单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计
单片机实现直流电机PWM调速系统毕业设计毕业设计（论文）题目：利用单片机控制的直流电机转速系统的设计班级：XX姓名：XZ指导教师：XX说明：8051毕业设计任务书7 (3)一、设计题目 (3)第1章绪论 (5)1.1利用单片机控制的直流电机转速系统设计目的和意义 (5) 1.1.1选题的目的和意义 (5)1.1.2国内外研究现状简述： (5)1.1.3毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段： (5)1.2利用单片机控制的直流电机转速系统的设计设计项目发展 (6) 1.3利用单片机控制的直流电机转速系统的设计原理 (6)第2章系统硬件电路的设计 (8)2.1 系统总体设计框图及单片机系统的设计 (9)2.1．1 系统总体设计框图 (9)2.1.2 8051单片机简介 (9)2.1.3 单片机系统中所用其它芯片简介 (11)2.1.4 8051单片机扩展电路及分析 (15)2.2 PWM信号发生电路设计 (17)2.2.1 PWM的基本原理 (17)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (18)2.2.3 PWM发生电路主要芯片的工作原理 (19)2.3 功率放大驱动电路设计 (22)2.3.1 芯片IR2110性能及特点 (22)2.3.2 IR2110的引脚图以及功能 (23)2.4 主电路设计 (25)2.4.1 延时保护电路 (25)2.4.2 主电路 (25)2.4.3 输出电压波形 (28)2.5 测速发电机 (28)2.6 滤波电路 (29)2.7 A/D转换 (29)1.7.1 芯片ADC0809介绍 (29)2.7.2 ADC0809的引脚及其功能 (29)第3章.直流调速系统 (30)3.1 直流调速系统概述 (31)3.2单闭环直流调速系统 (31)3.3开环系统机械特性和闭环系统静特性的比较 (33) 第4章利用单片机控制的直流电机转速系统的设计 (35)4.1系统软件部分的设计 (35)4.1.1 PI 转速调节器原理图及参数计算 (35)4.2 控制电路设计 (36)4.2.1 单片机资源分配 (36)4.2.2 程序流程图 (40)第5章结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)毕业设计任务书7一、设计题目利用单片机控制的直流电机转速系统的设计二、设计要求设计一个用单片机实现对直流电机转速控制系统。
基于单片机的PWM直流调速系统毕业设计
基于单片机的PWM直流调速系统毕业设计目录基于单片机的PWM直流调速系统设计 (I)摘要 (I)Abstract........................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.1课题背景 (1)1.2课题功能 (1)第二章系统硬件电路的设计 (2)2.1 系统总体设计 (2)2.1.1 系统总体设计框图 (2)2.1.2单片机的选择及其简介 (2)2.1.3 其他芯片简介 (6)2.2 PWM信号发生电路设计 (18)2.2.1 PWM的基本原理 (18)2.2.2 PWM信号发生电路设计 (19)2.2.3 H桥芯片的工作原理 (20)2.3 主电路设计 (23)2.4 转速和电流的测量 (23)2.5 AD转换 (25)2.6显示与键盘电路 (25)第三章系统软件程序的设计 (27)3.1 PID控制算法原理及流程图 (27)3.2 系统部分程序的设计 (29)3.2.1 单片机资源分配 (29)3.2.2 程序流程图 (29)结论 (32)参考文献 (33)附录 (34)致谢 (47)第一章绪论1.1课题背景随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义.长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占居主导地位，这主要是因为直流电机不仅调速方便，而且在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制；同时具有良好的起动性能，能较平滑和经济地调节速度。
因此采用直流电机调速可以得到良好的动态特性。
由于直流电动机具有优良的起、制动性能，宜于在广泛围平滑调速。
在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等领域中得到广泛应用。
近年来交流调速系统发展很快，然而直流控制系统毕竟在理论上和在时间上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流系统的基础，长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。
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。
pwm的直流电机调速课程设计
一、课程设计的主要目标任务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。
早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。
随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能[2]。
采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。
目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，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又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。
二、课程设计系统方案选取1. 直流电动机运行原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM 控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需 3 要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
直流电动机的转速n 和其他参量的关系可表示为图1：直流电机原理图式中 Ua ——电枢供电电压（V ）； Ia ——电枢电流（A ）； Ф——励磁磁通（Wb ）； Ra ——电枢回路总电阻（Ω）； CE ——电势系数， ，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路数，N 为导体数。
单片机直流电机PWM调速器设计
课程设计(论文)题目名称直流电机PWM调速器设计课程名称单片机原理及应用学生姓名学号03系、专业信息工程系、信息类指导教师2020年4 月30 日目录摘要 (Ⅰ)1任务及要求 (1)设计任务 (1)设计要求 (1)2设计思想 (6)硬件设计思想 (6)软件设计思想 (6)3电路原理与电路图 (12)4流程图与算法描述 (26)流程图 (27)算法描述 (29)5部份模块电路设计 (30)部份模块电路仿真 (30)6测试分析 (30)7课程设计总结 (33)参考文献 (38)附录（源程序清单） (33)摘要本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，要紧实现对电动机的操纵。
因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速操纵方式及调速特性，PWM大体原理及实现方式进行了全面论述。
为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个操纵系统的操纵电路的核心部份，配以各类显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。
采纳带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序操纵下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转操纵.在设计中，采纳PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。
设计的整个操纵系统，在硬件结构上采纳了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳固性和靠得住性，使整个系统的性能取得提高。
关键词：AT89C51单片机； PWM调速；正反转操纵1任务及要求设计任务采纳AT89C51单片机，LED数码管显示部件，人机交互接口采纳独立式键盘，L298电机驱动电路。
该直流电机PWM调速器能实现电机正转，反转，停止，并能实时显示转动的圈数。
设计要求1.设计出硬件电路；2.设计出软件编程方式，并写出源代码；3.用PROTEUS进行仿真；4.论文格式要符合学院的统一规定，结构要合符逻辑，表达要得体。
用单片机控制的PWM直流调速系统
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
2 方案比较及选择
本章将在前一章对基本理论进行介绍的基础上，对控制方案和器件选择进行进一步的 选择与比较，在实现设计所要求功能的基础上对电路中应用的器件进行全方位的比较，从 而选择更为合理的器件进行设计。其中包括对可以产生 PWM 方波的单片机进行选择、对 外围的输入和显示电路进行设计，以及驱动电路器件的选择。在满足要求的基础上最大限 度的节省材料，降低成本。
这种调速方法，由于调节在小电流的励磁回路进行，所以损耗比较小，并且平滑性好
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
能实现无级调速。但是，因为在一般的电机的磁路在 Φ = ΦN 时已经工作在饱和作态，所以 这方法只适用于基频以上调速。
1.2 直流电机 PWM 控制原理
PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列， 控制电压脉冲的宽度或周期以达到变压目的，或控制电压脉冲的宽度和周期以达到变压变 频目的的一种控制技术。下面简述一下 PWM 调速系统的工作原理。图 1-5 给出 PWM 调 速系统的工作原理电路及其输出波形。
图。可以得到电机电枢端的平均电压Ua 如公式 1-3。
Ua
=
T1 T
U
d
(1-3)
设α
=
T1 T
，α
可定义为占空比。设定输入电压 U d
不变，α
越大，电机电枢端的平均电压 U a
越大，反之也成立。固改变α 值就可以达到调压的目的。
改变α 有三种方法：第一种就是 T1 保持不变，使 T2 在 0 到 ∞ 之间变化，这叫定宽调 频法；第二种就是 T2 不变，使 T1 在 0 到 ∞ 之间变化，这叫调宽调频法；第三种就是 T 保
课程设计基于单片机的直流电机pwm调速
目录1系统的方案设计 (1)1.1方案的分析 (1)1.2方案的制定 (2)2硬件的设计 (3)2.1单片机主电路的设计 (3)2.2数码管显示部分 (3)2.3L298N调制电动机电路 (5)2.4单片机驱动L298N模块 (6)3 软件设计 (7)3.1操作键盘设计 (7)3.2转速显示设计 (8)3.3PMW调制 (9)4 仿真截图 (10)4.1电机的正转工作状态 (10)4.2电机的反转工作状态 (11)5设计的体会 (12)参考文献资料 (13)附录 (14)仿真图 (14)原程序代码 (15)1系统的方案设计1.1方案的分析本课题以单片机为控制核心，用PMW控制技术实现对直流电机的速度及转向进行控制。
从而实现在数码管上显示当前转速，分别用按键进行加、减速及正反转控制。
单片机的选取：按单片机机器字长可分为：4位（很少用），8位，16位，32位。
按单片机内核可分为：MCS51、A VR、PIC、MSP、HT、ARM等等。
按单片机厂家分就更多了，MCS51内核的厂家就有多种：如SST、Atmel、STC、winbond等。
由于8位单片机的广泛应用场合及其不错的性性，一直受到小型电路解决方案的首选芯片，本方案采用ATMEL公司的AT89C51芯片做为驱动电机的核心电路模块，其性能足以扩展控制一个电机，而且该单片机支持在线编程并提供上千次的擦写功能。
并以低廉的价格普及于当今市场中。
数码管的选取，数码管分为单个数码管和多个数码管集成在一起。
由于考虑到电机转速能够达到很高，采用多个数码管集成在一起的比较省线，通过扫描动态显示数码管能够节省I./O接口，采用这种方式比较适合。
关于PMW波，PWM（Pulse Width Modulation）——脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是一种最初用语无线电通信的信号调制技术，后来在控制领域中（比如电机调速）也得到了很好的应用，于是形成了独特的PWM控制技术。
PWM控制是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在功率控制与变换的许多领域中。
PWM直流调速系统设计 控制系统分析课程设计
控制系统分析课程设计课题：PWM直流调速系统设计系别：电气与电子工程系专业：自动化姓名：学号：指导教师：河南城建学院成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
二、评分（按下表要求评定）课程设计成绩评定目录一、设计目的 (1)二、设计要求 (1)三、PWM变换器的工作状态和电压、电流波形 (1)四、总体设计方案 (4)4.1电路总体结构框图 (4)4.2给定电压电源电路设计 (4)4.3电流调节器设计 (5)4.4 转速调节器设计 (10)五、设计总结 (16)一、 设计目的通过对一个实用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。
通过课程设计： 1. 学会应用所学课程的理论知识独立完成一个课程设计。
2. 能够通过设计掌握独立分析和解决实际问题的能力。
3. 通过设计了解和掌握PWM 技术。
4. 学会使用和查找设计有关的书籍和资料。
5. 学会撰写课程设计总结报告，培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
二、 设计要求1．采用PWM 控制和变换器实现电机调速的功能。
2．使用可逆电路，最常用的可逆电路就是桥式可逆PWM 变换器。
3．学习PWM 技术在实际中的应用。
三、 PWM 变换器的工作状态和电压、电流波形脉宽调制变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可以改变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。
PWM 变换器电路有多种形式，可以分为不可逆和可逆两大类，本次设计中要求使用可逆电路，最常用的可逆电路就是桥式可逆PWM 变换器桥式（亦称H 形）电路，如图3-1所示。
这是，电动机M 两端电压AB U 的极性随开关器件驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单级式、受限单级式等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆PWM 变换器。
(完整版)基于单片机的直流电机PWM调速控制系统的设计(DOC)
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。
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。
单片机综合实验-PWM直流电机调速
武汉工程大学实验报告实验课程 单片机综合实验实验项目 单片机控制电机转速实验（PWM）专业名称 07级通信工程实验日期 2009年11月27日 班级 02班 指导教师 苏文静实验地点 机电楼408实验目的1.了解直流电机PWM的工作原理2.基础要求：编程并实现直流电机的调速，LED显示电机的转速，即电位器输出（开环）3.扩展要求：编程并实现直流电机的调速，以SPEED口输出的信号为反馈显示电机的实际转速（闭环）实验原理1.PWM的调速原理PWM调速是通过改变输出脉冲的占空比，从而改变电机转速的一种调速方法。
PWM调速分为单极性和双极性两种。
在单极性方式下，电机的转动方向不变，改变的只是转速；而在双极性方式下，电机的转动方向和转速都是可变的。
以下以单极性为 例说明PWM调速的基本原理。
假设一个脉冲周期内，高电平电压为Us，持续时间为t1；低电平为0V，持续时间为t2。
则脉冲周期T=t1+t2，该周期内平均电压U0=t1*Us/T。
令α=t1/T，则U0=α*Us，α表示占空比。
当高电平电压不变的情况下，电机两端电压的平均值U0取决于占空比α的大小。
改变α值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。
在双极性方式下，如果U0为负，意味着电机将反转，转速由U0的绝对值控制。
2.对象模块（PWM电机调速模块）工作原理直流电机PWM调速模块由测速电路和PWM调速电路两部分组成。
模块的电源由接口总线引入。
本模块中使用的电机为5V的直流电机。
电机测速部分（1）直流电机测速原理介绍电机测速部分由一个霍尔开关和信号放大电路组成。
与电机同轴的转盘上装有两块的强力磁钢，它们的磁极性相反，以保持转盘的平衡并保证转盘每转一周霍尔开关只导通一次。
霍尔开关平时输出为正电压，当转盘上的磁钢与霍尔开关正对时，霍尔开关输出负电压，经整形、放大输出。
单片机通过对负脉冲计数，可计算出电机的转速。
（2）电机测速部分电路原理及说明3144为霍尔开关，整形、放大由LM358完成。
毕业设计(论文)-单片机控制的PWM直流电机调速系统设计
毕业设计（论文）-单片机控制的PWM直流电机调速系统设计毕业设计(论文)单片机控制的PWM直流电机调速系统设计摘要直流电机是人类最早发明和应用的一种电机。
随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研各个领域。
并且在各类机电系统中，由于直流电机具有良好的启动、制动和调速性能，直流电机调速系统已广泛应用于工业、航天领域的各个方面，最常用的直流技术是脉宽调制(PWM)直流调速技术，具有调速精度高，响应速度快，调速范围宽和损耗低的特点。
而利用计算机数字控制也成了直流调速的一种手段，数字控制系统硬件电路的标准化程度高，控制软件能够进行复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。
本设计主要介绍了使用微控制器AT89S51的直流电机调速系统。
论文主要介绍了直流电机调速系统的意义、基于单片机控制的PWM直流电机调速方法和PWM基本工作原理以及实现方法，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
主电路主要采用四个小键盘控制AT89S51单片机，将数据传输给单片机并产生脉宽调制信号，然后通过电机驱动芯片L298对小型直流电机进行控制。
本设计还附加了由霍尔开关CS3020、AT89S51单片机、74LS47七段数码管译码芯片和四位LED构成转速检测显示电路。
通过按键的调试可以实现控制直流电机启动、停止、方向和速度。
设计的整个系统，采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的可靠性和稳定性。
最后在软件方面，介绍了主程序、键盘扫描子程序、PWM信号发生程序、测速子程序和显示子程序的编写思路以及具体的程序实现。
关键词单片机AT89S51;直流电机;脉宽调制;转速检测I毕业设计(论文)The Design of PWM Controlled DC Motor SpeedControl System Based On Single ChipAbstractThe DC motor is a kind of motors which was the first invented and applied by human. Along with the development of the ages, the numerical electronics technique has been already made widely available to our life, work, research, each realm. In all kinds of mechanical of speed, due to the DC motor has a good start, brake and the performance of speed, DC motor control system has been widely used in industry, space flight, most commonly used DC speed control technology is a pulse width modulation (PWM) DC speed control technology, which has a high precision, fast response time, high speed range and width of the low loss. The use of computer digital control has become a kind of method of DC speed control system, the hardware circuit of a high degree of standardization, control software to carry out complex operation can be realized,different from the general linear optimization and adjustment of the adaptive, nonlinear, intelligent control low.A speed governing system of DC motor by using AT89S51microcontroller is mainly introduced in my design. This paper introducesthe significance of a speed governing system of DC motor, a kind of method of DC motor speed modification, based on PWM theory by the SCM, the basic theory and the way to implement. Through the computation achieves the precise velocity modulation again to the duty factor the goal. The main circuit is adopted four keypads to control AT89S51 mainly, convey data to AT89S51 produce the signal of Pulse Width Modulation and then, control the DC motor through the electrical machinery L298. This design still is added the circuit of rotational speed measuring and showing formed by CS3020 Hall’sswitch, AT89S51, 74LS47, and four LED. Through the adjustment of the button can control effectively the DC motor of the start and stop, direction and speed. The designII毕业设计(论文)of the whole system has been used the massive integrated circuit module, which can be used to simplify the hardware electric circuit greatly, improve the system reliability, stability.Finally in the software, the main routine, keyboard scan subroutine, PWM signal producing subroutine, velocity measurement subroutine and the demonstration subroutine compilation as well as the specific program are introduced.Keywords SCM AT89S51; DC motor; PWM; Measurement of rotating speed III毕业设计(论文)目录第1章绪论 ..................................................................... .........................................................................11.1 课题研究的背景 ..................................................................... ................................................... 1 1.2 课题研究的目的及意义 ..................................................................... ....................................... 1 1.3 国内外电机控制的研究现状及发展 ..................................................................... ................... 2 1.4 PWM变频调速发展前景 ..................................................................... . (4)1.4.1 异步电动机的调速方法 ..................................................................... . (4)1.4.2 同步电动机的调速方法 ..................................................................... . (5)1.4.3 PWM变频调速 ............................................................................................................... 51.5 课题研究内容及目标 ..................................................................... ........................................... 6 1.6 本章小结...................................................................... .. (7)第2章直流电机调速系统设计 ..................................................................... ......................................... 8 2.1 系统总体方案设计 ..................................................................... .. (8)2.1.1 设计思路 ..................................................................... . (8)2.1.2 总体方案比较与选择 ..................................................................... .. (8)2.1.3 电机调速控制模块方案比较与选择 ..................................................................... .. (9)2.2 基本原理分析 ..................................................................... .. (10)2.2.1 直流电机的调速原理 ..................................................................... (10)2.2.2 直流电机PWM调速原理 ..................................................................... . (11)2.2.3 霍尔效应和原理简介 ..................................................................... .............................. 12 2.3 系统各模块方案的比较与选择 ..................................................................... . (13)2.3.1 键盘的选择 ..................................................................... . (13)2.3.2 显示方式的选择 ..................................................................... .. (14)2.3.3 电机驱动芯片的选择 ..................................................................... (15)2.3.4 测速传感器的选择 ..................................................................... .................................. 16 2.4 系统硬件组成 .......................................................................................................................... 17 2.5 本章小结...................................................................... (17)第3章硬件系统设计 ..................................................................... . (18)3.1 AT89S51单片机特性及管脚说明 ..................................................................... ...................... 183.2 直流电源部分 ..................................................................... ..................................................... 20 3.3 PWM波形发生原理 ..................................................................... ........................................... 21 3.4 电机驱动电路 ..................................................................... ..................................................... 21 3.5 键盘部分...................................................................... (24)3.6 LED显示部分 ..................................................................... ..................................................... 24 3.7 测速部分...................................................................... (25)3.8 复位电路和时钟电路 ..................................................................... ......................................... 27 3.9 整体电路设计 ..................................................................... ..................................................... 28 3.10 本章小结 ..................................................................... .. (28)第4章软件系统的论述 ..................................................................... ................................................... 29 4.1 主程序...................................................................... . (29)IV毕业设计(论文)4.2 键盘扫描子程序 ..................................................................... . (29)4.3 PWM信号发生程序 ..................................................................... . (31)4.4 测速子程序 ..................................................................... (32)4.5 显示子程序 ..................................................................... (34)4.6 本章小结...................................................................... (35)结论 ..................................................................... ........................................................................ (36)致谢 ..................................................................... ........................................................................ (37)参考文献 ..................................................................... .. (38)附录A 译文 ..................................................................... (39)一种用于CMOS集成宽量程的电阻式气敏传感器的高精度温度控制系统 (39)附录B 外文原文 ..................................................................... . (57)附录C 硬件电路原理图 ..................................................................... ................................................. 73 附录D PCB版图及PCB预览图 ..................................................................... ................................... 74 附录E 立体电路图 ..................................................................... (75)附录F 程序清单...................................................................... . (76)V毕业设计(论文)第1章绪论1.1 课题研究的背景直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。
单片机课程设计完整版《PWM直流电动机调速控制系统》
单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生：指导教师：年月日目录设计题目 (2)1 设计要求及主要技术指标： (3)1.1 设计要求 (3)1.2 主要技术指标 (4)2 设计过程 (5)2.1 题目分析 (8)2.2 整体构思 (9)2.3 具体实现 (11)3 元件说明及相关计算 (13)3.1 元件说明 (13)3.2 相关计算 (14)4 调试过程 (15)4.1 调试过程 (15)4.2 遇到问题及解决措施 (19)5 心得体会 (20)参考文献 (21)附录一：电路原理图 (22)附录二：程序清单 (23)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM 调速控制装置。
1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
基于单片机的直流电动机PWM 调速系统设计
基于单片机的直流电动机PWM调速系统设计目录1 引言 (1)2 直流PWM 调速系统的工作原理 (1)3 直流电机PWM 调速系统的硬件组成 (2)4 设计方案1 (3)4.1 主控电路设计 (3)4.1.1 P89V51RD2概述 (3)4.1.2 特性 (3)4.1.3 用到的功能 (4)4.1.3.1 脉宽调节模式 (4)4.1.3.2 16位软件定时器模式 (4)4.1.3.3 定时器/计数器0和1 (4)4.1.4 电路设计 (5)4.2 键盘接口和显示电路设计 (5)4.2.1 ZLG7290模块简介 (5)4.2.1.1 特点 (5)4.2.1.2 采用24 引脚封装引脚图 (6)4.2.2 电路设计 (7)4.3 驱动电路设计 (8)4.3.1 L298简介 (8)4.3.2L298N的逻辑功能 (8)4.3.3 L298内部结构图 (9)4.3.4 电路设计 (10)4.4 其他电路设计 (10)4.4.1 单片机程序下载电路 (10)4.4.2 电源电路 (11)4.4.3 复位电路 (11)4.5 总体电路图 (12)5 系统调速程序设计 (14)5.1 编程软件 (14)5.2 编程模块 (14)5.2.1 中断程序部分 (14)5.2.2 键盘部分和显示部分 (14)5.3 程序框图 (14)5.3.1 定时器中断程序框图 (14)5.3.2 键盘和显示模块流程图 (15)5.4 实现功能 (16)6 设计方案2 (16)6.1 电路设计 (16)6.2 程序框图 (18)7 操作说明 (18)8 小结 (18)9 致谢 (19)10 参考文献 (19)基于单片机的直流电动机PWM 调速系统设计摘要：本文根据降压斩波电路原理，结合在实际中的应用，从原理设计上实现了直流PWM 调速系统，根据可行性，论文提出了两种方案思想，方案1为一个开环系统，调节占空比，进而改变U0的大小，即电动机端电压的大小，于是改变电动机的转速，达到调速的目的，通过键盘输入转速给定，查表计算对应占空比。
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单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED 液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。
电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。
电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM调速控制装置。
设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。
（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。
（3）设计一个4个按键的键盘。
K1:“启动/停止”。
K2：“正转/反转”。
K3：“加速”。
K4:“减速”。
（4）手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
（5）*测量并在LED显示器上显示电动机转速（rpm）.（6）实现数字PID调速功能。
主要技术指标(1）参考L298说明书，在系统中扩展直流电动机控制驱动电路。
(2)使用定时器产生可控PWM波，定时时间建议为250us。
(3）编写键盘控制程序，实现转向控制，并通过调整PWM波占空比，实现调速；(4）参考Protuse仿真效果图：图（1）图（1）2 设计过程本文设计的直流PWM调速系统采用的是调压调速。
系统主电路采用大功率GTR为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。
PWM调制部分是在单片机开发平台之上，运用汇编语言编程控制。
由定时器来产生宽度可调的矩形波。
通过调节波形的宽度来控制H电路中的GTR通断时间，以达到调节电机速度的目的。
增加了系统的灵活性和精确性，使整个PWM脉冲的产生过程得到了大大的简化。
本设计以控制驱动电路L298为核心，L298是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。
5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机的停转。
本设计以AT89C52单片机为核心，如下图（2），AT89C52是一个低电压，高性能 8位，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（），器件采用的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
图（2）对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。
与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以大大提高。
直流电机的速度控制方案如图（3）所示。
1、电阻网络或数字电位器：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。
但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。
更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
2、继电器：采用继电器对电动机的开或关进行控制。
这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
3 、H桥组成的高电压大电流双全桥式驱动芯片：L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。
是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。
桥型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
兼于上述三种方案调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。
二、以下是PWM脉宽的3种调制方式：调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
最后再以键盘作为输入达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求和发挥部分的要求。
在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
三、驱动电路设计单片机输出的电机控制PWM信号接在ENA端口，IN1和IN2端口控制电机正反转，通过一个非门实现。
对应的OUT1和OUT2输出接在直流电机两端。
如图（4）所示。
图（4）题目分析在进行单片机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。
因此，软件设计在控制系统设计中占重要地位。
键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出高电平，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。
电动机所处速度级以速度档级数表示。
速度分4档，快慢与电动机所处速度级快慢一一对应。
在程序中通过软件产生，送出预设占空比的波形。
PWM（脉冲宽度调制）是一系列周期固定、占空比可调的脉冲系列，由于每个脉冲的高电平时间和低电平时间之和必须等于周期数，所以输出电平的维持时间必须由定时器来控制。
整体构思本系统采用AT89C51作为控制核心，用按钮来调节电机转速和数码管来显示设定转速和测量转速。
由上述提供的方案和最后选择结果，则用H桥组成的高电压大电流双全桥式驱动芯片L298作为本系统的驱动电路和用带有测速计的电机模型来取得电机的实际转速。
如图（5）所示。
图(6）主程序流程图‘具体实现定时中断处理程序实现采用定时方式1，因为单片机使用12M晶振，可产生最高约为的延时。
对定时器置初值0xFF9C可定时100us。
当100us定时时间到，定时器溢出则响应该定时中断处理程序，完成对定时器的再次赋值。
PWM脉宽控制实现一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数c16TimeH和低电平持续时间系数c16TimeL组成，本设计中采用的脉冲频率为10000Hz，可得c16TimeH+c16TimeL=65536，占空比为c16TimeH/(c16TimeH+c16TimeL)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量c16TimeH，c16TimeL的值。
其程序流程框如图（7）：图（7）3 元件说明及相关计算元件说明:电动机：选择电动机参数：额定电压：6V 额定转速：6000rpm 减速比：1：空载转速：128rpm 10ms/转单片机选择：AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS?8位单片机，片内含8k?bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256?bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
?主要性能参数：·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容?·8k字节可重擦写Flash闪速存储器?·1000次擦写周期?·全静态操作：0Hz－24MHz?·三级加密程序存储器?·256×8字节内部RAM?·32个可编程I／O口线?·3个16位定时／计数器?·8个中断源?·可编程串行UART通道?·低功耗空闲和掉电模式??功能特性概述：?AT89C52提供以下标准功能：8k字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I／O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
L298电机驱动：L298是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。
L298提供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能或禁用L298器件。
LED显示屏PROTEUS设计与仿真平台相关计算：在程序中通过软件产生，送出预设占空比的波形。
PWM（脉冲宽度调制）是一系列周期固定、占空比可调的脉冲系列，由于每个脉冲的高电平时间和低电平时间之和必须等于周期数，所以输出电平的维持时间必须由定时器来控制。
设PWM周期为T，高电平时间为TH，低电平时间为TL，电压为VCC，则输出电压的平均值为：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，当VCC固定时，其值取决于波形的占空比a，而的占空比由单片机软件内部用于控制输出的寄存器值决定。
PWM脉宽控制实现一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数c16TimeH和低电平持续时间系数c16TimeL组成，本设计中采用的脉冲频率为10000Hz，可得c16TimeH+c16TimeL=65536，占空比为c16TimeH/(c16TimeH+c16TimeL)，因此要实现定频调宽的调速方式，只需通过程序改变全局变量c16TimeH，c16TimeL的值。
4 调试过程调试过程：1、初始状态，未调试之前，仿真图如下图（8）。
图(8)2、启动仿真后，手动控制。
在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。
LED显示屏上显示电机转速的设定值和电机转速实际值。
如下图（9）图（10）图（11）所示。
图（9）启动仿真后图(10)加速调节电机转速图（11）减速调节电机转速3、示波器显示PWM方波，状态（电机高速挡反转），显示如下图（12）。