本条件。
数字式传动装置控制器内有多种形式的存储器，能存储大量的实时数据，实现系统的保护，故障自诊断，报警显示，波形分析，故障自动复原等多种原先难以实现的功能。数字控制器具有很强的通信组网功能，不仅可以与上位机通信，在数字式直流传动装置之间，PLC之间和数字式交流传动装置之间都可以进行快速交换数据，实现生产过程的全局自动化。数字控制不仅简化了系统的硬件结构，使维修方便，故障率下降，提高系统运行的可靠性，很方便的对外部或内部信息实现数字滤波，提高系统的抗干扰能力。
本设计引入微机系统为调速系统的监控，管理和数据处理的设备，具有非常友好的人机界面，控制灵活方便，系统的硬件结构简单，计算机浮点运算性能好，响应速度快，可以实现比较复杂的控制算法，以满足不同的控制要求。
1.4 本课题的主要研究内容
本课题主要通过设计一个以单片机为主的直流调速系统，来改进现有的使用PWM的数字式双闭环直流调速系统。
本课题的设计目的是使用单片机来控制PWM的占空比来更精确的控制直流电机调速。
本文所设计的数字式直流电机调速系统主要是使用8051单片机为核心的调速系统。
设计的基本要求：本系统在调速过程中需要采集电机的转速，工作电压，工
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作电流以及电网电压四路模拟信号；每隔10ms循环采样一次，采样满5次后进行中值滤波，同时将采集的四路模拟信号经A/D转换后，显示各参数的实际值。
四个参数的测量范围、报警上下限要求如下：
（1）转速：0~2000r/min，700~1800r/min，超限1#发光二极管亮，反之，灭。
（2）工作电压：0~250V，200~240V，超限2#发光二极管亮，反之，灭。 （3）工作电流：0~200A，20~170A，超限3#发光二极管亮，反之，灭。 （4）电网电压：0~500V，330~430V，超限4#发光二极管亮，反之，灭。 （5) 通过软件设计实现不同按键下的不同显示要求以及对电机的控制。
第2章 基本原理
2.1 单片机概述 2.1.1单片机应用概念
所谓单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。因此单片机早期的含义为单片微型计算机（single chip microcomputer），直接译为单片机，并一直沿用至今。
由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上
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来说都是应控制领域应用的要求而诞生的。随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。这些对外电路及外设接口已经突破了微型计算机（microcomputer）传统的体系结构，所以更为确切反映单片机本质的名称应是微控制器。
单片机是单芯片形态作为嵌入式应用的计算机，它有惟一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点，因此单片机又称之为嵌入式微控制器（embedded micro controller）。但是，在国内单片机的叫法仍然有着普遍的意义。我们已经把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器，它是一个典型的嵌入式应用计算机系统。目前按单片机内部数据通道的宽度，把它们分为4位、8位、16位及32位单片机。
随着大规模与超大规模集成电路技术的快速发展，微计算机技术形成了两大分支：微处理器（micro processor unit，MPU）和单片机（micro controller unit，MCU）。
微处理器MPU是微型计算机的核心部件，它的性能决定了微型计算机的性能。通用型的计算机已从早期的数值计算、数据处理发展到当今的人工智能阶段。它不仅可以处理文字、字符、图形、图像等信息，而且还可以处理音频、视频等信息，并正向多媒体、人工智能、数字模拟和仿真、网络通信等方向发展。它的存储容量和运算速度正在以惊人的速度发展。高性能的32位、64位微型计算机系统正向中、大型计算机挑战。
单片机MCU主要用于控制领域。它构成的检测控制系统应该有实时的、快速的外部响应，应该能迅速采集到大量数据，能在做出正确的逻辑推理和判断后实
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现对被控制对象参数的调整与控制。单片机的发展直接利用了MPU的成果，也发展了16位、32位的机型。但它的发展方向是高性能、高可靠性、低功耗、低电压、低噪音和低成本。目前，单片机的主流仍然是以8位机为主，16位、32位机为辅。单片机的发展主要还是表现在其接口和性能不断满足多种多样检测控制对象的要求上，尤其突出表现在它的控制功能上，构成各种专用的控制器和多机控制系统。
面向检测控制对象，嵌入到应用系统中去的计算机系统称之为嵌入式系统。实时性是它的主要特征，对系统的物理尺寸、可靠性、重启动和故障恢复方面也有特殊的要求。由于被嵌入对象的体系结构、应用环境等的要求，嵌入式计算机系统比通用的计算机系统 应用设计更为复杂，涉及面也更为广泛。从形式上可将嵌入式系统分为系统级、板级和芯片级。
系统级嵌入式系统为各种类型的工控机，包括进行机械加固和电气加固的通用计算机系统，各种总线方式工作的工控机和模块组成的工控机。它们大都有丰富的通用计算机软件及周边外设的支持，有很强的数据处理能力，应用软件的开发也很方便。但由于体积庞大，适用于具有大空间的嵌入式应用环境，如大型实验装置、船舶、分布式测控系统等。
板级嵌入式系统则有各种类型的带CPU的主板及OEM产品。与系统级相比，板级嵌入式系统体积较小，可以满足较小空间的嵌入式应用环境。 芯片级嵌入式系统则以单片机最为经典。单片机嵌入到对象的环境、结构体系中去作为其中一个智能化的控制单元，是最典型的嵌入式计算机系统。它有惟一的专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统，加上它的芯片级的体积和在现场运行环境下的高可靠性，它最能满足各种中、小型对象的嵌入式应用要求。因此，单片机是
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目前发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式计算机系统。但是，一般的单片机目前还没有通用的系统管理软件或监控程序，而只是放置由用户调试好的应用程序。它本身不具备开发能力，常常需要专门的开发工具。
2.1.2单片机的特点和应用
1．单片机的基本组成 单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上，构成一台功能独特的、完整的单片微型计算机。单片机典型结构框图如图2-1所示如下:
时钟OSC 程序存储器ROM 数据存储器RAM 内部总线 中央处理器CPU …… 中断 各种I/O 定时器/计数器CTC
图2-1为单片机典型结构框图
下面简要介绍各组成部分。
（1）中央处理器 单片机中的中央处理器CPU和通用微处理器基本相同，由
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