基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统
基于单片机的直流电机控制
基于单片机的直流电机控制单片机是一种集成电路，具有微处理器核心、内存、输入输出端口和外围设备接口等功能，可以用于控制各种电子设备。
直流电机是一种常见的电机类型，适用于各种工业和家用设备中的运动控制。
本文将介绍基于单片机的直流电机控制原理和实现方法。
直流电机通常由电枢和永磁体组成，在正常运行时，直流电机的电枢绕组通电产生磁场，与永磁体的磁场相互作用，产生力矩从而使电机旋转。
控制直流电机的关键是控制电枢电流的方向和大小，从而控制电机的运转方向和速度。
基于单片机的直流电机控制一般采用PWM（脉宽调制）技术来控制电机的电流。
PWM技术是通过不断改变脉冲的高电平时间比例来改变平均电流值的方法，从而控制电机的转速。
单片机通常通过IO口输出PWM信号，连接到电机驱动电路，驱动电路根据PWM信号来控制电机。
1. 设定控制参数：根据实际需求，设置转速、运行方向和其他控制参数。
2. 初始化单片机：设定IO口连接电机驱动电路，设定PWM输出端口。
3. 编写控制程序：编写控制程序，实现设定的转速和运行方向。
控制程序一般采用循环控制结构，周期性地输出PWM信号。
4. 输出PWM信号：根据设定的转速和运行方向，在每个控制周期内，计算出PWM的占空比（高电平时间比例），然后通过IO口输出PWM信号。
5. 驱动电机：将输出的PWM信号连接到电机驱动电路，电机驱动利用PWM信号控制电机的电流，从而控制电机的转速和运行方向。
基于单片机的直流电机控制可以实现多种功能，如电机加速、减速、正反转等。
通过控制电机的转速和方向，可以实现不同的运动控制需求，广泛应用于机械、自动化、机器人等领域。
基于单片机的直流电机控制是一种灵活、可靠的控制方法，可以实现各种电机运动控制需求。
掌握相关技术，可以在实际应用中灵活运用，提高系统的性能和可靠性。
基于单片机控制的直流电机PWM调速系统设计
图 ４ ｝１桥 驱 动 模 块
三 、系统 软 件 设 计 （一 ）程 序 设 计 方 案 本 系 统 采 用 Ａｔ８９Ｃ５２作 为 核 心 控 制 芯 片 ，ｍ ＰＷＭ 倩 号发 ，ｔ三电 路 产 生 ＰＷＭ 信 号 ，驱 动 直 流 电 ｆＪ【， 流 电 机 驱 动 装 ｒ电 机 轴 上 的 霍 尔 传 感 器 来 埘 电 机 转 动 的 转 数 通 过 算 法 测 戢转 速 通 过 按 键 电路 ，信 输 入 进 单 片 机 ，然 从 单 片 机 通 过 驱 动 电 路 使 电 机 转 动 ，电 机 有 磁 铁 一 段 转 刮 霍 尔 传 感 器 时 ， 电 改 变 而 产 生 信 ＿口 送 人 片 机 ， 电 机冉 把 信 通 过 数
２０１ ８ 年 第 １ ７ 卷 第 ４ 期
基 于单 片机 控制 的直流 电机 ＰＷＭ调速 系统设计
口 李 玮
【内容摘 要】直流 电机在机 器人控 制 、无人机设计等项 目开发 中应 用广泛 ．对于直流 电动 机的控制 方法有很 多种 ．．本文主要 针 对 直流 电动 机 的 脉 宽 调 制 （ＰＷＭ）调 速 方 式进 行 探 讨 研 究 及 设 计 ，从 而 对 电 动 机 的 转 速 快 慢 等 方 面 进 行 精 确 的 控 制 。 采 用 ＰＷＭ 方 式控 制 电 机 时 ，其 特 点是 间 断性 地 向 ｔ乜机供 电 ，以 不 同 的 频 率 形 成 方 波 脉 冲 对 电 动 机 供 电 ，不 同
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图 １ 系 统 组 成
二 、硬 件 结构 组成 水 系统 的 硬 件 组 成 部 分 １三嘤 柯 单 片机 、 求 模 块 、Ｈ 侨 驱 动 电 路 、诬 尔 传 感 器 、按 键 卡Ｉ！块 等 硬 件 结 构 组 成 恢 ６史件 系 统 可以 通 过 片 机 控 制 ，Ｈ桥 驱 动 电 路 对 电 机 进 行 厅 向 和 速 度 的 控 制 ，通 过 霍 尔 传 感 计 ｌ、Ｊ，前 的 电 机 转 速 ，通 过 撼 ，Ｊ＝：模块 ，Ｊ … 、【， 的 电 机 状 态 ，迎 过 按 键 模 块 对 ，』的 电 ｆ』【 状 态 进 行 捌 （一 ）单 片机 核 心 控 制 板 主 控 板 巾 ＡＴ８９Ｃ５２ 片 机 、 时 钟 和复 化 电路 以 硬 外 围 接 【ｌｌ１电 路 组 成 ，其 ＩＩ１ 片 机 的 Ｐ０ ¨川 来 控 制 数 码 管 的段 选 ，Ｉ）２ ｆ＝＿１的 低 四 位 州 来 控 制 数 码 管 的 化 选 ，ｌ １【Ｉ外 接 按 键 ，Ｐ３ ¨ 的 ．５引 脚 用 来 进 行 ｊ霍 尔 传 感 器 十１Ｉ连 电 路 如 ２所 ，Ｊｊ （二 ）显 示 模 块 、显爪 ｆ５ｌ块 曼 Ｊｌ｝ｊ于 示 前 的 流 电
基于单片机的直流电机PWM调速系统
基于单片机的直流电机PWM调速系统①陈炜炜1，2詹跃东1（1．昆明理工大学信息工程与自动化学院；2．云南电网有限责任公司电力科学研究院研究生工作站）摘要以AT89C52单片机为核心，采用集成芯片L298N及其外部辅助电路构成驱动电路。
通过单片机接口，以PWM控制电机的转速，构建了一个直流电机控制系统。
采用Keil4和Proteus8作为工具软件，对电路系统进行编程、设计和仿真。
由单片机发出PWM调速信号，经L298N驱动模块驱动直流电机，通过改变占空比来实现直流电机的调速控制。
关键词直流电机控制系统PWM单片机中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000-3932(2019)03-0218-05电动机可将机械能转换为电能，应用十分广泛。
在工业生产领域，控制电动机速度的方法有多种，其中模拟法应用最广。
模拟法是通过继电器等电气元件，实现电动机的启动、正反转等控制，对电动机的转速等物理量的控制，在工业调速方面还有待更进一步的研究分析［1］。
调节电动机的转速一直都是工业生产部门和电力系统关注的重点之一，一般采用固定调速或设计控制系统实现电动机调速。
目前，调速系统分为两大类：一是直流电机的控制调速，因其优良的平滑特性、良好的运作和控制，是调速系统的主要形式［2，3］；另一类是交流调速系统，但是在理论和实践方面还处于研究分析的起步阶段。
近年来，随着自动控制技术、微电子技术及现代控制理论等的发展，PWM控制技术随之快速发展，其技术研究一直稳步前进。
笔者基于AT89C52单片机，以PWM控制电机转速，构建直流电机控制系统。
1系统组成原理与电路模块设计1．1系统结构与工作原理如图1所示，笔者设计的直流电机调速系统的主体结构主要包括单片机AT89C52、直流电机驱动模块、按键调速模块和LCD显示模块。
单片机发出PWM控制信号，PWM通过集成芯片L298N完成对直流电机速度的控制，通过单片机的计数功能对电机的速度进行采集，之后在LCD 显示［4 6］。
基于单片机的直流伺服电机脉冲宽度调制控制系统的设计
基于单片机的直流伺服电机脉冲宽度调制控制系统的设计直流伺服电机脉冲宽度调制（PWM）控制系统是一种常见的控制电机速度和位置的方法。
在这篇文章中，我们将详细介绍基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统的设计。
1.引言：直流伺服电机是一种常见的用于机器人、工业自动化和航空航天等领域的电机，它具有速度和位置控制的能力。
脉冲宽度调制技术是一种常用的控制直流电机速度和位置的方法，通过在一定周期内改变PWM信号的脉冲宽度，可以控制电机的转速和转向。
2.系统结构：（1）电源模块：用于提供电机驱动需要的直流电源。
（2）运动控制模块：用于控制电机的转速和转向，并生成PWM信号。
（3）PWM发生器：用于生成PWM信号的方波信号。
（4）驱动器：用于将PWM信号转换成电机驱动信号。
（5）电机：用于产生机械运动。
3.PWM信号生成：PWM信号的生成是整个系统的关键步骤，它决定了电机的转速和转向。
（1）选择合适的单片机：选择具有PWM输出功能的单片机作为控制芯片，常用的有AVR、PIC等系列。
（2）设定PWM周期：根据电机的需求，设定合适的PWM周期，通常周期在几十毫秒到几百毫秒之间。
（3）设定PWM占空比：根据转速和转向的需求，设定合适的PWM占空比，通常占空比在0%到100%之间。
（4）编程生成PWM信号：利用单片机的PWM输出功能，编程生成设定好的PWM信号。
4.电机驱动：电机驱动模块负责将PWM信号转换成电机驱动信号。
通常采用H桥驱动器来实现，H桥驱动器可以控制电机的正转和反转。
（1）选择合适的H桥驱动器：根据电机的电流和电压需求，选择合适的H桥驱动器。
（2）连接H桥驱动器：将控制信号连接到H桥驱动器的控制端口，将电机的电源和地线连接到驱动器的电源和地线端口。
（3）编程控制H桥驱动器：利用单片机的IO口，编程产生控制信号，控制H桥驱动器的输出。
5.运动控制：运动控制模块负责接收用户输入的速度和位置指令，并将其转换成合适的PWM信号。
基于单片机的直流电机调速系统的课程设计
一、总体设计概述本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。
二、直流电机调速原理根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速，总满足下式：式中U——电压；Ra——励磁绕组本身的内阻；——每极磁通（wb ）;Ce——电势常数；Ct——转矩常数。
由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。
调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“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”。
如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。
平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。
基于单片机软件实现直流电机PWM以及电机测速
一、摘要利用AT89C51设计一个直流电机的软件模拟PWM驱动及测速系统。
单片机读取键盘值来设定转速和正反转，并且通过红外对管来测量转速。
本系统具有精度高，成本低，使用方便等优点。
关键词：AT89C51；PWM；测速。
引言随着社会的发展，各种智能化的产品日益走入寻常百姓家。
为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。
对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文给出一种用单片机软件实现PWM调速的方法及红外对管测转速。
二、直流电机调速知道通过调节直流电机的电压可以改变电机的转速，但是一般我们设计的电源大都是固定的电压，而且模拟可调电源不易于单片机控制，数字可调电源设计麻烦。
所以这里用脉宽调制（PWM）来实现调速。
方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以通过站空比实现改变有效电压。
一般用软件模拟PWM可以有延时和定时两种方法，延时方法占用大量的CPU，所以这里采用定时方法。
三、直流电机旋转方向一般利用H桥电路来实现调速。
H桥驱动电路：图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。
如图所示，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，必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况，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。
图4.12 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。
例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。
按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计
基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计第一章:前言1.1前言：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。
1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
示数码管显PWM单片机按键控制电机驱动基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
基于单片机的PWM直流电机控制系统设计
二极管 Ｄ １ ２ 、 Ｄ １ ３ 、 Ｄ １ ４ ，电阻 Ｒ ２ ０ 和常开 的限位开关 ３ ． ２ 软 件程 序 设计 ｓ １ 组成 了上 限位控制 电路 ， 常闭的继 电器 Ｋ ２ ， 二极 根据前面的分析 ， 设计 的软件主程序流程如图 ４ 管Ｄ １ ５ 、 Ｄ １ ６ 、 Ｄ １ ７ ， 电阻 Ｒ ２ １ 和常开的限位开关 ｓ ２ 组 所示 。 成下 限位控制 电路。 其工作原理如下 ： 正常情况下 ， Ｋ １ 和Ｋ ２的开关 均关 闭， 电机可以 自由的正反转 ， 电流的方 向为 Ｄ １ ５
４ Ｈ 一 ２ ６ Ｈ ＜一 ￣ １ ０ ，则电机以 Ｐ Ｓ Ｗ５ 在使某一个开关管在“ 开” 之前 ， 保证另一个开关管 动感应环上升 ；若 ２ 设定的速度正转带动感应环上升 ； 若 ２ ４ Ｈ 一 ２ ６ Ｈ￣ ＜ 一 １ ， 处于“ 关” 的状态。这个电平延时称为“ 死区” ， 死区的 Ｓ Ｗ６ 设定 的速度正转带动感应环上升。 然 长短可根据开关管 的种类 以及使 用要求确定 ，一般 则电机 以 Ｐ
若２ ４ Ｈ 一 ２ ６ Ｈ≥１ ， 则 电机 这个问题可以从软件上解决 ， 具体思路如下 ： 为 速度正转带动感应环 下降 ； 以 Ｐ Ｓ Ｗ３设 定 的 速 度 正 转 带 动 感 应 环 下 降； 若 了防止直通 ，同一桥臂上 的 ２ 个开关管在 “ 开” 和 ４ Ｈ 一 ２ ６ Ｈ￣ ＜一 ２ ０ ，则 电机以 Ｐ Ｓ Ｗ４ 设定 的速度正转带 “ 关” 的交替时 ， 增加一个低电平延 时 ， 如图 ３ 所示 。 ２
在５ ２ ０Ｕ Ｓ 之间。
基于单片机的直流伺服电机转速控制课程设计
近年来,随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入。
在仪器仪表、家用电器和专用装备的智能化以及过程控制等方面,单片机都扮演着越来越重要的角色。
作为高等工科院校,将单片机的应用引入实验教学必将对微电子控制技术的研究与实践注入强大活力。
我们研制的直流伺服电机控制实验装置即以单片机作为核心部件,它可完成对直流伺服电机转速、方向、行程的闭环控制。
本文重点论述该实验装置的硬件组成,软件设计以及控制方案的实施。
1 系统硬件组成本系统由IBM-PC机、MCS-51单片机开发系统、模拟控制板、PWM脉宽调制控制板以及带齿片和光电传感器的直流伺服电动机等组成。
1.1 以IBM-PC机作为本系统的辅助机为了便于对单片机进行有效的开发,通过RS-232串行接口直接与IBM-PC机相连,使单片开发机能充分利用IBM-PC的CRT、磁盘、打印机和各种软硬件资源。
可同时在IBM-PC机上进行编辑程序—交叉汇编—屏幕模拟调试,最后通过串行通讯软件将目标程序传输到单片开发机上,从而极大地方便了程序的调试。
1.2 MCS-51单片开发机通过一条40芯仿真插头使该单片开发机与直流伺服电机控制板相连,系统在总线控制器的作用下,使8031在监控状态和用户状态之间切换。
实验程序有单步断点、连续运行方式,包括INT0，INT1，T0，T1和串行口的中断服务程序。
1.3 模拟控制板该板由DAC0832数模转换器、译码电路、T1中断信号整形电路、运算放大器电路及三极管驱动电路组成。
译码电路完成对DAC0832的片选,0832芯片完成数字量到模拟量的转换。
四运放芯片F324,前两级运放构成双极性输出,其输出正、负由单片机输出的代码决定,即D7=0输出为正,D7=1输出为负,由此驱动电机正、反转。
第三级运放为电压放大,将±5V放大到±12V,运放后面跟着两级功放,为射级跟随器输出形式。
1.4 PWM脉宽调制控制板该板由T9224光电隔离、T1中断信号整形、电机转向控制以及功放驱动电路组成。
基于单片机的直流伺服电机脉冲宽度调制控制系统的设计.
单片机课程设计1引 言直流电机脉冲宽度调制（直流电机脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation Pulse Width Modulation —简称PWM PWM）调速产生于）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，后来用于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展，后来用于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展，PWM 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 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，本课设采用配合软件的方法实现了MCS MCS——51单片机的PWM 输出调速功能，这对精度要求不高的场合时非常实用的。
能，这对精度要求不高的场合时非常实用的。
1 系统设计介绍1.1系统简介该课设是基于单片机利用脉冲宽度调制来控制伺服直流电动机的转速以及转向，是一个典型的控制系统。
转向，是一个典型的控制系统。
脉冲宽度调制主要是改变脉冲信号的占空比来实现控制的。
脉冲宽度调制主要是改变脉冲信号的占空比来实现控制的。
当增加脉冲的占当增加脉冲的占空比，伺服直流电动机转速增加；反之，其速度降低。
所以通过控制脉冲的占空比可以控制伺服直流电动机的转速。
比可以控制伺服直流电动机的转速。
1.2系统设计原理1.2.1正反转控制原理该系统中利用开关K3控制伺服直流电动机的正反转。
当开关闭合时既输入信号为1，通过单片机编程处理后，控制电动机的正转；反之，控制电动机的反转。
转。
实现该功能的子程序为：实现该功能的子程序为：LOOP: JB K3,LOOPZF ；高电平逆时针转，低电平顺时针转；高电平逆时针转，低电平顺时针转 CLR ZF ；针转；针转 LJMP LOOPK1 LOOPZF: SETB ZF1.2.2加速控制原理该系统中利用开关K1控制伺服直流电动机的加速。
基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统
基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统一、背景介绍在工业自动化控制中，直流电机的使用非常广泛。
为了满足生产需要，直流电机往往需要精确的调速控制。
而基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统，能够进行精确的调速控制，能够满足不同领域生产的需求。
二、系统的工作原理基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统，是通过单片机的输出比较器和计数器，生成PWM信号，对直流电机进行调速控制。
系统的工作流程如下： 1. 将单片机的一个IO口设置为输出端口，将PWM信号输出至直流电机控制器。
2. 单片机通过PWM的工作状态，实现对直流电机的调速控制。
3. 接收外部信号，如光电传感器等外部元件信号，与单片机实现互动控制。
三、系统的硬件结构基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统，主要由以下硬件构成：1. 单片机：AT89S52单片机。
2. 驱动芯片：L293D电机驱动芯片，能够带动2个直流或步进电机。
3. 直流电机：具有恒定转速输出的直流电机。
4. 供电模块：通过电源模块将工作电压稳定输出，以保证整个系统的稳定性。
四、系统的软件设计在基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统中，需要进行相应的软件设计，以实现对硬件的完备控制。
### 1. 硬件方面的编写初始化单片机及端口、占用模式、管脚监听、中断响应等基本操作。
2. 软件方面的实现1.通过控制器计数器以及方波控制直流电机的执行速度。
2.利用定时器产生PWM波控制直流电机的状态。
3.通过IO控制输出、接收外部信号。
3. 控制程序的实现检测输出端口，通过输入数据产生PWM波，通过PWM波控制电离子的转速。
五、系统的应用场景基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统，可广泛应用于以下场景： 1. 机床设备制造领域，能够对机床电机的转速进行精确控制。
2. 汽车制造领域，能够对汽车电动马达的转速进行精确控制，从而提升汽车驾驶体验。
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。
基于单片机的伺服电机控制系统设计
基于单片机的伺服电机控制系统设计近年来，随着科技的进步和工业自动化的发展，伺服电机在工业控制系统中的应用越来越广泛。
伺服电机具有精准的位置控制、快速的响应速度和高功率输出等特点，被广泛应用于机器人、数控机床、自动化生产线等领域。
伺服电机控制系统一般由意图生成、控制器和执行器三个部分组成。
其中，意图生成部分主要负责根据控制要求生成输出信号；控制器负责接收输入信号并处理，然后输出控制信号；执行器负责接收控制信号并执行动作。
首先，确定伺服电机的控制要求，包括位置精度、响应速度等。
然后根据要求设计控制器。
控制器可以采用PID控制算法，结合反馈信号进行控制。
在STM32控制器中，可以使用定时器模块的PWM输出来控制电机的转速和方向。
在意图生成部分，可以通过外部设备、按键或编码器等和STM32进行通信，将期望的位置或角度输入到STM32、STM32接收到输入信号后，经过处理后输出控制信号。
在执行器部分，可以选择合适的伺服电机，根据控制信号驱动电机执行动作。
执行器部分可以使用相应的驱动电路来完成。
在整个系统设计过程中，需要注意以下几个方面：
1.系统的稳定性：选择合适的控制算法，在系统中加入合适的反馈信号，使系统具有较好的稳定性和鲁棒性。
2.控制精度：通过合适的传感器和控制算法，保证伺服电机的位置控
制精度和响应速度。
3.电路的设计：合理设计电路，保证信号的稳定性，避免干扰和噪声。
4.保护措施：考虑到伺服电机使用中可能出现的故障，可以加入相应
的保护措施，如过流、过热等保护。
基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统（★）
基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统（★）第一篇：基于单片机的数字PID控制直流电机PWM调压调速器系统题目: 基于单片机的数字PID控制直流电机PWM 调压调速器系统目录一、PID简介 (6)二、设计原理 (7)三、设计方案 (8)四、心得体会 (16)五、参考文献 (16)二、设计原理基本的设计核心是运用PID调节器，从而实现直流电机的在带动负载的情况下也能稳定的运行。
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；用压控振荡器模拟直流电机的运行（电压高-转速高-脉冲多），单片机在单位时间内对脉冲计数作为电机速度的检测值；应用数字PID模型作单片机控制编程，其中P、I、D参数可按键输入并用LED数码显示；单片机PWM调宽输出作为输出值，开关驱动、电子滤波控制模拟电机（压控振荡器）实现对直流电机的PID调压调速功能。
基于以上的核心思想，我们把这次设计看成五个环节组成，其具体的原理如下见原理图2.0图2.0 PID调速设计原理图如图可以知道，这是一个闭环系统，我们借助单片机来控制，我们现运用AD芯片，运用单片机来控制AD芯片来转换模拟电压到数字电压，AD给定的电压越大，则产生的数字量越大，单片机再控制这个数字量来产生一个PWM，PWM占空比越大，就驱动晶体管导通的时间越长，这样加到压频转换器的电压也就越大，电压越大，则压频转换器输出的计数脉冲再单位时间也就越多，这样就相当于电机的电压越大，其转速也就会越快，我们再用单片机对压频转换器的输出脉冲计数，PID调节器就把这个计数脉冲和预先设定的值进行比较，比设定值小，这样就会得到一个偏差，再把这个偏差加到AD的给定电压，这样就相当于加大了PWM的占空比，要是比设定值大，这样也会得到一个偏差，就把这个变差与给定的电压向减，这样就可以减少PWM 的占空比，通过改变占空比来改变晶体管的导通时间，就可以改变压频转换器的输入电压，也就改变压频转换器的单位计数脉冲，达到调电动机速度的目的。
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。
基于单片机的直流电机PWM调速系统设计
技术与应用APPLICATION编辑 陈姝宇3.满足磨工教学对于实践的要求磨工教学强调了对理论的概念形象化认知和逻辑能力的培养。
学生必须对机床、零件、刀具、砂轮有具体的认识，才能构建出清晰的学习思维，使学习对象更加模型化。
若进行实践的培训，概念性的认知无法转化成实际能力，无法建立操作思维。
四、实操在磨工教学中的应用1.实操在磨工教学中的应用方法实际操作在磨工教学中要以理论为基础，实际操作为重点，理论与实际操作并重设计教学，实现工学结合，实现学生综合素质的提升。
理论知识是学习的基础。
在磨工教学课程开始之初，注重理论的教学。
根据技术要求，从概念、公式和计算等理论着手，帮助学生掌握理论原理和方法，了解学习的核心，夯实学习的基础。
首先应将实际操作作为提升。
在进行了初步的理论教学之后，学生对理论并未形成形象化、具体化的概念，因此在初级理论学习之后要进行一定程度的实际操作训练。
这一阶段的训练是将书本的理论知识、陌生的零件、机械转为鲜活的实物，让学生形成具体的概念。
这一阶段从职业素质、工作任务完成、生产岗位实训等方面开展。
安排学生贴近岗位实际要求，完成一定技术程度的岗位任务，进而有针对性地开展下一部分的学习。
同时要对理论进行再学习。
这一阶段中，学生通过对岗位的初步了解和理论的初步学习，已经产生了初步的技术认知。
让学生带着问题去学习，了解到自己的不足，由于直流调速系统带载启动性能好，转矩大，调速范围广，静差率小，稳定性强以及具有良好的动态性能，在相当长的时期内，国内高性能的调速系统大多采用了直流调速系统。
早期直流调速系统由许多模拟分立元件组成，因元件的不稳定性，噪声的干扰等因素，使得系统的精度和稳定性较差。
但随着计算机控制技术的发展，直流调速系统进入一个数字化的新时代。
一、PWM 调速原理如图1a 所示，在电路中，按照一定频率接通、关断半导体器件VT，电动机电枢得到斩波电压，如图1b 所示。
通过调整电压的“占空比”来调整平均输出电压Ud，从而有针对性的证实自己的理论，从基础方面加强学习。
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。
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成绩运动控制系统课程设计题目: 基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统院系名称: 电气工程学院专业班级: xxx 学生姓名: xxx 学号: xxxx ****: ***评语：摘要单片机是应控制领域应用的要求而出现的，随着单片机的迅速发展，起应用领域越来越广。
尽管目前已经发展众多种类的单片机，但是应用较广、也是最成熟的还是最早有Intel开发的MCS-51系列单片机（51系列单片机）。
51系列单片机应用系统已经成为目前主流的单片机应用系统。
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，后来用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，本课设采用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时非常实用的。
目录1、前言 (1)1.1单片机的发展史 (1)1.2本设计任务 (1)2、总体设计方案 (2)3、硬件电路设计 (2)3.1硬件组成 (2)3.2主要器件功能介绍 (3)3.2.1直流伺服电机简介 (3)3.2.2 PWM简介及调速原理 (4)3.2.3 传感器选择 (5)3.3电路组成 (6)3.3.1 晶振电路 (6)3.3.2 复位电路 (6)3.3.3 单相桥式整流电路 (7)3.3.4 调制电路 (7)4、系统软件设计 (8)4.1系统简介及原理 (8)4.2系统设计原理 (8)4.3程序流程图 (10)5、建模 (11)5.1控制框图 (11)5.2参数计算 (12)5.3PWM变换器环节的数学模型 (14)5.4仿真结果图 (14)总结 (16)参考文献 (17)附件1：汇编设计 (18)附件2： (20)1、前言1.1 单片机的发展史单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。
自单片机诞生至今以发展为上百种系列的近千个分支。
如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：（1）第一阶段（1976—1978）：单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS—48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词由此而来。
（2）第二阶段（1978—1982）：单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS—48的基础上推出了完善的，典型的单片机系列MCS－51.它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS－51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线16位地址总线控制总线及具有很多通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
（3）第三阶段（1982－1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
Intel公司推出的MCS－96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器的特征。
随着MCS－51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路的功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990－）：微控制器的全面发展阶段。
随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
1.2 本设计任务任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统。
功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；2、总体设计方案总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
图1键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。
电动机的运转状态通过数码管显示出来。
电动机所处速度级以速度档级数显示。
正转时最高位显示“三”，其它三位为电机转速；反转时最高位显示“F”，其它三位为电机转速。
每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“0000”。
3、硬件电路设计3.1硬件组成本系统由PC机、MCS-51单片机开发系统、、PWM脉宽调制控制板以及直流伺服电动机等组成。
具体相关硬件如下所示：二极管（1N4077）4个，场效应管（2SJ50）4个，非门74LS04 1个，与门74LS08 2个，电容（CAPACITOR） 2个，芯片（AT89C51） 1个，开关（BUTTON）3个，直流伺服电动机（MOTOR）1个，电阻（RES）4个，电源3个，地（GROUND）4个。
如表3.1所示：3.2主要器件功能介绍3.2.1直流伺服电机简介伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的电机，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号小时，转子能即使自行停转，由于这种“伺服”性能，因此而得名。
按照在自动控制系统中的功用所要求，伺服电机具备可控性好、稳定性高和速应性强等基本性能。
可控制性好是指寻好消失以后，能立即自行停转；稳定性高是指转速随转矩的增加而均匀下降，速应性强是指反应快，灵敏。
直流伺服电动机在自动控制系统中常用作执行元件,对它的要求是要有下垂的机械特性、线性的调节特性和对控制信号能作出快速反应。
该系统采用的是电磁式直流伺服电动机,其型号为45SY01型,其转速n的计算公式如下:n=E/KΦ=(Ua-IaRa)/KΦ式中n为转速;Φ为磁通;E为电枢反电势;Ua为外加电压;IaRa为电枢电流和电阻。
直流伺服电机与普通直流电机以及交流伺服电机的比较：直流伺服电机的工作原理和普通直流电机相同。
只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通互相作用而产生转矩使伺服电机投入工作。
这两个绕组其中的一个断电时，电动机立即停转，它不象交流伺服电动机那样有“自转”现象。
所以我们选择直流伺服电动机来进行自动门的拖动。
3.2.2 PWM简介及调速原理（1）简介：PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等待地获得所需要波形。
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。
让信号保持在数字形式可将噪声影响降到最小。
PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式。
（2）调速原理：占空比表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值。
其变化范围为0—1。
如图2.1，在电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值U取决于占空比的大小。
改变其值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的。
在PWM调速时，占空比是一个重要的参数。
以下是3种方式都可以改变占空比的值：图2.1 占空比示意图计算公式：占空比=ton/Ta)定宽调频法b)调宽调频法c)定频调宽法目前，在直流伺服电机的控制中，主要使用定频调宽法。
（3）与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点：由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用可能就足以获得脉冲动很小的直流电流，电枢容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。
又由于电流波形比V-M系统好，在相同的平均电流即相同的输出转矩下，电动机的损耗和发热都较小。
同样由于开关频率高，若与快速响应的电机配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗干扰能力强。
由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率比较高。
3.2.3 传感器选择霍尔器件是一种磁传感器。
按照霍尔器件的功能可将它们分为:霍尔线性器件和霍尔开关器件。
前者输出模拟量，后者输出数字量，可用于磁场的测量和控制。
霍尔器件具有许多优点，它们的体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz) ,耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。
此外，其工作温度范围宽。
其中最常用的有以下几种：（1）霍尔元件式位置传感器霍尔元件式位置传感器是磁敏式位置传感器的一种。
它是一种半导体器件，是利用霍尔效应制成的。
当霍尔元件按要求通以电流并置于外磁场中，即输出霍尔电势信号，当其不受外磁场作用时，其输出端无信号。
用霍尔元件作转子位置传感器通常有两种方式。
第一种方式是将霍尔元件粘贴于电机端盖内表面，靠近霍尔元件并与之有一小间隙处，安装在与电机轴同轴的永磁体。
对于两相导通星形三相六状态无刷直流电机，三个霍尔元件在空间彼此相隔120°电角度，永磁体的极弧宽度为180°电角度。
这样，当电机转子旋转时，三个霍尔元件便交替输出三个宽度为180°电角、相位互差120°电角的矩形波信号。
第二种方式是直接将霍尔元件敷贴在定子电枢铁心气隙表面或绕组端部紧靠铁心处，利用电机转子上的永磁体主极作为传感器的永磁体，根据霍尔元件的输出信号即可判断转子磁极位置，将信号放大处理后便可驱动逆变器工作。
（2）电磁式位置传感器电磁式位置传感器的定子由磁芯、高频激磁绕组和输出绕组组成。
转子由扇形磁芯和非导磁衬套组成。
电机运行时，输入绕组中通以高频激磁电流，当转子扇形磁芯处在输出绕组下面时，输入和输出绕组通过定、转子磁芯耦合，输出绕组中则感应出高频信号，经滤波整形和逻辑处理后，即可控制逆变器工作。
这种传感器具有较高的强度，可经受较大的振动冲击，故多用于航空航天领域。
电磁式位置传感器输出信号较大，一般不需要经过放大便可直接驱动开关管，但此输出电压是交流，必须先整流。
由于这种传感器过于笨重复杂，因而大大限制了其在普通条件下的应用。
3.3 电路组成3.3.1 晶振电路图2.3.1晶振电路图，由两个电容和一个晶振组成，晶振频率为12MHZ。
R410kC330uVCCVCC图2.3.2复位电路图3.3.3 单相桥式整流电路图2.3.3是单相桥式整流电路图，由4个场效应管IGBT 和四个二极管组成，其功能是将交流电转化成直流电。