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双闭环直流电机调速系统设计在这个科技高速发展的时代，咱们的交通工具也变得聪明起来。
就拿咱们开车来说吧，以前那老式的油门和刹车，现在都升级成智能的双闭环直流电机调速系统了！这玩意儿可不得了，它能让车子跑得飞快，还能稳稳当当，简直就像个听话的小精灵。
首先说说这个“双闭环”是什么意思。
简单来说，就是电机的转速控制有两个环路，一个负责输入信号，另一个负责输出结果。
这样一来，系统就能自动调节，保证车子跑得既快又稳，就像咱们开车一样，既要追求速度，又要注重安全。
再来说说这个“直流电机”，这可是个大家伙。
它不像那种交流电机，需要不断地换向，所以它的效率更高，噪音更小，而且寿命更长。
想想看，咱们的车子要是有这么一个直流电机，那岂不是既省油又环保？再说说这个“调速系统”。
它可不是随便调调就能搞定的。
你得根据车子的实际需求来设定速度，还得时刻监控电机的工作状态，确保一切正常。
就像咱们平时做饭，得先想好要做什么菜，还得时不时尝一尝味道，看看对不对口。
还有啊，这个“双闭环直流电机调速系统”还有个特别的地方，就是它能自我诊断。
一旦发现哪里不对劲，它就会立刻告诉你，让你及时处理，保证车子能继续平稳地跑。
就像咱们看病一样，有了这个功能，车子就能更好地保护咱们的安全。
当然了，这玩意儿也不是万能的。
比如有时候，咱们可能得手动调整一下速度，或者应对一些特殊情况。
这时候，咱们就得靠经验和直觉来操作，就像咱们开车时，有时候得凭感觉来加速或者减速。
总的来说，这个双闭环直流电机调速系统真是个好东西！它让咱们的车子跑得更快、更安全、更环保。
咱们开车的时候也能更加轻松愉快。
不过呢，咱们也得好好保养它，让它更好地为咱们服务。
就像咱们照顾家里的电器一样，得定期给它加油、清理灰尘，这样才能让它永远保持最佳状态。
最后再提醒一句，虽然这个系统很厉害，但也得小心使用。
咱们在享受它带来的便利的也要遵守交通规则，保证自己和他人的安全。
毕竟，咱们开车的最终目的还是为了大家的安全和舒适。
《自动控制系统论文设计报告》班级：自动化09-1姓名：许丹阳学号：0918120123时间：2012年5月12号指导老师：丁丽娜大连海洋大学信息工程学院自动化研究所双闭环直流电机调速系统设计摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。
根据晶闸管的特性，通过调节控制角α大小来调节电压。
基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。
在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。
本文首先确定整个设计的方案和框图。
然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。
接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。
最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。
为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。
从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。
这就形成了转速、电流双闭环调速系统。
先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MATLAB/SIMULINK 对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路电气原理图。
关键词：双闭环；转速调节器；电流调节器目录一.绪论1.1直流调速系统的概述……………………………………………………………………1.2为何要采用直流调速系统………………………………………………………………1.3研究课题的目的和意义………………………………………………………………………二.直流调速系统的方案设计2.1设计内容和要求………………………………………………………………………2.1.1设计内容……………………………………………………………………2.1.2设计要求…………………………………………………………………………2.2 双闭环直流调速系统总设计框图…………………………………………………………2.3主电路的结构形式………………………………………………………………………三．调节器的设计………………………………………………………………………………3.1电流调节器的设计…………………………………………………………3.2转速调节器的设计…………………………………………………………………四．基于MATLAB/SIMULINK的调速系统的仿真……………………………………………五．课程设计总结………………………………………………………………………………六．参考文献………………………………………………………………………………………绪论1.1 直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。
1 设计方案论证电流环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
转速环调节器方案一，采用PID调节器，PID调节器是最理想的调节器，能够平滑快速调速，但在实际应用过程中存在微分冲击，将对电机产生较大的冲击作用，一般要小心使用。
方案二，采用PI调节器，PI调节器能够做到无静差调节，且电路较PID调节器简单，故采用方案二。
2双闭环调速控制系统电路设计及其原理综述随着现代工业的开展，在调速领域中，双闭环控制的理念已经得到了越来越广泛的认同与应用。
相对于单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程的弱点。
双闭环控制那么很好的弥补了他的这一缺陷。
双闭环控制可实现转速和电流两种负反应的分别作用，从而获得良好的静，动态性能。
其良好的动态性能主要表达在其抗负载扰动以及抗电网电压扰动之上。
正由于双闭环调速的众多优点，所以在此有必要对其最优化设计进展深入的探讨和研究。
本次课程设计目的就是旨在对双闭环进展最优化的设计。
整流电路本次课程设计的整流主电路采用的是三相桥式全控整流电路，它可看成是由一组共阴接法和另一组共阳接法的三相半波可控整流电路串联而成。
共阴极组VT1、VT3和VT5在正半周导电，流经变压器的电流为正向电流；共阳极组VT2、VT4和VT6在负半周导电，流经变压器的电流为反向电流。
变压器每相绕组在正负半周都有电流流过，因此，变压器绕组中没有直流磁通势，同时也提高了变压器绕组的利用率。
三相桥式全控整流电路多用于直流电动机或要求实现有源逆变的负载。
为使负载电流连续平滑，有利于直流电动机换向及减小火花，以改善电动机的机械特性，一般要串入电感量足够大的平波电抗器，这就等同于含有反电动势的大电感负载。
三相桥式全控整流电路的工作原理是当a=0°时的工作情况。
实验报告直流电机闭环调速控制系统设计和实现班级:姓名:学号:时间:指导老师:2012年6月一、实验目的1．了解闭环调速控制系统的构成。
2．熟悉PID 控制规律，并且用算法实现。
二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验原理根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“○”的线需用户自行接好。
上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制直流电机，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作测速中断。
实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生 PMW 脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。
霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。
在参数给定情况下，经PID 运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。
系统定时器定时1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。
直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下：四、实验步骤1．参照图 6.1-3 的流程图，编写实验程序，编译、链接。
2．按图6.1-2 接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到控制机中。
3．打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。
4．若不满意，改变参数：积分分离值Iband、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数 KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。
5．注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状态应保持上次的状态。
当DOUT0 为1 时，直流电机将停止转动；当DOUT0 为0 时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键.五、心得体会此次实验是直流电机闭环调速控制系统的设计和实现，通过这次实验，让我了解了闭环调速控制系统的基本构成。
黑龙江科技大学直流电动机闭环调速系统设计班级：电气10-12学号： 26姓名：赵轶博指导教师：吕雄飞摘要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。
该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。
该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。
并通过仿真进行系统的数学建模和系统仿真，分析双闭环直流调速系统的特性。
关键词：双闭环，晶闸管，转速调节器，电流调节器AbstractDC motor has a good starting, braking performance, and is suitable forsmoothing over a wide range of speed regulation, widely used in a lot of need for speed or fast forward and reverse drag in the field of electricity. From the control point of view, based on DC or AC drive system. The system sets up thecurrent detection, current regulator and speed detection, speed regulator, acurrent loop and speed loop, the former through feedback stable currentcomponents, which keep the speed stable through the feedback of speed detecting device, the ultimate elimination of speed error, so that the systemcan adjust the current and speed the purpose of. The system starting, speedouter loop saturation does not work, play a major role in regulating the.innercurrent.loop, starting current.to.maintain.maximum speed, the linear.change,reaches.a.given.value quickly; steady.state.operation, speed.negativefe edback outer ring plays the leading role, the speed varying with the speed for a given voltage changes, current.speed.with.the.inner the.outer.ring.of the.motor armat ure.current adjusted to.balance.the.load.current. And.the.simulation.of mathematical modeling and system simulation, analysis thecharacteristics of double closed loop DC speed regulating system.Keywords: double loop, thyristor, speed regulator, current regulator目录第一章绪论 (1)1.1设计的背景、目的及意义 (3)1.2 本设计国内、外研究应用情况 (3)1.2.1 采用新型电力电子器件 (4)1.2.2 应用现代控制理论 (4)1.2.3 采用总线技术 (4)1.3 本设计采用的技术方案及技术难点 (5)1.4 本设计的主要研究内容 (5)1.4.1 建立能够的数学模型 (5)1.4.2 经典控制部分 (6)1.4.3 仿真部分 (6)第二章理论原理 (7)2.1 方案比较 (7)2.2 方案论证 (8)2.3 方案选择 (9)2.4 设计要求 (10)第三章系统硬件设计 (11)3.1 整流变压器的设计 (11)3.1.1变压器二次侧电压U2的计算 (11)3.1.2 一次、二次相电流的计算 (12)3.1.3变压器容量的计算 (12)3.2晶闸管元件的选择 (13)3.2.1晶闸管的额定电压 (13)3.2.2晶闸管的额定电流 (13)3.3 转速给定电路设计 (14)3.5 电流检测电路设计 (16)3.6 整流及晶闸管保护电路设计 (17)3.6.1 过电压保护和du/dt限制 (18)3.6.2 过电流保护和di/dt限制 (20)3.7平波电抗器的计算 (22)3.8励磁电路元件的选择 (24)3.9 整流电路参数计算 (25)第四章软件系统设计 (28)4.1电流调节器的设计和校验 (28)4.2转速调节器的设计和校验 (30)4.3电源设计 (32)4.4 控制电路设计 (33)第五章触发电路选择与校验 (41)5.1 触发电路的选择与校验 (41)第六章系统调试 (42)6.1 系统的建模与参数设置 (42)6.2 系统仿真结果的输出及结果分析 (43)结论 (45)总结与体会 (46)致谢 (48)参考文献 (49)附录 (50)第一章绪论自70年代以来，国外在电气传动领域内，大量地采用了“晶闸管直流电动机调速”技术（简称KZ—D调速系统），尽管当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中KZ—D系统的应用还是占有相当的比重。
目录 (1)一、课设任务……………………………………………………。
2 1。
1设计内容…………………………………………………。
.2 1。
2具体要求………………………………………………….。
2 1。
3程序调试建议……………………………………………。
2二、系统方案 (3)三、硬件设计……………………………………………………。
33.1数码管显示和行列式键盘电路...............................。
4 3。
2数模变换电路...................................................。
5 3。
3直流电机驱动电路.............................................。
6 3.4片选译码电路 (7)3。
5 RAM电路 (7)四、软件设计 (8)五、调试及结果 (19)六、心得体会……………………………………………………。
.19七、参考文献……………………………………………………。
20八、附录………………………………………………………….。
20直流电机闭环调速控制系统设计报告一、课设任务1．1设计内容：以实验室实验装置为设计对象，从中选择出合适的部分,构成一个直流电机恒转速控制系统,具有如下功能:1、可以通过按键设定直流电机转速（转 / 分钟,r/min)；2、可以实时显示电机转速,同时显示设定值(各用三位显示）；3、运行过程中改变负载可以维持设定的转速稳定后保持不变。
（稳态误差小于等于设定值的5％)4、开始时只显示设定值，采集值显示为0,按运行键后显示实时采集值与设定值，左边三位是设定值，右边三位是实时值；5、设置停止运行键，控制直流电机停止运行；6、其它扩展发挥功能。
1.2具体要求：1、根据功能要求从实验装置上选择合适电路构成系统，用protel软件画出原理图与控制系统结构图,分析系统工作过程；2、根据实验装置具体情况确定接线方法,从而确定各端口的口地址(D/A、键盘、显示等)；3、采用PID算法作为恒转速控制算法,对PID算法加以分析说明；4、按照系统工作过程要求编制程序,画出流程图与编写具体程序；5、调试运行,记录运行结果；6、书写课程设计报告，符合学院有关课程报告的要求。
直流电机的闭环调速系统设计一、设计要求利用PID控制器、光电传感器及F/V转换器设计直流电机的闭环调速系统。
二、应用器材PCB板一块、LM331、ST151各一块、LM324两块，小型直流电机、电阻、电容若干、导线若干；实验箱，稳压电源，万用表，烙铁，PC机；三、辅助软件MATLAB系统仿真软件，EWB；四、设计方案分析为了提高直流调速系统的动静态性能指标，对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。
本次课程设计中我们采用单闭环调速系统。
原理框图如下：输出五、实验说明在本实验中，输入端加上一定范围的电压后，通过PID控制器以控制电机带动叶轮转动，光电传感器将电机叶轮的转速转变为频率信号输出，最后经F/V转换器将频率信号转变为反映电机转动的电压信号作为反馈。
给定不同的输入电压，电动机转速将有明显的变化。
六、硬件设计PID比例积分微分控制器一般用到的参数是：Kp，Ki, Kd，其转换关系如下：Kp=Kp, Ki=Kp/Ti, Kd=Td*KpPID调节器分析:1、PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
PID调节器人们又常称为PID控制器，是比例P (Proportional)、积分I (Integral)、微分D (Differential《lm324引脚图》《lm324管脚图》《lm324原理图》LM324的分析：LM324为四运放集成电路，在PID调解器中得到了运用，它采用了14脚双列直插塑料进行封装。
内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。
电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。
它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。
它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。
每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1 绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2研究双闭环直流调速系统的目的和意义 (1)2 直流电机双闭环调速系统 (3)2.1直流电动机的起动与调速 (3)2.2直流调速系统的性能指标 (3)2.2.1静态性能指标 (3)2.2.2动态的性能指标 (4)2.3双闭环直流调速系统的组成 (6)3 双闭环直流调速系统的设计 (8)3.1电流调节器的设计 (8)3.2转速调节器的设计 (10)3.3闭环动态结构框图设计 (12)3.4设计实例 (12)3.4.1设计电流调节器 (13)3.4.2设计转速调节器 (15)4.Matlab仿真 (17)4.1仿真结果分析 (19)5 结论 (20)参考文献 (21)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1 绪论1.1课题研究背景直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
就目前而言，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式，电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业。
这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机。
有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。
以上等等需要高性能调速的场合得到广泛的应用。
然而传统双闭环直流电动机调速系统多数采用结构比较简单、性能相对稳定的常规PID控制技术，在实际的拖动控制系统中，由于电机本身及拖动负载的参数(如转动惯量)并不像模型那样保持不变，而是在某些具体场合会随工况发生改变；与此同时，电机作为被控对象是非线性的，很多拖动负载含有间隙或弹性等非线性的因素。
因此被控制对象的参数发生改变或非线性特性，使得线性的常参数的PID控制器往往顾此失彼，不能使得系统在各种工况下都保持与设计时一致的性能指标，常常使控制系统的鲁棒性较差，尤其对模型参数变化范围大且具的非线性环节较强的系统，常规PID调节器就很难满足精度高、响应快的控制指标，往往不能有效克服模型参数变化范围大及非线性因素的影响。
转速电流双闭环直流调速系统设计一、引言直流调速系统是控制直流电机转速的一种常用方法。
在实际应用中，为了提高系统性能，通常采用双闭环控制结构，即转速环和电流环。
转速环用于控制电机转速，电流环用于控制电机电流。
本文将对转速、电流双闭环直流调速系统进行详细设计。
二、转速环设计转速环的主要功能是通过控制电机的转矩来实现对转速的精确控制。
转速环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和转矩方程，建立电机数学模型。
通常采用转速-电压模型，即Tm=Kt*Ua-Kv*w。
2.设计转速环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的转速环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
三、电流环设计电流环的主要功能是控制电机的电流，以确保电机输出的转矩能够满足转速环的要求。
电流环设计步骤如下：1.系统建模：根据电机的特性曲线和电流方程，建立电机数学模型。
通常采用电流-电压模型，即Ia=(Ua-R*Ia-Ke*w)/L。
2.设计电流环控制器：选择适当的控制器类型和参数，比如PID控制器。
根据电机数学模型，可以使用根轨迹法、频域法等进行控制器参数设计。
确定控制器增益Kp、Ki和Kd。
3.闭环仿真：使用仿真软件，进行闭环仿真，验证控制器的性能。
4.实际系统调试：将设计好的电流环控制器实施到实际系统中，进行调试和优化。
根据实际情况对控制器参数进行微调。
四、双闭环控制系统设计在转速环和电流环都设计好的基础上，将两个闭环控制器连接起来，形成双闭环控制系统。
具体步骤如下：1.控制系统结构设计：将电流环置于转速环的前端，形成串级控制结构。
2.系统建模：将转速环和电流环的数学模型进行串联，建立双闭环控制系统的数学模型。
《自动化系统综合实训》任务书――――题目：直流电机闭环调速系统设计一、实训的目的及任务1.实训的目的《自动化系统综合实训》作为自动化专业本科生的一门综合性实践性课程，应用已学的计算机、模拟数字电路、微控制器原理、传感器技术、可编程控制器技术、工业过程控制技术等知识，进行综合实践的训练，培养学生独立思考、独立解决问题的能力，努力开拓学生的知识面和创造力。
2.实训的任务本实践环节主要以51、HCS12微控制器和PIC为主要应用对象，学习速度、位置等系统的实验制作方法，熟悉实验制作和程序过程，并能以动态的形式进行实时显示，以便能较快适应测控一体化的技术应用需求。
二、实训的内容与要求学生独立的实验制作直流电机闭环调速系统，实现PWM调速、LED 显示设定速度和实际速度。
三、实训可提供的材料包括：霍尔元件、直流电动机、、按键开关、电路基板电阻电容若干、焊锡、核心实验板、FREESCALE 实验器材及软件等其他耗材。
使用仪器：稳压电源，万用表，实验工具箱（创新或电工实验室可提供）。
四、实训模式本课程为实训教学，以分组形式完成。
教师分阶段提出问题、解答学生的疑问，检查学生的进度和完成情况五、实训学时分配地点：中原路校区2#楼207室、211室。
时间：第19、20周。
六、实训成绩评定1．电路板制作及系统运行效果：70分2．实训报告：30分。
七、参考资料1 严隽永译．嵌入式微控制器．北京：机械工业出版社．20052 杨国田，白焰．68HC12微控制器原理、应用于开发技术．北京：电力出版社．20033何立民．微控制器应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．20024胡汉才.MCS-51单片机原理与应用.北京：北京清华大学出版社，1997，75 常小玲．电气控制技术与可编程控制器．北京：机械工业出版社．2006，12审查意见：领导签字：2006年12月31日摘要直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于摩托罗拉单片机的直流调速系统，HCS12是Motorola新推出的高性能16位微控制器，具有强大的功能。
霍尔测速及简单控制系统就是以它为控制核心，利用它的定时器输入捕捉和实时时钟实现了对电机转速的检测和实时显示功能。
本系统可以实现PWM调速，以动态的形式显示速度和实际速度，以便能较快适应测控一体化的技术应用需求。
Motorola单片机功能丰富、速度高、功耗低、稳定性强，是全球单片机的主流产品，MC9S12DG128属于摩托罗拉公司M68HCS12系列单片机，HCS12是继HC12系列之后推出的16位MCU ，可以很好的满足需求。
关键词微控制器直流电机霍尔元件目录1 引言 (4)2 系统总体设计方案 (4)2.1 直流电机的基本结构 (5)3 元器件的选择与说明 (5)3.1 微控制器的选择 (5)3.2 霍尔元件的选择 (6)4 硬件电路设计 (7)4.1 电机驱动电路和反馈电路设计 (7)4.2 显示电路设计 (7)5 系统软件设计 (8)5.1 系统程序设计 (10)6 系统调试 (10)7 总结 (11)8 参考文献 (12)9 附录1 (13)10 附录2 (16)1 引言直流电机应用广泛，具有宽广的调速范围，较强的过载能力和较大的起动转矩等特点，广泛应用于对起动和调速要求较高的生产机械，如电力机车、内燃机车、工矿机车、城市电车、电梯、轧钢机等的拖动电机。
MC9S12DG128是美国MOTOROLA推出的一款中档16BIT嵌入式微控制器，以CPU12为核心，丰富的内部资源和外部接口资源可以满足各种ECU数据的处理以及发送和接收。
可以很好的满足我们的要求。
霍尔测速与简易控制系统利用HCS12处理核心和霍尔元件的对磁场敏感特性实现对电动机转速的测量与控制。
速度是很多控制系统都要涉及到的重要参数，该系统硬件电路设计简单，利用C语言实现程序的设计，能满足很多速度控制系统的要求。
本设计主要是通过微控制器来实现直流电机的调速，以此加强动手能力，适应测控技术的快速发展。
2 系统总体设计方案系统总体设计方框图如图1所示。
图1 系统总体设计方框图系统工作原理：当电动机转动，靠近霍尔传感器，在霍尔效应的作用下产生霍尔脉冲，产生的输出脉冲作为单片机的输入脉冲信号送MCU的PT1口。
MCU的PORTP口作为四位数码管的位码控制口，PORTA口作为四位数码管的段码控制口。
在电动机上的转轴上粘贴上小磁块，霍尔开关固定在靠近转轴的位置。
电机启动时转轴旋转，当磁块转过霍尔元件时，霍尔测速检测电路就会不断地产生脉冲输出信号输入到微控制器，经数据处理送八段数码管显示，再经过比较后，决定加速或减速。
2.1 直流电机的基本结构直流电机由定子和转子两个基本部分组成。
定子主要由主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等组成。
（1）主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成。
a.磁极铁心：由l~1.5mm 厚的低碳钢板冲片叠压铆接而成。
是磁路部分。
b.励磁线圈：是磁路部分，产生主磁场。
（2）换向磁极也是由铁心和换向磁极绕组组成，位于两主磁极之间，是比较小的磁极。
作用：是产生附加磁场，以改善电机的换向条件，减小电刷与换向片之间的火花。
（3）机座由铸钢或厚钢板制成。
作用：来安装主磁极和换向磁极等部件和保护电机，它既是电机的固定部分，又是电机磁路的一部分。
（4）端盖与电刷。
作用：支持转子的转轴，固定电刷架。
转子（电枢）的组成：主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。
（1）铁心：由0.5㎜厚硅钢片叠压而成。
作用：用来嵌放电枢绕组，是直流电机磁路的一部分。
（2）电枢绕组：其作用是产生感应电动势和电磁转矩。
（3）换向器：换向器又称整流子，其作用是将直流电动机输人的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，进而产生恒定方向的电磁转矩，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。
3.气隙是电机磁路的重要部分。
转子要旋转，定子与转子之间必须要有气隙，称为工作气隙。
气隙大小对电机性能有很大影响。
3 元器件的选择与说明本次设计直流电机有学校提供，型号为JOHNSON（5伏）。
以下说明微控制器和霍尔元件的选择。
3.1 微控制器的选择根据以前的学习情况，本设计选用Motorola的16位单片机MC9S12DG128，下面简单地介绍一下MC9S12DG128。
Motorola单片机功能丰富、速度高、功耗低、稳定性强，是全球单片机的主流产品，MC9S12DG128属于摩托罗拉公司M68HCS12系列单片机，HCS12是继HC12系列之后推出的16位MCU ，由标准的片内设备构成，包括8KB的RAM,128KB的FLASH EEPROM,2KB的EEPROM，两个同步串行通信接口（SCI），两个串行外设接口（SPI）,一个8通道IC/OC捕获计时器，两个8通道、10位模数转换器（ADC），一个8通道脉宽调制器（PWM）,89个离散数字I/O通道，20根数字I/O线，有中断和激活功能，两个CAN口，软件兼容模块（MSCAN12），和一个内部IC总线。
3.2 霍尔元件的选择霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用，本文简要作一介绍。
霍尔元件是应用霍尔效应的半导体，置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。
霍尔元件应用的基本原理是霍尔效应。
霍尔效应是一种磁敏效应，一般在半导体薄片的长度X方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在宽度Y方向上会产生电动势UH，这种现象即称为霍尔效应。
UH称为霍尔电势，其大小可表示为：UH=RH/d*IC*B （1）式中，RH称为霍尔系数，由半导体材料的性质决定；d为半导体材料的厚度。
设RH/d=K,则式（1）可写为：UH=K*IC*B (2)可见，霍尔电压与控制电流及磁感应强度的乘积成正比，K称为乘积灵敏度。
K值越大，灵敏度就越高；元件厚度越小，输出电压也越大。
在式（2）中，若控制电流IC,为常数，磁感应强度B与被测电流成正比，就可以做成霍尔电流传感器；另外，若仍固定IC为常数，B与被测电压成正比，又可制成霍尔电压传感器。
霍尔传感器的基本结构如图2所示。
图2 霍尔传感器应用电路图4 硬件电路设计从功能上划分,硬件电路分为驱动电路、手动输入电路和显示电路三大部分，手动输入电路比较简单不再赘述。
4.1 电机驱动电路和反馈电路设计电机驱动电路和反馈电路设计如图3所示。
图3 电机驱动和反馈电路4.2 显示电路设计数码管通常有共阴极和共阳极两种接法。
限流电阻是外接的，一般共阳极数码管必须外接电阻，共阴极不一定外接电阻。
要显示某字形就应使此字形的相应字段点亮，实际就是送一个用不同电平组合代表的数据至数码管。
这种装入数码管中显示字形的数据称为字形码。
七段式LED显示器有静态显示与动态扫描两种方式，动态显示需要耗费大量的CPU时间，且亮度不够；而静态亮度高，CPU负担很小，但所需硬件驱动芯片较多；二者各有优缺点，在实际应用中应根据系统的具体情况综合考虑。
数据处理采用MCU实现，显示模块采用动态显示方式，考虑到日常需求，这里采用3位数码管显示，系统硬件接线图如图4所示。
图4 显示电路5 系统软件设计本程序可以实现PWM输出、调速，并以动态的形式显示速度和实际速度对霍尔传感器检测到的脉冲数计数。
当贴有磁片的电机旋转经过霍尔元件时，霍尔电路将电平拉低，MCU的定时器模块的将会捕捉到这一变化，而产生中断，进入中断服务程序。
中断服务程序将累计脉冲数，为转速的测量提供数据。
系统软件流程图如下页图5所示。
否是否是图5 系统软件流程图中断程序流程图如下页图6所示：否是图6 中断程序流程图5.1 系统程序设计C语言作为高级语言，它更接近和体现人的设计思想，随着C语言编译技术的不断提高，用C语言编写的程序代码的质量和效率越来越接近汇编代码，而且用C语言能实现各种复杂的算法。
考虑到程序较为复杂，因此在本次设计中，大部分程序代码采用C语言编写，必要时用C语言和汇编混合编程，源程序请参考附录。
6 系统整机调试将直流电机的驱动电路，数码管显示电路及按键电路，与最小系统板连接好后，下载调试好的程序到目标板上，然后运行，检查系统的运行状况，发现了许多问题，经过有关老师和同学得帮助，不断修正，反复调试，最终一一解决了遇到的问题，完成了系统设计的功能，达到了题目的要求。
总结本次课程设计的主要内容是通过软件和硬件的结合利用霍尔元件实现对电动机转速的测量。
设计中主要用到中断，利用中断程序检测脉冲个数，根据规定时间内监测到的脉冲数通过计算将结果用数码管显示。
此次的课程设计，最关键的是对整个控制过程的熟悉和编程问题。
