拉电阻的选取，上拉电阻的选取取程序设计语言，既具有般高级语言的特点，又能直接对计算机的硬件进行操作，表达和运算能