基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计
基于MCS-51单片机直流电机调速控制器的设计
D/A转换、DAC外围放大电路
• 采用DAC0832作为D/A转换、DAC外围放大电路， DAC0832是一个八位并行的D/A转换器。其作用 是将单片机输出的数字信号转换为模拟量输出， 并将电流信号转化为电压信号输出，实现对电机 的电枢电压的控制。 • DAC0832直接与单片机相连，其内部没有运算放 大器使用时需要外接运算放大器，但这也提供了 设计的灵活性. • 此系统采用内部时钟方式，其原理图如图所示。 MCS-51单片机允许的晶振可在1.2~12MHz之间 选择，此系统选12MHz。则一个机器周期为1μs 。 C大小为30pF。
sbit S1=P2^6; sbit S2=P2^7; //按键 sbit J0=P1^0; sbit J1=P1^1; sbit J2=P1^2; sbit J3=P1^3; //74HC164与单片机的接口 sbit DA=P3^6; sbit CLK=P3^7; //共阴极数码管段码表 uchar code led_7seg[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f}; //8,9 //延时 void Delay(uchar i) { uchar j;
图3霍尔元件测速原理图一
图二
2.5 直流电动机转速控制系统硬件设 计
• 通过自制5V电源来确保工作电压正常,由霍 尔元件及外围器件组成的测速电路将电动 机转速转换成脉冲信号，送至单片机的计 数器T1，由T1测出电动机的实际转速，并 与设定值比较形成偏差。根据比较结果， 使DAC0832输出控制电压增大或减小。功 放电路将DAC0832输出的模拟电压转换成 具有一定输出功率的电动机控制电压。
· 关键词：直流电机 单片机 转速控 制 圈数控制 PWM
基于51单片机的直流电机调速的方法
基于51单片机的直流电机调速的方法田云 史洁 黑龙江农业经济职业学院机电工程系 1570410 引言许多单片机爱好者，在设计一些单片机控制系统的时候，都会采用小型直流电动机来制作各种各样的电子设备，因为直流电机调速范围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大，易于控制，可靠性较高。
对于直流电机的控制，无非是控制其转向，以及速度。
转向的控制方法比较简单，只要改变电机的通电极性就可改变其旋转方向。
在这里，我们重点讨论如何对其速度上的控制，对其调速可以采用多种办法。
对于直流电机转速的调节，最常用的办法是通过改变电枢端的电压来实现，传统的思路是通过调节电枢电路电阻R 的阻值来改变端电压，以达到调速的目的。
但由于接入的电阻消耗了部分电压，因此这种传统的调速方法效率很低。
随着电力电子技术的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(Pulse Width Modulation)控制是常用的一种调速方法。
PWM 控制是指在保持周期丁不变的情况下，通过调节开关导通的时间对脉冲宽度进行调制，从而达到调节电机转速的目的。
在脉宽调速系统中，电机电枢两端的电压是脉宽可调的脉冲电压，在输出脉冲频率足够快的情况下，由于惯性的存在，只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。
对于直流电机，采用PWM 控制技术构成的无级调速系统，启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。
本文在给出直流电机调速和PWM 实现方法的基础上，提供一种用51单片机软件实现PWM 调速的方法。
1 PWM 基本原理PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进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，如电机调速、温度控制、压力控制等。
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”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计——开题报告
西安交通大学城市学院
本科毕业设计（论文）开题报告
题目基于51单片机的PWM
直流电机调速系统设计
所在系电气与信息工程系
学生姓名 XX
专业测控技术与仪器
班级测控XXX学号 XXXXX
指导老师 XXXXXX
教学服务中心制表
2014年3月
B=KP [1+2T/TI+TD /T]
C=KP KD /T
式中 KP———比例系数；
T———采样周期；
TD———微分周期；
TI———积分周期；
KI———积分系数,KI= KP T/TI；
KD———微分系数，KD=TD /T。
（4）在Proteus环境下系统的硬件电路和仿真
利用Proteus软件对各个子电路及整体电路进行了仿真，确保设计的电路能够满足性能指标要求，并给出了仿真结果。
完成本课题所需的工作条件(如工具书、计算机、实验、调研等)及解决办法KEILC 和Proteus软件、计算机
4、系统流程图如下：。
基于51系列单片机的直流电机PWM调速系统设计
基于51系列单片机的直流电机PWM调速系统设计
随着社会的发展，直流电机作为机械设备中重要的驱动件，已经被越来越多的应用起来，而PWM（脉冲宽度调制）技术是控制直流电机转速的有效方法。
本文介绍了一种基于
51系列单片机的直流电机PWM调速系统设计，该调速系统可以实现对直流电机的转速调节。
首先，本文详细描述了该调速系统的硬件结构，包括51系列单片机控制器，PWM模块，旋转编码器，按键，LED指示灯，直流电机等构成组件。
其中，51系列单片机控制器负责
信号的采集和处理，PWM模块负责调节直流电机的转速，旋转编码器负责实时测量直流电
机的转速，按键和LED指示灯则用于进行键盘操作和系统状态指示。
接着，本文提出了该系统的主要程序流程设计。
首先，通过旋转编码器获取当前直流
电机的转速，并经过51系列单片机的实时校准，作为调节直流电机的转速的PWM信号的
参考值。
然后，通过按键输入参考值，调节PWM模块的输出比例，从而调节直流电机的转速。
最后，将调节结果通过LED指示灯反馈出来，用于系统状态的指示。
整个调速系统的设计都在51系列单片机上完成，功能完善。
基于51单片机的PWM直流电机调速报告
课程名称：微机原理课程设计题目：基于51单片机的PWM直流电机调速直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70 年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM 技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。
而51单片机却没有PWM 输出功能，采用定时器配合软件的方法可以实现51单片机PWM的输出功能。
本设计就是由单片机STC89C52RC芯片，直流电机（搭建H桥电路驱动）和四位一体LED数码管为核心，辅以必要的电路，构成了一个基于51单片机PWM可调速的直流电机。
该可调直流电机具有良好的起动、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。
该可调直流电机布置合理，全部器件分布在7*9cm洞洞板上，看起来小巧精简。
采用的是单片机内部定时器产生方波并且两个P口交换输出，可以方便灵活地调速度和方向。
该可调直流电机从0到最大速度1200转每分钟一共设置了60个档次的转速，采用红光四位数码管，可以直观地显示出来（显示的是每分钟的转速）。
有红光和绿光的两个二极管作为转速指示灯。
四个控制按键就可以控制电机的转速，方向与暂停。
每按一个键，该可调电机就会实现相对应的功能，操作非常简单。
关键词：直流电机，51单片机，C语言，数码管一、设计任务与要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)二、方案总体设计 (5)2.1 方案一 (5)2.2 方案二 (5)2.3 系统采用方案 (5)三、硬件设计 (7)3.1 单片机最小系统 (7)3.2 数码管显示模块 (7)3.3 系统电源 (8)3.4驱动电路 (8)3.5 整体电路 (9)四、软件设计 (10)4.1 keil软件介绍 (10)4.2 系统程序流程 (10)五、仿真与实现 (13)5.1 proteus软件介绍 (13)5.2 仿真过程 (13)5.3 实物制作与调试 (15)5.4 使用说明 (17)六、总结 (18)6.1 设计总结 (18)6.2 经验总结 (18)七、参考文献 (21)一、设计任务与要求1.1 设计任务1).对更多小器件的了解2).巩固51单片机和C语言的知识，熟悉单片机和C语言的实际操作运用3).掌握仿真软件的运用和原理图的绘制4).加深焊接的技巧，提高焊接的能力5).熟悉调试方法和技巧，提高解决实际问题的能力6).熟悉设计报告的编写过程1.2 设计要求1).四个按键分别实现改变转向，加速，减速与暂停的功能2).H桥电路驱动直流电机3).一个红光和一个绿光二级管指示电机转向4).四位数码管显示转速二、方案总体设计设计一个基于51单片机的可调直流电机。
基于C51单片机的直流电机PWM调速控制(包含原理图及C源代码)
基于C51单片机的直流电机PWM调速控制--SQ这是最近一阶段自己学习所获，现分享与大家。
这里采用A T89C52单片机做主控制芯片，实现两路直流电机的PWM调速控制，另外还可以实现转向、显示运行时间、显示档位等注：考虑小直流电机自身因素，调速范围仅设有四级电路原理图：C语言程序源代码：/******************** 硬件资源分配*********************/数码管：显示电机状态（启停、正反、速度）、运行时间、是否转弯按键：K4 启动/暂停K3 正反转/转弯允许K2 加速/左转/运行时间清零K1 减速/右转/停止定时器：T0 数码管动态显示，输出PWMT1 运行时间记录********************************************************//*******主程序文件PWM.c******/#include <reg52.h>#include "Afx.h"#include "Config.c"#define CIRCLE 5 //脉冲周期//按键定义uchar key,key_tmp=0, _key_tmp=0;//显示定义uchar LedState=0xF0; //LED显示标志，0xF0不显示，Ox00显示uchar code LED_code_d[4]={0xe0,0xd0,0xb0,0x70}; //分别选通1、2、3、4位uchar dispbuf[4]={0,0,0,0}; //待显示数组uchar dispbitcnt=0; //选通、显示的位uchar mstcnt=0;uchar Centi_s=0,Sec=0,Min=0; //分、秒、1%秒//程序运行状态标志bit MotState=0; //电机启停标志bit DirState=0; //方向标志0前，1后uchar State1=-1;uchar State2=-1;uchar State3=0;uchar State4=-1;uchar LSpeed=0;uchar RSpeed=0;//其他uint RunTime=0;uint RTime_cnt=0;uint LWidth;uint RWidth; //脉宽uint Widcnt=1;uint Dispcnt;//函数声明void key_scan(void);void DisBuf(void);void K4(void);void K3(void);void K2(void);void K1(void);void disp( uchar H, uchar n );void main(void){P1|=0xF0;EA=1;ET0=1;ET1=1;TMOD=0x11;TH0=0xFC;TL0=0x66; //T0,1ms定时初值TH1=0xDB;TL1=0xFF; //T1,10ms定时初值TR0=1;Widcnt=1;while(1){key_scan();switch(key){case 0x80: K1(); break;case 0x40: K2(); break;case 0x20: K3(); break;case 0x10: K4(); break;default:break;}key=0;DisBuf();LWidth=LSpeed;RWidth=RSpeed;}}//按键扫描**模拟触发器防抖void key_scan(void){key_tmp=(~P3)&0xf0;if(key_tmp&&!_key_tmp) //有键按下{key=(~P3)&0xf0;}_key_tmp=key_tmp ;}//按键功能处理/逻辑控制void K4(void){if(State4==-1){State4=1;TR1=1;dispbuf[3]=1;LedState=0x00; //打开LEDMotState=1; //打开电机LSpeed=1;RSpeed=1; //初速设为1}else if(State4==1){State4=0;TR1=0;MotState=0; //关闭电机}else if(State4==0){MotState=1;if(State3==0){State4=1;TR1=1;}else if(State3==1){LSpeed=2;RSpeed=2;}}}void K3(void){if(State4==1)DirState=!DirState;if(State4==0){if(State3==0){State3=1; //可以转向标志1可以，0不可以TR1=1;dispbuf[3]=9;MotState=1;LSpeed=2;RSpeed=2;}else if(State3==1){State3=0;TR1=0;dispbuf[3]=0;MotState=0;}}}void K2(void){if(State4==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){LSpeed++;RSpeed++;}else if(State4==0){if(State3==0){//State4=-1;//LedState=0xF0;MotState=0;Sec=0;Min=0;}else if(State3==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){//TurnState=0;LSpeed=2;RSpeed++;}}}void K1(void){if(State4==1&&LSpeed>1&&RSpeed>1){LSpeed--;RSpeed--;}else if(State4==0){if(State3==0){State4=-1;LedState=0xF0;MotState=0;}else if(State3==1&&LSpeed<4&&RSpeed<4){//TurnState=1;LSpeed++;RSpeed=2;}}}//显示预处理void DisBuf(void){if(RTime_cnt==100){Sec++;RTime_cnt=0;}if(Sec==60){Min++;Sec=0;}if(State4==1){dispbuf[0]=Sec%10;dispbuf[1]=Sec/10;dispbuf[2]=Min;if(!DirState) //正转dispbuf[3]=LSpeed;if(DirState) //反转dispbuf[3]=LSpeed+4;}if(State4==0){if(State3==0){dispbuf[0]=Sec%10;dispbuf[1]=Sec/10;dispbuf[2]=Min;dispbuf[3]=0;}if(State3==1){dispbuf[0]=RSpeed;dispbuf[1]=LSpeed;dispbuf[2]=Min;dispbuf[3]=9;}}}//LED驱动void disp( uchar H, uchar n ){P1=n;P1|=LedState ;P1|=LED_code_d[H];}//T0中断**显示/方波输出void Time_0() interrupt 1{TH0=0xFC;TL0=0x66;Widcnt++;Dispcnt++;//电机驱动/方波输出if(Widcnt>CIRCLE){Widcnt=1;}if(Widcnt<=LWidth)LMot_P=!DirState&&MotState;elseLMot_P=DirState&&MotState;LMot_M=DirState&&MotState;if(Widcnt<=RWidth)RMot_P=!DirState&&MotState;elseRMot_P=DirState&&MotState;RMot_M=DirState&&MotState;//显示if(Dispcnt==5){disp(dispbitcnt,dispbuf[dispbitcnt]);dispbitcnt++;if(dispbitcnt==4){dispbitcnt=0;}Dispcnt=0;}}//T1中断**运行时间void Time_1() interrupt 3{TH1=0xDB;TL1=0xFF;RTime_cnt++;}/******配置文件Afx.h******/#ifndef _AFX_#define _AFX_typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;typedef unsigned long ulong;#endif/******IO配置文件Config.c******/#ifndef _Config_#define _Config_#include "Afx.h"#include <reg52.h>//显示定义sbit led=P3^2;//电机引脚定义sbit LMot_P=P2^2; sbit LMot_M=P2^3; sbit RMot_P=P2^0; sbit RMot_M=P2^1;#endif。
51单片机控制直流电机PWM调速
51单片机控制直流电机PWM调速
实验目的
1．掌握脉宽调制(PWM) 的方法。
2．用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制。
实验设备
PC 机一台，单片机最小系统，驱动板、直流电机，连接导线等
实验原理
1．PWM (Pulse Width Modulation) 简称脉宽调制。
即，通过改变输出脉冲
的占空比，实现对直流电机进行调压调速控制。
2．实验线路图：
实验内容：
1. 利用实验室提供的单片机应用系统及直流电机驱动电路板，编制控制程序，实现直流电机PWM调速控制。
实验思考题
本实验中是通过改变脉冲的占空比，周期T 不变的方法来改变电机转速的，还有什么办法能改变电机的转速，应该怎么实现？
附件：
L298简介：
L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。
基于51单片机的PWM直流电机调速
基于51单片机的PWM直流电机调速在现代社会，PWM直流电机已经成为各类机械设备不可或缺的动力源。
为了更好地控制电机的转速和输出功率，我们需要进行PWM调速操作。
本文将简要介绍如何基于51单片机实现PWM直流电机的调速。
一、PWM调速原理PWM调速是一种通过改变电机供电电压的占空比来调整电机转速和功率的方法。
当一个周期内高电平所占的时间比较短时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应减小，电机的速度和功率也随之降低。
反之，当高电平所占的时间比较长时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应增大，电机的速度和功率也随之提高。
因此，通过改变PWM信号的高电平占空比，可以实现直流电机的调速、调功等功能，极大地提高了电机的效率和可控性。
二、硬件电路搭建根据上述PWM调速原理，我们需要搭建一个控制板，将51单片机的PWM输出与直流电机相连。
具体电路如下：1、选择合适的电源供电，一般为12V/24V直流电源。
2、使用L298N模块作为直流电机驱动模块，将模块的电源接到电源供电上，将模块的IN1和IN2引脚分别接到51单片机的P1^0和P1^1引脚上，将直流电机的正负极分别接到模块的OUT1和OUT2引脚上。
3、将51单片机的P1^2引脚连接到一个脉冲宽度计波形滤波器（LCF）的输入端，并将输出端接到L298N模块的ENA引脚上。
4、调整脉冲宽度计波形滤波器的参数，以达到合理的PWM输出波形。
5、建立一个按键，将按键的一端接到51单片机的P3^2引脚上，将另一端接到单片机的地端。
6、根据需要进行其他接线。
三、软件程序设计根据上述硬件电路，我们需要进行相应的软件程序设计，以实现基于51单片机的PWM 直流电机调速。
以下是程序设计的主要步骤：1、在程序中定义需要使用的IO口。
2、调用定时器初始化程序，设置定时器的时钟频率、计数器值和工作方式等参数。
3、编写一个PWM输出函数，实现对PWM信号的输出。
4、编写一个ADC采样函数，读取ADC转换器的值，并根据采样值输出一定的PWM信号。
基于51单片机的PWM直流电机调速系统设计PPT课件
ADC0808
调速端
2021
10
总体设计
❖ 电路仿真图如下：
2021
11
系统仿真
由图可以看出滑动变阻器的值为66%即6600欧，占空比为63.6%，此时电 动机的转速为243r/min，电压值为2.92V。
2021
12
系统仿真
❖ 当滑动变阻器的值为80%即8000欧，占空比为81.8%，此时电动机的转 速为304r/min，电压值为3.65V。
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直流电机的介绍
❖ 直流电机总体结构可以 分成两大部分：静止部 分（称为定子）和旋转 部分（称为转子）。定 子和转子之间存在间隙 （称为空气隙）。定子 由定子铁心、励磁绕组、 机壳、端盖和电刷装置 等组成。
2021
6
51单片机及PWM的简介
❖ 一个完整的计算机包括运算器、控制器、数 据（程序）存储器和输入/输出接口四大部分。 在一个晶体芯片上集成了计算机的四大基本 单位使之变成为一个完整的计算机，称之为 单片机。
2021
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单片机的主要特性
❖ AT89C51单片机有128*8位内部RAM、32可 编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中 断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉 电模式、片内振荡器和时钟电路
2021
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51单片机及PWM的简介
❖ 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”
基于51单片机的PWM直流调速系统
基于51单片机的PWM直流调速系统摘要：在当今社会，自动控制系统遍及我们生活的各个领域，在工业自动化中的应用也及其普遍，如：数控设备，工业机器人，电动机农业等。
而驱动这些设备的动力系统大多为直流电机，直流电机也因其有良好的启动性能，调速性能被广泛应用。
单片机简单来说就是集CPU（运算、控制）、RAM（数据存储-内存）、ROM（程序存储）、输入输出设备（串口、并口等）和中断系统处于同一芯片的器件，是一种功能强，体积小，可靠性高的大规模集成电路器件，乘法和除法指令，也给编程也带来了便利。
PWM（脉冲宽度调制）调速技术是直流电机中最常见的一种调速技术。
该调速技术有需要的元器件少，电路构造简单，精度高，范围广和无极调速等优点，成为直流电机的主流调速技术之一，同时也促进了工业化的发展。
本文主要介绍直流电机的调速系统，该系统为用51单片机发出PWM信号，通过改变PWM信号占空比来实现直流电机的调速。
并通过L298驱动模块来驱动电机。
在直流电机调速过程中，需要采用一些按键对系统调速进行控制。
在本系统中主要采用的是按键的方式进行控制，将四个按键分别连接到单片机的四个引脚上。
同时通过转速和电流双闭环直流调速系统，采用模糊控制的PID控制器对该系统进行控制，到达一个理想的速度。
关键词：直流电机；单片机；PWM调速；L2981研究背景及意义1.1国内外研究现状电机的历史非常悠久，自从第二次工业革命-电气化时代以来，电机就开始广泛参与人类生活的各个方面。
按工作电源种类来进行划分，电机可以分为交流电机与直流电机两大种类。
电机的转速控制是电机控制的最终目标，对应于电机的控制，交流调速系统与直流调速系统是电机自动控制系统中的两个重要组成部分。
直流调速系统与交流调速系统相比，具有调速精度高、调速范围广的特点，并且其变流装置控制简单，并具有更好的启动与制动性能。
在调速性能要求比较高、大功率、大扭矩的场合，如轧钢厂，海上钻井平台，直流调速系统仍占据主导地位。
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计
基于51单片机的直流电机PWM调速控制系统设计I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。
本文中采用了三极管组成了PWM信号的驱动系统，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波形等均作了详细的阐述。
另外，本系统中使用了霍尔元件对直流电机的转速进行测量，经过处理后，将测量值送到液晶显示出来。
关键词：PWM信号，霍尔元件，液晶显示，直流电动机II目录目录 (III)1 引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.1.2 开发背景 (1)1.1.3 选题意义 (2)1.2 研究方法及调速原理 (2)1.2.1 直流调速系统实现方式 (4)1.2.2 控制程序的设计 (5)2 系统硬件电路的设计 (6)2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (6)2.2 STC89C51单片机简介 (6)2.2.1 STC89C51单片机的组成 (6)2.2.2 CPU及部分部件的作用和功能 (6)2.2.3 STC89C51单片机引脚图 (7)2.2.4 STC89C51引脚功能 (7)3 PWM信号发生电路设计 (10)3.1 PWM的基本原理 (10)3.2 系统的硬件电路设计与分析 (10)3.3 H桥的驱动电路设计方案 (11)5 主电路设计 (13)5.1 单片机最小系统 (13)5.2 液晶电路 (13)5.2.1 LCD 1602功能介绍 (14)5.2.2 LCD 1602性能参数 (15)5.2.3 LCD 1602与单片机连接 (17)5.2.4 LCD 1602的显示与控制命令 (18)5.3 按键电路 (19)5.4 霍尔元件电路 (20)III5.4.1 A3144霍尔开关的工作原理及应用说明 (21)5.4.2 霍尔传感器测量原理 (22)6 系统功能调试 (23)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)IV1 引言1.1 课题背景1.1.2 开发背景在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面，直流电机都得到了广泛的应用。
基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统
基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统一、本文概述随着现代电子技术的快速发展，直流电机调速系统在各种工业控制、自动化设备及智能家居等领域中得到了广泛应用。
MC51单片机作为一种功能强大、性价比高的微控制器，具有集成度高、稳定性好、控制灵活等优点，在电机控制领域具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨基于MC51单片机的直流电机PWM（脉冲宽度调制）调速系统的设计与实现。
本文将首先介绍直流电机PWM调速的基本原理，包括PWM技术的特点及其在电机调速中的应用。
随后，将详细阐述基于MC51单片机的PWM调速系统的硬件设计，包括单片机选型、功率驱动电路、电机接口电路等关键部分的设计与搭建。
在软件设计方面，本文将介绍如何利用MC51单片机的定时器、I/O端口等资源，实现PWM信号的生成与控制，以及如何通过编程实现电机的精确调速。
本文还将对系统的调试与优化进行阐述，包括电路调试、软件调试、性能优化等方面的内容，以确保系统的稳定性和可靠性。
本文将总结基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统的优点与应用前景，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
通过本文的研究与探讨，读者可以深入了解基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统的设计与实现过程，掌握相关硬件与软件设计技术，为实际应用中的电机调速控制提供有效的解决方案。
二、系统总体设计在本设计中，我们将基于MC51单片机构建一个直流电机PWM（脉冲宽度调制）调速系统。
该系统的设计目标是实现直流电机的精确速度控制，以满足不同应用场景的需求。
总体设计包括硬件设计和软件设计两个部分。
硬件设计主要包括MC51单片机、直流电机、电机驱动电路、PWM 信号生成电路、电源电路以及必要的接口电路。
MC51单片机作为系统的核心控制器，负责生成PWM信号、接收用户输入以及处理相关控制逻辑。
直流电机是执行机构，通过电机驱动电路与MC51单片机相连，接收PWM信号以驱动电机转动。
PWM信号生成电路用于将MC51单片机输出的数字信号转换为模拟的PWM信号，以控制电机的转速。
基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统
基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统一、概述随着现代工业技术的不断发展，直流电机因其良好的调速性能和控制精度，在工业自动化、机器人、航空航天等领域得到了广泛的应用。
PWM（脉宽调制）技术作为一种高效的电机调速方法，能够有效地控制直流电机的速度和方向。
本文旨在介绍一种基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统，通过单片机实现对直流电机的精确控制。
该系统以MC51单片机为核心控制器，利用其强大的运算能力和丰富的外设接口，实现对直流电机的PWM调速控制。
系统通过采集电机的实时转速信息，结合用户设定的目标转速，利用PWM信号调整电机的输入电压，从而实现对电机转速的精确控制。
系统还具备过流、过压等保护功能，确保电机在安全可靠的环境下运行。
基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统具有结构简单、控制精度高、响应速度快等优点，适用于各种需要精确控制直流电机转速的场合。
通过本系统的研究与应用，可以进一步提高工业自动化水平，推动相关产业的发展。
1. 直流电机PWM调速系统的研究背景与意义直流电动机作为最早出现的电动机类型，长期以来在调速控制领域占据着统治地位。
其良好的线性调速特性、简单的控制性能、高效的能量转换效率以及优异的动态特性，使得直流电动机在各种应用场景中得到了广泛的应用。
特别是在对调速性能要求较高的场合，如电力牵引、轧钢机、起重设备等，直流电动机更是发挥了不可替代的作用。
随着科学技术的不断进步和工业应用需求的日益复杂，传统的直流电机调速方式已经难以满足现代工业生产的需求。
传统的调速方法往往存在调速精度不高、调速范围有限、能耗较大等问题，严重制约了直流电动机在更多领域的应用。
为了解决这些问题，PWM（脉冲宽度调制）调速技术应运而生。
PWM技术利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，具有控制简单、灵活和动态响应好的优点。
通过将PWM技术应用于直流电机调速系统，可以实现对电机转速的精确控制，提高调速精度和调速范围，同时降低能耗，提高系统的稳定性和可靠性。
基于51单片机的直流电机PWM调速系统
２ 软件 设计
２ ． １ 主 程 序 部 分
本 序 的 功 能 是 通 过 埘 测 量 的 转 速 ，并 用 １ ， ２ ９ ３ Ｄ 器 件 求控 制 电机 的转速 ，与电机 转动 的方 向。 然后 用 ４
电压 。用 软件 模 拟 Ｐ 州 可 以何 延时 和 定时 两 种方 法 ， 延 时 方法 ＾用大 量 的 Ｃ Ｐ Ｕ ， 所 以这 里采 月 ｊ 定 时方 法 。 个 典型 的 直流 电机 控 制 电路 ，电路得 名 于 “ Ｉ １ 桥 驱 动 电路 ” 。４个 ｊ极 管 组 成 Ｉ ｛ 的 ４条 垂 直 Ｊ 腿 ，而 电机 就 是 Ｈ中 的横 杠 。Ｈ桥 式 电机 驱动 电路 包括 ４个 三极 管 和 一个 电机 ，要使 电机 运 转 ，必须 导 通对 角 线 卜的 …对 三 极 管 。根据 不 同 ｊ极 管 对的 导通 情 ， 电流 可 能 会从 左 至 右或 从 右至 左 流过 电机 ，从而 控 制 电机 的转 向 。本 系统 直接 用 Ｌ ２ ９ ３ Ｄ芯 片来 实现 。
一
位 数码 管显 乐 出来 当前 的转速 与转 动方 向 。 ２ ． ２ 数 码 管 显 示 设 计
数 码 管 要 显 示 当 前各 种 状 态 ， 前转 速 当 前转 动 方 向 。当 电机转 速 发生 改变 的时 候 ，数码 管 显示 内容
示 前转速 。 程序 设 计注 意 事项 ： １ ） 消 除 各个 数 码 管 之 间 的显 示 阴影 部 分 ； ２ ） 由
』 硬件 没 有锁 存器 ，需要 延 长数码 管 的点亮 时 间 ， 从 而
使 数 码 管 显示 的更 加 清 晰 ；３ ）合 理 运用 程 序 空 间 ，避 免 数 码 管显 示 清 晰 ；４ ）动 态 扫 描可 以实 现 各 个数 码
基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计
基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计
张家定，林幅严，崔宏月
（中国矿业大学（北京）100083）
摘要：本文首先简要介绍了直流小电机的脉宽调速方式，然后详细设计了基于MCS-51单片机的直流小电机脉宽调速的实现方法，此方法可实现直流小电机的7个速度级的调速功能，最后给出了调速程序框图。
关键词：PWM 单片机直流电机
1．引言
直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM)调速产生于20世纪70年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等的驱动，后来由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展, PWM技术得到了高速发展,各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。
而MCS-51系列单片机作为应用最广泛的单片机之一，却没有PWM输出功能，本文采用定时器配合软件的方法实现了MCS-51单片机的PWM输出调速功能,这对精度要求不高的场合是非常实用的。
2．直流电机调速方式
由于电枢两端电压的变化可影响直流电机的转速，所以直流电机的调速控制比较容易实现。
对于小型直流电机的调速控制方法是：先将电机启动一段时间，然后切断电源，由于电机转子具有惯性，所以将继续转动一段时间。
在电机尚未停止转动之前，再次接通电源，于是电机再次加速。
改变电机通断时间的比例，即可达到调速的目的。
这种调速方法称为脉冲宽度调制调速，简称“脉宽调速”。
如图1[1]：
图1 调速方波与平均电压关系图
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基于51单片机的PWM直流电机调速系统
基于51单片机的PWM直流电机调速系统一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，直流电机调速系统在众多领域如工业自动化、智能家居、航空航天等得到了广泛应用。
在众多调速方案中，基于脉冲宽度调制（PWM）的调速方式以其高效、稳定、易于实现等优点脱颖而出。
本文旨在探讨基于51单片机的PWM直流电机调速系统的设计与实现，以期为相关领域的技术人员提供一种可靠且实用的电机调速方案。
本文将简要介绍PWM调速的基本原理及其在直流电机控制中的应用。
随后，将详细介绍基于51单片机的PWM直流电机调速系统的硬件设计，包括电机选型、驱动电路设计、单片机选型及外围电路设计等。
在软件设计部分，本文将阐述PWM信号的生成方法、电机转速的检测与控制算法的实现。
还将对系统的性能进行测试与分析，以验证其调速效果及稳定性。
本文将总结基于51单片机的PWM直流电机调速系统的优点与不足，并提出改进建议。
希望通过本文的阐述，能为相关领域的研究与应用提供有益参考。
二、51单片机基础知识51单片机，也被称为8051微控制器，是Intel公司在1980年代初推出的一种8位CISC（复杂指令集计算机）单片机。
尽管Intel公司已经停止生产这种芯片，但由于其架构的通用性和广泛的应用，许多其他公司如Atmel、STC等仍然在生产与8051兼容的单片机。
51单片机的核心部分包括一个8位的CPU，以及4KB的ROM、低128B 的RAM和高位的SFR（特殊功能寄存器）等。
它还包括两个16位的定时/计数器，四个8位的I/O端口，一个全双工的串行通信口，以及一个中断系统。
这些功能使得51单片机在多种嵌入式系统中得到了广泛的应用。
在PWM（脉冲宽度调制）直流电机调速系统中，51单片机的主要作用是生成PWM信号以控制电机的速度。
这通常是通过定时/计数器来实现的。
定时/计数器可以设置一定的时间间隔，然后在这个时间间隔内，CPU可以控制I/O端口产生高电平或低电平，从而形成PWM信号。
基于51单片机的直流无刷电机调速控制设计
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课程论文题目：基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计姓名：***学号：****院系：电子与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导老师：****老师设计时间：2013年 4 月基于MCS-51单片机的直流小电机PWM调速设计摘要：本文首先简要介绍了直流小电机的脉宽调速方式，然后详细设计了基于MCS-51单片机的直流小电机脉宽调速的实现方法，此方法可实现直流小电机的7个速度级的调速功能，最后给出了调速程序框图。
关键词：PWM，单片机，直流电机。
Abstract:The mode of DC-motor PWM speed regulation is introduced briefly, a kind of PWM speed regulation of DC-motor using the MCS-51 Microcontroller is designed detailedly, and this method can implement seven-level speed control of the motor, the diagram of PWM speed regulation was given in the end.Keywords: PWM Single Chip Microcontroller DC-motor.目录1. 引言 (3)2. 总体设计概述 (3)2.1 总体硬件电路设计 (4)2.1.1系统总体设计框图 (4)2.1.2 8051单片机简介 (4)2.2 PWM信号发生电路设计 (6)2.2.1 PWM的基本原理 (6)2.3 直流电机调速的实现 (7)3.系统中程序设计 (10)4. 直流电机调速框图 (11)结论 (12)致谢 (12)参考文献 (12)1.引言：直流电机的定义：将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。
而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。
并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
2. 总体设计概述单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。
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”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
本系统以89C51单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。
系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM 调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。
本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。
硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。
而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。
2.1总体硬件电路设计2.1.1系统总体设计框图本系统采用89C51控制输出数据，由PWM信号发生电路产生PWM信号，送到直流电机，直流电机通过测速电路，滤波电路，和A/D转换电路交数据重新送回单片机，进行PI运算，从而实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。
图2-1系统总体设计图2.1.2 8051单片机简介1．8051单片机的基本组成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2-2 8051基本结构图2．CPU及部分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00H—7FH。
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。
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。
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。
3．8051单片机引脚图图2-3 8051单片机引脚图2.2PWM信号发生电路设计2.2.1.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”。
如图2-8所示：图2-8 PWM方波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。
2.3直流电机调速的实现(1) 调速设计思想图：直流电机控制示意图这里利用定时计数器让单片机P1口的P1.0，P1.1脚输出方波，然后经驱动芯片放大后来控制直流小电机（图2），让P1口输出占空比不同的方波即可达到调速的目的。
一个电机由P1口的两根位线来控制。
驱动芯片的输入电压实际上是两根位线的电压差，在调速时如果两根位线同时输出方波，它们之间的电压差控制起来就比较复杂。
实际中是让其中一根位线长期为低电平，而另一根位线产生调速方波，这样两根位线的电压差就可通过控制其中一根位线来控制。
当需要改变电机转动方向时，可以让输出低电平的位线输出方波，而让输出方波的位线一直输出底电平即可达到目的。
定时计数器每中断一次，就使P1口控制位线（P1.0或P1.1）产生一个高电平或低电平。
这里把直流小电机的速度级设为7个等级，由等级数来决定一个周期的高电平的总个数。
按一个脉冲（包括高电平和低电平）为30ms来计算，一个方波周期7个脉冲（图3），周期即为210ms。
占空比为高电平脉冲个数比上一个周期总的脉冲个数7。
当高电平脉冲个数为1时，占空比为1/7，速度最低；当高电平脉冲个数为7时，占空比为1，相当于电机全速运行，速度最高。
在定时器中断服务程序中，先判断一个方波周期到否,如果到了就将P1口控置位线恢复为高电平；如果一个方波周期还没到，就判断高电平脉冲个数到否，到了就应该将输出电平置低，否则继续保持P1口控制位线为高，中断返回，等待下一次定时中断。
这样P1口控制位线就输出了所需占空比的调速方波。
（2）定时/计数器工作方式及控制寄存器的设置a. 选用T0作为产生脉冲用的定时器并且使它工作在模式1下。
在模式1中，寄存器TH0和TL0以全8位参与操作，构成一个16位定时/计数器，当TH0溢出时向中断标志位TF0进位，并申请中断。
在这种模式下T0定时时间最长，有利于在更大的范围内对电机进行调速。
b. 工作模式寄存器TMOD。
格式如表1所示：TMOD的高4位用于T1，低4位用于T0，4种符号含义如下：GATE：门控位。
C/T ：定时/计数器方式选择位。
C/T =0为定时器方式，C/T =1时为计数器方式。
M1M0：工作模式选择位,具体如下：M1M0=00：模式0（13位定时/计数器）M1M0=01：模式1（16位定时/计数器）M1M0=10：模式2（8位自动重装常数的定时/计数器）M1M0=11：模式3（2个8位定时/计数器，仅对T0）因在程序中T0是作为定时器，T0的C/T控制位就应设置为0；T0工作在模式1，TMOD中控制T0的M1M0应设置为01，其它位全部设置为0，即应给工作模式寄存器TMOD赋值01H。
(3) 定时/计数器常数的计算定时/计数器中的计数器是在计数初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生溢出中断请求。
因此，可以把计数器计数初值设定为TC，定时器定时时间T的计算公式为：T=（M-TC）T计数式中M为计数器模值，该值和计数器工作模式有关。
在模式1时M 为。
在定时器模式下，T计数是单片机振荡周期的12倍。
上式也可写成：TC=M-T/T计数在程序设计中工作模式为模式1，则计数器模值M==65536；假设单片机仿真器的晶振频率为22.1184MHz，则：若定时时间长度为30ms,则：(4)中断控制除特殊功能寄存器TCON和SCON中的某些位与中断有关以外，还有一个特殊功能寄存器即中断允许寄存器IE用来设定各个中断源的打开和关闭。
其形式如表2所示：EA：CPU中断允许位。