基于單片機直流調速控制系統設計

宋陸昊

（江蘇安全技術職業學院，江蘇徐州，221011）

基于單片機直流調速控制系統設計

宋陸昊

（江蘇安全技術職業學院，江蘇徐州，221011）

本文主要是利用電腦豐富的數值運算與邏輯判斷功能，對單片機的直流調速進行了設計，設計不僅實現了模擬控制器的數字化，還讓控制方式變得簡單實用，針對單片機現有的應用理論，文中將涉及到各種困難問題的改進措施及解決方案，希望可以對其他設計者有所幫助。

單片機；設計；直流調速控制

0 引言

結構及編程簡單便捷是單片機直流調速系統的特點。但是通過翻閱文獻我們可以了解到，單片機直流調速系統在控制技術上是存在多處忽視點的，本文將具體設計單片機控制的直流調速系統，對設計中的各種困難給予解決方法，并在此設計方法上，又加深研究了軟硬件調試結合的新方法，從而詳細研究了單片機控制的直流調速系統，實驗結果說明，這個控制方法還是較為實用的。

1 單片機直流調速系統的工作原理

以微處理器為核心的數字控制系統，不但在制作時所用的成本較低，且具有很高的標準度，同時不受溫度變化的影響，對于那些邏輯判斷十分復雜的運算，也可以實現最優化的調節。可謂優點頗多，基于這種數字控制系統下的程序都非常的具有穩定與可靠性，能夠得到良好的控制結果。而單片機有抗干擾，加密性強，消耗低，無需仿真器，在系統中對于編程可有可無等諸多優點，同時價格便宜，本次采用的單片機型為STC89C52RC。單片機直流調速系統的工作原理主要是：用H橋主電路設計的控制方案。基本結構是由四個基極接單片機端口的開關構成，單片機端口高度是由控制開關管的高低電平控制。

2 電路的設計

2.1 主干電路設計

因為直流電動機是小功率，所以本次設計運用的都是普通的三級管H橋式電路驅動，為了能夠給電動機在制動時間提供足夠的路徑回路能量每個三極管都并聯了二級續流管，通過對角的兩個開關管導通或截止的時間不同。即占空比不同來達到調速目的。但是，在實物調試中發現，NPN型三極管導通不正常，出現時而工作，時而不工作的狀態。這是因為在本次設計中，在單片機P3端口省略了上拉電阻，對于NPN型三極管，其輸出電流較小，不能保證三極管可靠導通，所以，把上下橋臂四個三極管全部采用PNP型。

圖1 主干電路設計

2.2 控制電路設計

因為單片機主要是用于對數碼管顯示電路，AD轉換電路，鍵盤電路，急停電路及端口擴展電路進行控制的，其中矩陣鍵盤法是鍵盤電路較為常用的方法，下面重點介紹一下端口擴展電路的設計方法。因為單片機需要實現很多的功能，所以一定要采用端口擴展的方式避免端口緊張問題，本設計是對po端口進行的擴展。

圖2 控制電路設計

圖中我們可以看出，po口在輸入AD轉換值之后，就會把設定案件值通過po口送到數碼管，這也是為什么需要擴展PO端口的原因。本設計是用74LS244的方法把AD值送入po口，為了可以使po口得到正常的寫入或寫出，對74LS244和74LS273使能控制都是采用“或”門進行控制的，在一般資料中，74LS244和74LS273都是被當做片外存儲器的，用的是一個地址。

3 軟件系統設計

3.1 單片機直流調速控制系統流程圖

因為直流電動機是由AD轉換值決定轉速大小的，第一步應該轉換AD輸入值，把其變成0～5V范圍之內，當2．5V為臨界點的時候，把AD輸入值調節為小于2．5V，電機高速旋轉，當AD輸入值大于2。5V的時候，電機就是低速旋轉的狀態。部分程序如下：

elseif((d＞2．5)＆(kp1==1))

p3_0=0，p3_5=0;

delay(50);

p3_0=1，p3_5=1;

delay(130);

圖3 單片機直流調速控制系統流程圖

3.2 數碼管顯示程序的編制

本次采用的設計顯示方法為數碼管動態法，并且，此種設計需要通過 P0 口和 74LS273 輸入到數碼管用以顯示數據，如此一來就會涉及到寫端口 P0 和對 74LS273 控制問題，由于74LS273 地址為 0XFEFF，部分程序如下：

dis_bb = 0; dis_bb ＜ dis_flag; dis_bb + + )

duan = Duan［dis_data［dis_bb］］;

addr = duan;

wei = Wela2［dis_bb］;

delay( 1) ;

wei = 0xff;

4 實驗結果

為了對以上結果的分析進行驗證工作，筆者專門按照以上設計方案在現實進行了多次操作，實驗結果表明：1，把變阻器調節滑動到最大數值時，同時設定為“正轉46s”的情況下，其狀態處于減速正轉,46s后停止,2，把變阻器調節到最小值，同時設為“反轉19s",其狀態為加速反轉，19s后停止。3，如果按下”急停“鍵之后，電機馬上停止，并轉為閃爍二極管狀態，在具體的操作實驗之下，證明此次的軟硬件系統在設計方案上，具有正確性。

5 總結

本文是建立在單片機直流調速系統基礎上的一次設計，包含了軟件與硬件兩個系統及鍵盤抖動，端口擴展，電路急停等多方的設計內容。實驗結果表明了設計是無誤的，也證明了該種控制方案，是在對單片機結構特點的充分利用之下所采用的，這種軟件硬件相互結合的調試方法，可以讓系統滿足設計要求。也為單片機控制調速系統提供了新的設計方法。

[1]劉蘋,吳鳴.上板機控制系統設計[J].機電工程.2013(05).

[2]周冠軍,畢祥麗.LMD18200T的直流伺服電動機驅動器的設計[J].電子工業專用設備.2016(11).

[3]張琳.控制系統設計課創新教學的探討[J].化工高等教育.2014(01).

Design of DC speed control system based on single chip microcomputer

Song Luhao
(Jiangsu safety technology, Career Academy,Xuzhou Jiangsu, 221011)

This paper is to use numerical computation and logic judgment function of computer rich, DC speed of the microcontroller was designed The design realizes digital analog controller, also let the control mode become simple and practical, according to the existing theory of SCM, the improvement measures involving a variety of problems and solutions, hope the other can help designers

single chip microcomputer;Design;DC speed control