基于单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计.doc

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1、新疆工业高等专科学校毕业设计(论文) 基于单片机实现直流电机PWM调速系统景天红系 别： 电气与信息工程系 专业班级： 电气自动化0632（1）班 指导教师： 董晓红老师 完成日期： 2009年6月12日 新疆工业高等专科学校毕业设计（论文）任务书一、 题目：基于单片机实现直流电机PWM调速系统二、 指导思想和目的：通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。三、 设计任务或主要技术指标：利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流

2、电机调速的方法。采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。四、 设计进度与要求：1）：布置设计任务，深入了解设计内容，搜集参考资料，学习有关内容。2）：学习学校毕业设计的的实际情况，和格式要求。3）：设计网络拓扑结构以及构思设计的基本思路和设计过程。4）：根据根据设计要求和构思思路查找设计内容。5）：根据要求和设计的基本方案对设计要求的材料进行预算。6）：完善设计方案并绘制必须的图纸草图，编写设计

3、说明书。7）：对图纸进行校正和测绘，画合格的正式图纸。8）：总结，熟悉设计内容，准备毕业答辩，完成答辩。五、 主要参考书及参考资料：1 王离九，黄锦恩编著，晶体管脉冲直流调速系统，华中理工大学出版社出版2 丁元杰主编,上海市教育委员会组编,单片微机原理及应用，机械工业出版社3 李荣生主编，电气传动控制系统设计指导，机械工业出版社4 吴守箴，臧英杰 编著， 电气传动的脉宽调制控制技术，机械工业出版社5 陈伯时主编,自动控制系统-电力拖动控制,中央广播电视大学出版社专业班级：电气自动化0632（1）班 学生：景天红 指导教师：董晓红老师教研室主任（签名）： 系（部）主任（签名）： 年 月 日新疆工

4、业高等专科学校毕业设计（论文）评定意见书设计（论文）题目： 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 专 题： 基于单片机实现直流电机PWM调速系统 设 计 者：姓名 景天红 专业 电气自动化 班级 0632（1）班设计时间： 2009年4月20日2009年6月 12日指导教师：姓名 职称 单位 评 阅 人：姓名 职称 单位 评定意见：评定成绩：指导教师（签名）： 年 月 日评阅人（签名）： 年 月 日答辩委员会主任（签名）： 年 月 日（上页背面）毕业设计评定意见参考提纲1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出

5、的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。电气与信息工程系毕业答辩情况记录表答辩人姓名景天红班 级电气自动化专 业0632（1）设计题目基于单片机实现直流电机PWM调速系统指导老师董晓红老师答辩日期年 月 日答辩时间时 分 时 分自述回答问题小结 答辩组长： 年 月 日摘 要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号

6、波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。关键词： PWM信号 测速发电机 PI运算目 录1. 系统硬件电路的设计 11.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计11.1.1 系统总体设计框图 11.1.2 8051 单片机简

7、介11.1.3 单片机系统中所用其他芯片简介 31.1.4 8051 单片机扩展电路及分析51.2 PWM信号发生电路设计81.2.1 PWM的基本原理81.2.2 PWM信号发生电路设计81.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理101.3 功率放大驱动电路设计121.3.1 芯片IR2110性能及特点121.3.2 芯片IR2110引脚图及功能121.4 主电路设计151.4.1 延时保护电路 151.4.2 主电路 151.4.3 输出电压波形 171.5 测速发电机 171.6 滤波电路 171.7 A/D 转换 181.7.1 芯片ADC0809介绍181.7.2 ADC0809

8、的引脚及其功能 182.直流调速系统 202.1 直流调速系统概述 202.2 单闭环直流调速系统 202.3 开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较 223.系统软件程序的设计 253.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 253.2 系统中部分程序的设计 253.2.1 单片机资源分配 253.2.2 程序流程图 28总结 30致谢 31参考文献 1. 系统硬件电路的设计1.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计1.1.1 系统总体设计框图8051单片机PWM信号的产生与放大直流电机测速发电机滤波电路A/D转换图1.1系统总体设计框图1.1.2 8051单片机简介1.8051单片机的基本组

9、成 8051单片机由CPU和8个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如下图所示： 图1.2 8051单片机基本组成2.CPU及8个部件的作用功能介绍如下中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个单元，其地址为00H7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部RAM。特殊功能寄存器：是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的R

10、AM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80HFFH。内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部ROM。并行I/O口：8051芯片内部有4个8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以实现数据的并行输入输出。串行口：它是用来实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电路。系统允

11、许的最高晶振频率为12MHz。3.8051单片机引脚图图1.3 8051单片机引脚图1.1.3 单片机系统中所用其他芯片简介1.地址锁存器74LS37374LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如下图所示：图1.4 74LS373片内三态门的D锁存器当使能端G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。如果此时芯片的输出控制端为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。以下是其引脚图：图1.5 74LS37引脚图2.程序存储器27128(1)芯片引脚 图1.6程序存储器27128引脚图（2）功能表 引脚 工作方式（片选）（允许输出）VP

12、P（编程控制）输出读LLVCCH数据输出维持H*VCC*高阻编程LHVPPL数据输入编程校验LLVPPH数据输出编程禁止H*VPP*高阻表1.1功能表3数据存储器6264（1）芯片引脚 图1.7 数据存储器6264芯片引脚（2）芯片功能表 引脚工作方式I/O0I/O7未选中H*高阻未选中*L*高阻输出禁止LHHH高阻读LHLH数据输出写LHHL数据输入写LHLL数据输入表1.2 芯片功能表1.1.4 8051单片机扩展电路及分析图1.8 8051单片机扩展电路接线分析P0.7-P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是8051不带片外存储器，P0口可以作为通

13、用I/O口使用，P0.7-P0.0用于传送CPU的I/O数据。第二种情况是8051带片外存储器，P0.7-P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。P2.7-P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像P0口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7-P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同，如下表所示：P3口的位第二功能注释P3.0RXD串行数据接收口P3.

14、1TXD串行数据发送口P3.2外中断0输入P3.3外中断1输入P3.4T0计数器0计数输入P3.5T1计数器1计数输入P3.6外部RAM写选通信号P3.7外部RAM读选通信号表1.3 P3口功能表 VCC为+5V电源线，VSS为接地线。ALE/：地址锁存允许/编程线，配合P0口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器时，8051CPU在P0.7-P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7-P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。在不访问片外存储器时，8051自动在AL

15、E/线上输出频率为1/6 fOSC的脉冲序列。该脉冲序列可以用作外部时钟源或者作为定时脉冲源使用。 / VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是片外ROM。如果=1，那么允许使用片内ROM；如果=0，那么允许使用片外ROM。：片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在线上产生一个负脉冲，用于片外ROM芯片的选通。其他情况下，线均为高电平封锁状态。RST/VPD：复位备用电源线，可以使8051处于复位工作状态。XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接8051片内OSC的定时反馈电路。

16、石英晶振起振后，应能在XTAL2线上输出一个3V左右的正弦波，以便于8051片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容C1、C2可以帮助起振，调节它们可以达到微调fOSC的目的。1.2 PWM信号发生电路设计1.2.1 PWM的基本原理PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压

17、大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如下图所示：图1.9 时序图设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。1.2.2 PWM信号发生电路设计图1.10

18、 PWM信号发生电路PWM波可以由具有PWM输出的单片机通过编程来得以产生，也可以采用PWM专用芯片来实现。当PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中，当PWM波的频率在18KHz左右时，效果最好。在本系统内，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。两片数值比较器4585，即图上U2、U3的A组接12位串行4040计数输出端Q2Q9，而U2、U3的B组接到单片机的P1端口。只要改变P1端口的输出值，那么就可以使得PWM信号的占空比发生变化，从而进行调速控制。12位串行计数器

19、4040的计数输入端CLK接到单片机C51晶振的振荡输出XTAL2。计数器4040每来8个脉冲，其输出Q2Q9加1，当计数值小于或者等于单片机P1端口输出值X时，图中U2的（AB）输出端保持为低电平，而当计数值大于单片机P1端口输出值X时，图中U2的（AB）输出端为高电平。随着计数值的增加，Q2Q9由全“1”变为全“0”时，图中U2的（AB）输出端又变为低电平，这样就在U2的（AB）端得到了PWM的信号，它的占空比为（255 -X / 255）*100%，那么只要改变X的数值，就可以相应的改变PWM信号的占空比，从而进行直流电机的转速控制。使用这个方法时，单片机只需要根据调整量输出X的值，而P

20、WM信号由三片通用数字电路生成，这样可以使得软件大大简化，同时也有利于单片机系统的正常工作。由于单片机上电复位时P1端口输出全为“1”，使用数值比较器4585的B组与P1端口相连，升速时P0端口输出X按一定规律减少，而降速时按一定规律增大。1.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理1芯片4585 （1）芯片4585的用途：对于A和B两组4位并行数值进行比较，来判断它们之间的大小是否相等。（2）芯片4585的功能表：输入输出比较级取A3、B3A2、B2A1、B1A0、B0ABABA3B3*1001A3=B3A2B2*1001A3=B3A2=B2A1B1*1001A3=B3A2=B2A1=B1A

21、0B0*1001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0001001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0B0100100A3=B3A2=B2A1B1*100A3=B3A2B2*100A3B3*100表1.4 芯片4585的功能表（3）芯片4585的引脚图：图1.11芯片4585的引脚图2芯片4040 芯片4040是一个12位的二进制串行计数器，所有计数器位为主从触发器，计数器在时钟下降沿进行计数。当CR为高电平时，它对计数器进行清零，由于在时钟输入端使用施密特触发器，故对脉冲上升和下降时间没有限制，所有的输入和输出均经过缓冲。芯片4040提供了

22、16引线多层陶瓷双列直插、熔封陶瓷双列直插、塑料双列直插以及陶瓷片状载体等4种封装形式。（1）芯片4040的极限值：电源电压范围：-0.5V18V输入电压范围：-0.5VVDD+0.5V输入电流范围：10mA贮存温度范围：-65C150C（2）芯片4040引出端功能符号：CP: 时钟输入端 CR：清除端 Q0Q11：计数脉冲输出端 VDD: 正电源 VSS: 地端（3）芯片4040功能表：输入输出CPCR*LLH保持计数所有输出端均为L表1.5芯片4040功能表（4）芯片4040的引脚图：图1.12芯片4040的引脚图1.3 功率放大驱动电路设计该驱动电路采用了IR2110集成芯片，该集成电路

23、具有较强的驱动能力和保护功能。1.3.1 芯片IR2110性能及特点IR2110是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁CMOS技术，于1990年前后开发并且投放市场的，IR2110是一种双通道高压、高速的功率器件栅极驱动的单片式集成驱动器。它把驱动高压侧和低压侧MOSFET或IGBT所需的绝大部分功能集成在一个高性能的封装内，外接很少的分立元件就能提供极快的功耗，它的特点在于，将输入逻辑信号转换成同相低阻输出驱动信号，可以驱动同一桥臂的两路输出，驱动能力强，响应速度快，工作电压比较高，可以达到600V，其内设欠压封锁，成本低、易于调试。高压侧驱动采用外部自举电容上电，与其他驱

24、动电路相比，它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目，使得MOSFET和IGBT的驱动电路设计大为简化，而且它可以实现对MOSFET和IGBT的最优驱动，还具有快速完整的保护功能。与此同时，IR2110的研制成功并且投入应用可以极大地提高控制系统的可靠性。降低了产品成本和减少体积。1.3.2 IR2110的引脚图以及功能引脚1（LO）与引脚7（HO）：对应引脚12以及引脚10的两路驱动信号输出端，使用中，分别通过一电阻接主电路中下上通道MOSFET的栅极，为了防止干扰，通常分别在引脚1与引脚2以及引脚7与引脚5之间并接一个10K的电阻。引脚2（COM）：下通道MOSFET驱动输出参考地端，使

25、用中，与引脚13（Vss）直接相连，同时接主电路桥臂下通道MOSFET的源极。引脚3（Vcc）：直接接用户提供的输出极电源正极，并且通过一个较高品质的电容接引脚2。引脚5（Vs）：上通道MOSFET驱动信号输出参考地端，使用中，与主电路中上下通道被驱动MOSFET的源极相通。与引脚6（VB）：通过一阴极连接到该端阳极连接到引脚3的高反压快恢复二极管，与用户提供的输出极电源相连，对Vcc的参数要求为大于或等于0.5V，而小于或等于+20V。引脚9（VDD）：芯片输入级工作电源端，使用中，接用户为该芯片工作提供的高性能电源，为抗干扰，该端应通过一高性能去耦网络接地，该端可与引脚3（Vcc）使用同一

26、电源，也可以分开使用两个独立的电源。引脚10（HIN）与引脚12（LIN）：驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率MOS器件的驱动脉冲信号输入端。应用中，接用户脉冲形成部分的对应两路输出，对此两个信号的限制为Vss-0.5V至Vcc+0.5V，这里Vss 与Vcc分别为连接到IR2110的引脚13（Vss）与引脚9（VDD）端的电压值。引脚11（SD）：保护信号输入端，当该引脚为高电平时，IR2110的输出信号全部被封锁，其对应的输出端恒为低电平，而当该端接低电平时，则IR2110的输出跟随引脚10与12而变化。引脚13（Vss）：芯片工作参考地端，使用中，直接与供电电源地端相连，所有去耦电容的一端应

27、接该端，同时与引脚2直接相连。引脚8、引脚14、引脚4：为空引脚。芯片参数：1IR2110的极限参数和限制：最大高端工作电源电压VB： -0.3V至525V门极驱动输出最大（脉冲）电流IOMAX：2A最高工作频率fmax：1MHz工作电源电压Vcc：-0.3V至25V贮存温度Tstg：-55至150C工作温度范围TA：-40至125C允许最高结温Tjmax：150C逻辑电源电压VDD：-0.3V至VSS+25V允许参考电压Vs临界上升率dVs/dt：50000V/s高端悬浮电源参考电压Vs：VB-25V至VB+0.3V高端悬浮输出电压VHO：Vs-0.3V至VB+0.3V逻辑输入电压VIN：V

28、ss-0.3V至VDD+0.3V逻辑输入参考电压Vss：Vcc-25V至Vcc+0.3V低端输出电压VLO：-0.3V至Vcc+0.3V功耗PD：DIP-14封装为1.6W2IR2110的推荐工作条件：高端悬浮电源绝对值电压VB：Vs+10V至Vs+20V低端输出电压VLO：0至Vcc低端工作电源电压Vcc：10V至20V逻辑电源电压VDD： Vss+5V至Vss+20V逻辑电源参考电压Vss： -5V至+5V图1.13 IR2110芯片1.4 主电路设计1.4.1 延时保护电路利用IR2110芯片的完善设计可以实现延时保护电路。R2110使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时，保证

29、了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOS器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔，因而防止了被驱动的逆变桥中两个功率MOS器件同时导通而发生直流电源直通路的危险。1.4.2 主电路从上面的原理可以看出，产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。因此在这个电路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持续、不间断的导通的。我们可以采取双PWM信号来控制直流电机的正转以及它的速度。将IC1的HIN端与IC2的LIN端相连，而把IC1的LIN端与IC2的HIN端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。在HIN为高电平期间，Q

30、1、Q4导通，在直流电机上加正向的工作电压。其具体的操作步骤如下：当IC1的LO为低电平而HO为高电平的时候，Q2截止，C1上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q1的栅极上，从而使得Q1导通。同理，此时IC2的HO为低电平而LO为高电平，Q3截止，C3上的电压经过VB、IC内部电路和HO端加在Q4的栅极上，从而使得Q4导通。电源经Q1至电动机的正极经过整个直流电机后再通过Q4到达零电位，完成整个的回路。此时直流电机正转。在HIN为低电平期间，LIN端输入高电平，Q2、Q3导通，在直流电机上加反向工作电压。其具体的操作步骤如下：当IC1的LO为高电平而HO为低电平的时候，Q2导通且Q1截止

31、。此时Q2的漏极近乎于零电平，Vcc通过D1向C1充电，为Q1的又一次导通作准备。同理可知，IC2的HO为高电平而LO为低电平，Q3导通且Q4截止，Q3的漏极近乎于零电平，此时Vcc通过D2向C3充电，为Q4的又一次导通作准备。电源经Q3至电动机的负极经过整个直流电机后再通过Q2到达零电位，完成整个的回路。此时，直流电机反转。因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。设PWM波的周期为T，HIN为高电平的时间为t1，这里忽略死区时间，那么LIN为高电平的时间就为T-t1。HIN信号的占空比为D=t1/T。设电源电压为V

32、，那么电枢电压的平均值为：Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T = ( 2 t1 T ) V / T = ( 2D 1 )V定义负载电压系数为，= Vout / V, 那么 = 2D 1 ；当T为常数时，改变HIN为高电平的时间t1，也就改变了占空比D，从而达到了改变Vout的目的。D在01之间变化，因此在1之间变化。如果我们联系改变，那么便可以实现电机正向的无级调速。当=0.5时，Vout=0,此时电机的转速为0；当0.51时，Vout为正，电机正转；当=1时，Vout=V,电机正转全速运行。图1.14 主电路1.4.3 输出电压波形图1.151.5 测速发电机测速发电机是

33、输出电动势与转速成比例的微特电机，分为直流与交流两种。其绕组和磁路经过精确设计，输出电动势E和转速n成线性关系，即E=kn，其中k是常数。改变旋转方向时，输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速发电机同轴连接时，只要检测出输出电动势，即可以获得被测机构的转速，所以测速发电机又称速度传感器。测速发电机广泛应用于各种速度或者位置控制系统，在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或者通过反馈来提高系统稳定性和精度。1.6 滤波电路 图1.16滤波电路1.7 A/D转换1.7.1 芯片ADC0809介绍ADC0809是8位、逐次比较式A/D转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用

34、单一的+5V电源，其模拟量输入电压的范围为0V-+5V，其对应的数字量输出为00H-FFH，转换时间为100s，无须调零或者调整满量程。1.7.2 ADC0809的引脚及其功能ADC0809有28个引脚，其中IN0-IN7接8路模拟量输入。ALE是地址锁存允许，、接基准电源，在精度要求不太高的情况下，供电电源就可以作为基准电源。START是芯片的启动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换。EOC是转换结束信号，可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。OE是输出允许端。CLK是时钟端。DB0-DB7是数字量的输出。ADDA、ADDB、ADDC接地址线用以选定8路输入中的一路，详见下图。图

35、1.17 ADC0809的引脚ADDCADDBADDA选通输入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表1.62.直流调速系统2.1 直流调速系统概述 直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。 调速通常通过给定环节，中间放大环节，校正环节，反馈环节和保护环节等来实现。电动机的转速不能自动校正与给定转速的偏差的调速系统称为开环控制系统。这种调速系统

36、的电动机的转速要受到负载波动及电源电压波动等外界扰动的影响。电动机的转速能自动的校正与给定转速的偏差，不受负载及电网电压波动等外界扰动的影响，使电动机的转速始终与给定转速保持一致的调速系统称为闭环控制系统。这是由于闭环控制系统具有反馈环节。 电气传动控制系统通常由电动机、控制装置和信息装置三部分组成。它能按照规定的指令，及时的控制电动机的启动、制动、运转方向、位置、速度和加速度等，以满足工作机械及生产过程的要求。 随着电机、传感器、控制器件、变流技术和控制理论的发展，电气传动控制系统也得到了很大的发展。目前，所用电机的单机容量从几百瓦发展到数万千瓦，变流设备从旋转式电机变流机组发展到大功率晶闸

37、管静止变流装置，中小功率自关断器件静止变频装置；控制单元从模拟量触发器、调节器、给定积分器发展到以微处理器芯片为核 心的交、直流通用的数字量控制模块；系统的控制方式从手动操作的开关控制发展到闭环多参量控制；电气传动以从单纯的调速系统扩展为实现位置、速度、加速度控制的运动控制中的重要分支。 总之，现代电气传动控制系统业已发展成为全新的电气传动自动化系统。 2.2单闭环直流调速系统在单闭环直流调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流IIr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统启动时的电流

38、和转速波形如图1-1a所示。当电流从最大值降低下来以后，电极转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。在电机最大电流（或转矩）受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（或转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这样的理想启动过程波形示于图1-1b）。这时，启动电流呈方形波，而转速是线性增长的。这是在最大电流（或转矩）受限制的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图1-1b)所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全实

39、现。为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端；到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流良种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段去作用呢？双闭环直流调速系统正是用来解决这个问题的。 a) b) 理想图2.1 直流调速系统启动过程的电流和转速波形 采用PI调节器的单闭环转速反馈系统，即保证了动态稳定性，有保证

40、了静态无静差，很好的解决了动静态之间的矛盾。但电流得不到限制。电流负反馈虽然能限制启动电流，但在启动时，启动电流仅在某一瞬间达到最大的允许值，其余的时间都比较小启动过程慢。同时。他的机械特性较软，不适合调速，想要启动过程尽可能快。就应使整个启动过程中的电机始终保持最大的启动转矩。由上述可知，实现理想过程过程的关键是控制电流波形， 图2.2 生产机械工作工程由图可知，为了达到最佳过渡过程，必须满足：（1） 过渡过程中，尽量能使电枢电流为最大值，过渡过程结束时，尽快使电枢电流达到稳定值。（2） 为了使电枢电流有动态到稳态和由稳态到动态迅速变化，应使Ud突变到最大值，待电枢电流达到要求值欧，在突变到需要值。同时，西东机械特性曲线应既有转速负反馈的绝对硬特性，还要有电流截至负反馈挖土机特性。如果单闭环无静差调速系统同时引入转速负反馈和电流负反馈， 法兼顾这两方面的性能要求，不仅启动电流波形几乎没有得到改善，而且其转速还存在静差。所以就引入了双环和多环调速系统。2.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较V-M开环系统，其机械特性方程而闭环时静特性可写成其中分别表示开环和闭环系统的理想空载转速； 分别表示开环和闭环系统的稳态速降。闭环与开环特性比较 静态速降小，特性硬 在负载相同情况下，两者的转速