直流电机转速测量与控制系统设计

同晓雅 幸晓勇

摘 要：计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。用计算机控制电机转速在实际工业生产中占有重要地位，本文是实际生产模型的一个简化，利用超想_3000TB开放式综合实验/仿真系统完成硬件、软件调试。

关键词：输入；显示；测速； D/A转换；闭环控制

一、设计原理

在控制电机转速时，我们采用闭环控制系统。由用户从键盘输入直流电机转速的设定值，并显示在显示器上；由计算机测量其当前的实际转速，与希望值进行比较，并用显示器显示实际转速。当实际转速与设定值不相等时，希望值与实际值的差值会给系统一个调节量，改变输出电压，从而使电机以设定的速度恒速旋转，并通过显示器显示转速。

（一）行扫描法。行扫描法是采用步进扫描方式，CPU通过输出口把一个“步进的0”逐行加至键盘的行线上，然后通过输入口检查列线的状态。由行线、列线电平状态的组合来确定是否有键按下，并确定被按键所处的行、列位置。

（二）LED动态扫描方式。动态扫描显示接口电路是把所有显示器的8个笔划段a～h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的。

（三）传感器原理。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。

二、分析设计

（一）硬件结构。本文所使用的器件如下表所示：

（1）51单片机。51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。主要功能是完成D/A转换工作，产生直流电机的驱动电压信号。（2）DAC0832。DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。主要功能是完成D/A转换工作，产生直流电机的驱动电压信号。这种D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。有两级锁存控制功能，能够实现多通道的D/A的同步转换输出。（3）霍尔传感器。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。（4）键盘。键盘是由一组按压式或触摸式开关构成的阵列。用户通过键盘指定直流电机的转速，应在35～50转/秒。键盘输入应解决的问题有：按键识别、消除按键抖动和串键保护。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，行、列线分别连接到按键开关的两端。由于矩阵式键盘中行、列线为多键共用，各按键均影响该键所在行和列的电平，因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并做适当的处理，才能确定闭合键的位置。（5）8段数码管。8段数位管属于LED发光器件的一种。8段数位管又称为8字型数位管，分为8段：A、B、C、D、E、F、G、P。其中P为小数点。（6）超想_3000TB开放式综合实验/仿真系统。超想_3000TB综合实验仪采用“仿真式”设计方法，仿真器与实验平台分离，采用“仿真”方式进行实验，同时，允许进行脱机运行工作，所以，实验过程是与实际开发过程完全一致。仿真器使用的是双“CPU”架构方式，100%资源出让，100%实时，100%无条件硬件断点。

（二）软件设计。（1）测量控制系统流程图。

（2）软件设计流程图。

三、设计结论

通过对输入，测量，显示，控制等模块的逐一实现，最后统一于主程序中，可实现对直流电机转速的测量与控制。