摘要本文以详细阐述了MCS-803伪控制芯片，所构成的三闭环直流调速系统，三闭环即转速环，电流环，位置环。
包括8031 单片机控制电路、复位电路、振荡电路、速度给定电路、光电码盘测速测位置电路、PWM波驱动H桥电路等；在软件的实现上采用PID控制算法模拟ASR,ACF环的作用，并给出程序流程图和具体程序设计。
关键字：单片机直流调速PID 算法总结. 参考文献 .第一章 系统结构 . 第二章 硬件设计 .第一节 第二节 第三节第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 8031的介绍和ROM T 展 ....... 驱动电路 ...................给定输入电路 ............. 增量式光电脉冲编码器测速位置霍尔传感器测电流 ........... 转速显示电路 ............... 时钟振荡器和复位电路 ....... 电源电路 .................. 4 5 6 6 8 8 9 10 第三章 系统软件设计 . 12 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 PWM 波产生......给定速度程序设计 转速测定 ....... 位置测量 ....... 电流测量程序 ... 速度显示程序 ... PID 控制算12 14 16 17 18 18 19 25 26第一章系统结构电子技术的高速发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术进入一个新的阶段。
采用单片机控制的调速系统，其控制方案是依靠软件实现的，控制器由可编程功能模块组成，配置和参数调整简单方便，工作稳定。
本系统设计为三闭环调速，即包括电流环，转速环，位置环。
测速及位置用固定在主轴上的光电码盘产生脉冲信号，脉冲信号送入8254计数芯片计数，再传输到单片机计算，M/T法可计算出即时速度。
这个速度与设定的速度进行比较，得出差值。
MCS803对这个差值进行PID运算，得出控制增量，即用单片机，PID算法实现模拟电路ACR,AS的功能。
计算出PW输出的占空比，去控制H 桥驱动电路，其输出驱动直流电动机。
系统硬件结构如下图所示：第二章硬件设计硬件设计部分主要包括了， 8031芯片的ROMT 展，I/O 口的扩 展设 计，振荡电路和复位电路，H 桥驱动电路，给定输入电路，光电编码器测 速、测位置电路，霍尔传感器测电流电路，稳压电源电路，第一节8031的介绍和ROM T 展本设计采用mcs-8031单片机8031单片机是Intel 公司生产的MCS-51 系列单片机中的一种， U 样，0其结构图如下：管脚功能介绍：P0:1.外部扩展存储器时，当做数据总线 2.外部扩展存储器时， 当作地址总线3.不扩展时，可做一般的I/O 使用，但内部无上拉电阻， 作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1 口 ：只做I/O 口使用：其内部有上拉电阻。
P2 口： 1.扩展外部存储器时，当作地址总线使用2.做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；P3 口： 除了作为I/O 使用外（其内部有上拉电阻），还有一些 特殊功能，由特殊寄存器来设置。
ALE/PROG 地址锁存控制信号： 在系统扩展时，ALE 用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔 离。
ALE 有可能是高电平也有可能是低电平，当 ALE 是高电平时，允除无片内ROM 外，其余特性与MCS-51单片机基本一 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 -P10 -P11 i P12口 P13 口 P14 口P15 -P16 -P17 -RST ・ P3.0 i P3.1 P 3.2 P 3.3 -P3.4『P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 39 38 37 36 35 34 33 32 18 19 9 20・X2 ・X1口RESETP20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27E A/VP21 22 23 24 25 26 27 28 31FXD TXD ALE/P P SEN10 11 30 29许地址锁存信号，当访问外部存储器时， ALE 信号负跳变（即由正变 负）将P0 口上低8位地址信号送入锁存器。
当 ALE 是低电平时，P0 口上的内容和锁存器输出一致。
在没有访问外部存储器期间， ALE 以1/6振荡周期频率输出（即 6分频），当访问外部存储器以 1/12振荡周期输出（12分频）。
从这 里我们可以看到，当系统没有进行扩展时 ALE 会以1/6振荡周期的固 定频率输出，因此可以做为外部时钟，或者外部定时脉冲使用。
由于无rom,所以必须外接扩展存储器芯片，所以我们采用了外接一 个EPROM276其具有8kb 容量，2764有正常和编程两种工作方式，vcc 接 +5V,编程电源在编程时接+5V,连接图如下：U?74LS373是输出有三态门的锁存器，当使能端 C 为高电平时，锁存器 的数据输出端Q 的状态与与数据输入端D 相同，当C 端从高电平返回到低 电平时，输入端的数据就被 锁存在锁存器中，数据输入端D 的变化不再影 响Q 端输出。
ALE 与C 端相连,起地址锁存作用。
第二节驱动电路基于三极管的使用机理和特性，在驱动电机中采用H 桥功率驱动电路， H 桥功率驱动电路可应用于步进电机、交流电机及直流电机等的驱动. 流电机控制使用H 桥驱动电路，当PWM 为低电平,通过对PWM 输出占空比 不同的矩形波使三极管 Q1 Q6同时导通Q5导通，从而实现电机正向转动 以及转速的控制；同理，当PWM 为高电平,通过对PWM 输出占空比不同的 矩形波使三极管Q2 Q3同时导通，Q4导通，从而实现电机反向转动以及 转速的控制。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 .P10 .P11 P12 .P13 .P14 .P15 .P16 P 仃 .RST .P3.0 .P3.1 P 3.2 P 3.3 -P3.4 .P3.5 .P3.6 .P3.7 18 19 9 20.X2 -X1 -RESET .VSSP00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27EA/VP 1 I21 22"^^ 23—X27 ■231 RXD TXD ALE/P P SEN10 11 308031。
直 <4\7 <8U? 11 12 13 15 16 仃 18 19第三节 给定输入电路运用A/D 转换芯片将滑动变阻器的模拟电压转换为数字量作为控制直流电机速 度的给定值，采用了 ADC0809E 片。
其连接电路图如下：由于外接存储器， 单片机ALE 输出为单片机的频率1/12，约为1Mhz 所以需加一个D 锁存器, 进行二分频，因为ADC080啲最高时间频率不得高于640khz 。
3ALE —第四节 增量式光电脉冲编码器测速位置光电式编码器直接与电动机主轴连接，当电动机转动时，带动码盘旋 转，输出一系列的脉冲信号。
增量式编码器在码盘上均匀刻着一定数量的VCCP1.1P1.0R 1KR 1k15Vf ]X^Q1 ^jk"DIODE DIODE/^\| \w(jO" vjO MjO" 3DODE DIODEQ2Qu?74S74VCCVCCR10kPOT2P3.6 P2.712厂VCCIN-0 VCC D7 IN-1D6D5 IN-2D4D3 IN-3D2D1 IN-4D0EOCIN-5ADD-A IN-6ADD-BADD-C IN-7ref(-)GNDALESTART ENABLE ref(+)CLOCK.ADC080910接PCQ61654AC11000J(16)269 19 y17〒25 P 1.2 2^ P1.3 2^ P1.476—73"vcc201. 鉴别转向电路可以采用一个D 锁存器，A 脉冲通入D 端，B 脉冲通入elk 这样，当正转时，Q=1,反转时，Q=0 2. 脉冲计数电路将A ，B 通入与门后，再输入到8254计数芯片计数光栅，当电动机旋转时，码盘随之一起转动，可通过光栅的作用，持续不 断地开放或封闭光通路，因此，在接收装置的输出端便得到了频率与转速 成正比的方波序列，从而得以计算转速。
R光电传感器VCC T --- L VCC |_8-- 1 --5k3 ,1 3224LM358I,U?6 PULSELM339上面为光电编码器输出脉冲后，由于输出脉冲电平很小，所以经过运放放 大后，再经过电平比较器LM339整形，输出与计数器8254所能接收的+5V 电平。
脉冲从6 口输出。
为了获得转速的方向，可增加一对发光与接收装置，使两对发光与接收装置错开光栅节距的1/4，刚两组脉冲序列A 和B 的相位相差90度，正 转时A 相超前B 相，反转时B 相超前A 相。
+5V 74第五节霍尔传感器测电流霍尔器件分为霍尔元件和霍尔集成电路两大类，前者是一个简单的霍 尔片，使用时需将霍尔电压进行放大，而后者将霍尔片和它的信号处理电 路集成在一起，如差分放大器，射极跟随器，其输出伏级电压，可直接使 用ADC0809t 行转换。
本设计采用了霍尔元件，所以需要加上滤波放大电 路，由于电机电枢电流有一定的脉动，添加一个采样保持环节，如图示 H 为霍尔元件。
LED 数码管的基本组成是半导体发光二极管， 管，按照一定的笔段组合起来构成的一个整体。
数字及部份英文字母。
它由8个发光二极管组成，其中7个长条形的发光二极管排列成“日” 字形，另一个发光二极管在整个数码管的右下角，用来显示小数点。
根据8 个发光二极管的不同连接形式，可以将 LED 数码管分成共阳极和共阴极两 种。
将8个发光二极管的阳极都连在一起的称之为共阳极 LED 数码管；将8 个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 LED 数码管。
本设计采用了数码管动态显示，这是单片机中应用最为广泛的一种显 示方式一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp " 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 曾加位元选通控制电 路，位元选通由各自独立的I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数 码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于 单片机对位元选通CO 朗电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管 的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
透过分时轮流控制各个LED 数码管的COMS ，就使各个数码管轮流受 控显示，这就是动态驱动。