直流電機轉速測量與控制系統設計

同曉雅 幸曉勇

摘 要：計算機控制系統是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。用計算機控制電機轉速在實際工業生產中占有重要地位，本文是實際生產模型的一個簡化，利用超想_3000TB開放式綜合實驗/仿真系統完成硬件、軟件調試。

關鍵詞：輸入；顯示；測速； D/A轉換；閉環控制

一、設計原理

在控制電機轉速時，我們采用閉環控制系統。由用戶從鍵盤輸入直流電機轉速的設定值，并顯示在顯示器上；由計算機測量其當前的實際轉速，與希望值進行比較，并用顯示器顯示實際轉速。當實際轉速與設定值不相等時，希望值與實際值的差值會給系統一個調節量，改變輸出電壓，從而使電機以設定的速度恒速旋轉，并通過顯示器顯示轉速。

（一）行掃描法。行掃描法是采用步進掃描方式，CPU通過輸出口把一個“步進的0”逐行加至鍵盤的行線上，然后通過輸入口檢查列線的狀態。由行線、列線電平狀態的組合來確定是否有鍵按下，并確定被按鍵所處的行、列位置。

（二）LED動態掃描方式。動態掃描顯示接口電路是把所有顯示器的8個筆劃段a～h同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM是各自獨立地受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM端，而這一端是由I/O控制的。

（三）傳感器原理。根據霍爾效應原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉軸上的轉盤邊沿，轉盤隨測軸旋轉，磁鋼也將跟著同步旋轉，轉盤隨軸旋轉時，受磁鋼所產生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號，其頻率和轉速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉速。

二、分析設計

（一）硬件結構。本文所使用的器件如下表所示：

（1）51單片機。51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。主要功能是完成D/A轉換工作，產生直流電機的驅動電壓信號。（2）DAC0832。DAC0832是8位分辨率的D/A轉換集成芯片，與微處理器完全兼容。主要功能是完成D/A轉換工作，產生直流電機的驅動電壓信號。這種D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。有兩級鎖存控制功能，能夠實現多通道的D/A的同步轉換輸出。（3）霍爾傳感器。霍爾器件是由半導體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運動，結果在器件的兩個側面之間產生霍爾電勢。其大小和外磁場及電流大小成比例。（4）鍵盤。鍵盤是由一組按壓式或觸摸式開關構成的陣列。用戶通過鍵盤指定直流電機的轉速，應在35～50轉/秒。鍵盤輸入應解決的問題有：按鍵識別、消除按鍵抖動和串鍵保護。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上，行、列線分別連接到按鍵開關的兩端。由于矩陣式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，因此各按鍵彼此將相互發生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并做適當的處理，才能確定閉合鍵的位置。（5）8段數碼管。8段數位管屬于LED發光器件的一種。8段數位管又稱為8字型數位管，分為8段：A、B、C、D、E、F、G、P。其中P為小數點。（6）超想_3000TB開放式綜合實驗/仿真系統。超想_3000TB綜合實驗儀采用“仿真式”設計方法，仿真器與實驗平臺分離，采用“仿真”方式進行實驗，同時，允許進行脫機運行工作，所以，實驗過程是與實際開發過程完全一致。仿真器使用的是雙“CPU”架構方式，100%資源出讓，100%實時，100%無條件硬件斷點。

（二）軟件設計。（1）測量控制系統流程圖。

（2）軟件設計流程圖。

三、設計結論

通過對輸入，測量，顯示，控制等模塊的逐一實現，最后統一于主程序中，可實現對直流電機轉速的測量與控制。