使用51單片機實現(xiàn)直流電機PID調(diào)速系統(tǒng)的詳細資料說明

　　直流電動機具有良好的起動、制動性能， 宜于在大圍平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看， 直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎， 采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成， 控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜， 功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難， 阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用圍的推廣。

　　設計原理及方法

　　直流電動機根據(jù)勵磁方式不同，直流電動機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電動機機械特性曲線有所不同。但是對于直流電動機的轉速有以下公式： n=U/Cc -TR/CrCc 其中：U—電壓；R—勵磁繞組本身的電阻； —每極磁通（Wb）；Cc—電勢常數(shù)；Cr—轉矩常量。由上式可知， 直流電機的速度控制既可采用電樞控制法，改變電樞回路電阻，也可采用磁場控制法。對于要求在一定圍無級平滑調(diào)速系統(tǒng)來說， 以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能是有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉速）以上做小圍的減弱升速。因此，自動控制的直流調(diào)速往往以變壓調(diào)速為主。

　　本文主要研究了利用MCS-51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法。PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式， 也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發(fā)展已經(jīng)沒有了學科之間的界限， 結合現(xiàn)代控制理論思想或實現(xiàn)無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發(fā)展的主要方向之一。

　　設計總概述

　　以直流電機電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉速為依據(jù)， 實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速， 并通過單片機控制速度的變化。本文所研究的直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分， 是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。但是此設計中電機只需要正轉，所以相對來說簡單點。

　　8051 單片機簡介

　　AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8 位單片機，片含8k bytes的可反復擦寫的Flash 只讀程序存儲器和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8 位中央處理器和Flash存儲單元， AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。AT89C52有40 個引腳， 32 個外部雙向輸入/ 輸出（I/O） 端口，同時含2 個外中斷口， 3 個16 位可編程定時計數(shù)器，2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash 存儲器結合在一起， 特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。部分功能如下：

　?。?）8kB可反復擦寫（ 大于1000 次）Flash ROM;

　　（2）32 個雙向I/O 口;

　?。?）256x8bit 部RAM;

　　（4）3 個16 位可編程定時/ 計數(shù)器中斷;

　?。?）時鐘頻率0-24MHz;

　　（6）2 個串行中斷，可編程UART串行通道;

　　（7）2 個外部中斷源，共8 個中斷源;

　　（8）2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位;