单片机微型直流电机控制系统课程设计
单片机课设PWM控制微型直流电机调速、正反转、启停
永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机：体积小且性能更好，但价格昂贵，主要用于航天、计算机、井下仪器等；铁氧体永磁直流电动机：由铁氧体材料制成的磁极体,廉价，且性能良好，广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域；铝镍钴永磁直流电动机：需要消耗大量的贵重金属、价格较高，但对高温的适应性好，用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。
1.2
任务：1.通过单片机产生可调的PWM信号驱动微型直流电机；
2.通过按钮可控制电机启停、正反转以及加减速；
3.显示电机的工作状态以及速度档位。
要求：进行控制系统硬件电路设计，编写程序、画出电路原理图、利用proteus进行仿真。
1.3
硬件：keil和proteus软件、PC机一台
开发语言：C语言
对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。 复位电路：使用了独立式键盘，单片机的P1口键盘的接口。考虑到对控制功能的扩展，本设计使用了6路独立式键盘。复位电路采用手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态，晶振电路用30PF的电容和一个12M晶体振荡器组成为整个电路提供时钟频率。89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：内部震荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部接晶振电路器（简称晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。其电容值一般在5~30pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路实用较多。复位及时钟振荡电路如图3.2.1所示。
基于51单片机课程设计报告小直流电机调速控制系统
《单片机原理与应用技术》课程设计论文课程名称单片机原理与应用技术题目名称小直流电机调速控制系统学生学院信息工程学院专业班级测控技术与仪器（光机电一体化14级1班）学号3114002498学生温玮佳指导教师巧芬2016年12 月28 日任务书1.课程设计项目小直流电机调速控制系统2.设计容（1）以AT89C51单片机为核心器件组成小直流电机调速控制系统；（2）搭建外围硬件电路；（3）系统程序编制与调试；（4）电路系统的综合调试；（5）撰写课程设计论文；（6）完成课程设计论文答辩。
3.设计要求用ADC0809采样电位器的值，并在显示器上显示，将此信号值作为方波占空比，通过0832输出经放大后控制电机转速。
4.设计进度目录1.绪论1.1课题研究的目的及意义----------------------------------------4 1.2国外电机控制的研究现状及发展--------------------------------4 1.3 PWM变频调速发展前景-----------------------------------------41.3．1PWM调速-------------------------------------------52.方案论证（规划、选定）------------------------------------53.方案说明（设计）-------------------------------------------54.硬件方案设计4.1电位器采集模块----------------------------------------------64.1.1电位器-------------------------------------------------64．1.2数模转换及显示----------------------------------------6 4.2模数转换与单片机的连接--------------------------------------74.3数模转换模块及放大驱动模块----------------------------------95.软件方案设计------------------------------------------------96.调试6.1硬件调试---------------------------------------------------10 6.2软件调试---------------------------------------------------107.技术小结（结束语）----------------------------------------108.参考文献----------------------------------------------------109.附录（元件清单、电路图、源程序代码、实物图片等）9.1元件清单----------------------------------------------------119.2电路图------------------------------------------------------119.3源程序代码--------------------------------------------------121.绪论1.1课题研究的目的及意义直流电机具有良好的启动性能和调速特性，虽然各种类型的电机层出不穷，然而在自动控制系统、电子仪器设备等方面，直流电机的应用还是占有突出地位。
直流电机控制课程设计
直流电机控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解直流电机的工作原理，掌握直流电机的基本结构及其功能。
2. 学生能掌握直流电机控制的基本方法，包括启动、调速、制动等。
3. 学生能了解并描述直流电机在自动化控制中的应用。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，进行简单的直流电机控制电路的设计与搭建。
2. 学生能通过实际操作，熟练使用相关仪器设备进行直流电机控制实验。
3. 学生能通过实验数据分析，解决直流电机控制过程中出现的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生对直流电机控制技术产生兴趣，培养探究精神和创新意识。
2. 学生在小组合作中，培养团队协作能力和沟通表达能力。
3. 学生关注直流电机控制技术在现实生活中的应用，增强学以致用的意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 本课程为工程技术类课程，注重理论与实践相结合，强调学生的动手能力。
2. 学生为初中年级学生，具备一定的物理基础和动手操作能力，但对复杂电路和控制原理理解有限。
3. 教学要求以学生为主体，注重启发式教学，引导学生主动探究和解决问题。
二、教学内容1. 直流电机的工作原理与结构- 直流电机的组成及其功能- 直流电机的工作原理- 直流电机的类型及特点2. 直流电机控制方法- 直流电机的启动方法- 直流电机的调速方法- 直流电机的制动方法3. 直流电机控制电路设计与搭建- 控制电路元件的识别与选用- 控制电路的设计原理与步骤- 控制电路的搭建与调试4. 直流电机控制实验- 实验设备的使用与操作- 实验步骤与方法- 实验数据的收集与分析5. 直流电机控制技术应用- 直流电机控制技术在现实生活中的应用案例- 直流电机控制技术的未来发展教学内容安排与进度：第一课时：直流电机的工作原理与结构第二课时：直流电机控制方法第三课时：直流电机控制电路设计与搭建第四课时：直流电机控制实验第五课时：直流电机控制技术应用教材章节关联：教学内容与教材第二章“直流电机的原理与应用”相关联，涵盖直流电机的基本概念、原理、控制方法及其在实际中的应用。
直流电机控制单片机课程设计
摘要直流电动机使用直流电源，具有良好的启动和调速性能；电动机的数字控制是电动机控制的发展趋势，用单片机对电动机进行控制是实现电动机数字控制最常用的手段。
电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化。
模拟控制已逐渐被使用以单片机为主的混合控制和全数字控制所取代。
这次课程设计要求为：直流电动机的控制，即通过单片机实现对直流电动机的正反转与加速控制，由霍尔速度传感器进行速度测量，有数码管显示按键值与直流电动机的速度。
实现D/A转换功能的芯片有很多，此次课程设计采用DAC0832来实现D/A转换。
目录摘要 (1)第一章设计要求及电路框图设计 (3)1.1设计要求 (3)1.2系统总体组成原理框图 (3)1.3总体电路图 (4)第二章各部分原理及设计 (5)2.1单片机 (5)2.2DAC0832芯片介绍 (6)2.3直流电机原理 (8)2.4键盘控制设计 (9)2.5霍尔元件原理 (11)2.6霍尔元件计算电机转速 (12)2.7LED显示的设置 (12)第三章程序部分 (13)第四章心得体会 (18)参考文献 (19)第一章设计要求及电路框图设计1.1 设计要求1、利用D/A电路，输出-8V到+8V的电压，控制直流电机。
2、电机速度可调，具有启动键、方向控制键及提示灯、加速键、减速键及停止键3、利用霍尔元件感应电机转速，读出感应脉冲，从而计算出电机转速，用数码管显示出来。
1.2系统总体组成原理框图1.3总体电路图DA_CS------CS1 脉冲输出------ P3.4 -8到+8------直流电压P1.0------K0启动 P1.1------K1停止 P1.2------K2反方向运动P1.3------K3正方向减速 P1.4------K4正方向增速P1.7------方向灯亮P1.5------K5反方向减速 P1.6------K6反方向加速 CS0地址译码------KEY/LED-CS在电压允许范围内，直流电机的转速随着电压的升高而加快，若加上的电压为负电压，则电机会反向旋转。
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。
单片机控制直流电动机——课程设计
目录一、设计目的二、设计任务和要求三、设计原理分析四、硬件资源及原理五、硬件图六、程序框图七、程序八、调试运行九、仿真截图十、设计心得体会一、设计目的1、通过单片机课程设计，熟练掌握C语言的编程方法，将理论联系到实践中，提高我们的动脑和动手的能力。
2、通过对单片机控制直流电动机控制系统的设计，掌握A/D转换、D/A转换的有关原理，加深对PWM波的理解和使用，同时对单片机的使用更加熟练，通过对简单程序的编写提高我们的逻辑抽象能力。
二、设计任务和要求任务：采用单片机设计一个控制直流电动机并测量转速的装置。
要求: 1、通过改变A/D输入端的可变电阻来改变A/D输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。
2、手动控制。
在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电机减速键。
在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。
3、键盘列扫描(4*6)。
三、设计原理分析1. 设计思路本文设计的直流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。
设计以AT89C51单片机为核心，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。
本文介绍了直流电机的工作原理和数学模型、脉宽调制控制原理和H桥电路基本原理设计了驱动电路的总体结构，根据模型，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。
2、基本原理主体电路：即直流电机PWM控制模块。
单片机电机课程设计
单片机 电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单片机的基本原理和功能，掌握电机控制的基础知识；2. 学会使用单片机编程，实现对电机的启动、停止、正转、反转等基本控制；3. 了解电机在不同应用场景下的工作原理及优化方法。
技能目标：1. 能够独立完成单片机与电机的硬件连接，进行基本的电机控制实验；2. 掌握编程软件的使用，编写并调试电机控制程序；3. 培养实际操作能力，能够解决电机控制过程中出现的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对单片机及电机控制技术的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的团队协作意识，学会与他人共同解决问题；3. 引导学生关注单片机与电机在现实生活中的应用，认识到科技对生活的改变。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，结合理论知识，培养学生动手操作能力和实际应用能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，对单片机和电机控制有浓厚兴趣，喜欢动手实践。
教学要求：教师需引导学生主动参与，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和问题解决能力。
在教学过程中，关注学生的情感态度变化，激发学习兴趣，培养良好的团队合作精神。
通过课程目标的实现，使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观等方面得到全面发展。
二、教学内容1. 单片机基础知识回顾：C语言基础、单片机原理与结构、I/O口控制。
2. 电机控制原理：直流电机、步进电机的工作原理，电机转速、转向控制方法。
3. 硬件连接：介绍单片机与电机驱动电路的连接方法，学会使用面包板进行电路搭建。
4. 软件编程：学习编写电机控制程序，包括启动、停止、正转、反转等功能实现。
5. 实践操作：动手实践，分组进行电机控制实验，培养实际操作能力。
6. 故障排查与优化：学习分析电机控制过程中可能出现的故障，掌握排查及优化方法。
7. 电机应用案例分析：分析实际应用中单片机与电机的结合，了解其在不同场景下的应用。
教学内容安排与进度：第一周：回顾单片机基础知识，学习C语言基础和单片机原理。
单片机控制直流电机课程设计报告
void delay(unsigned char dlylevel){
int i=50*dlylevel;
while(--i);}
此函数为带参数DLYLEVEL，约产生DLYLEVEL*400us的延时，因此一个脉冲周期可以由高电平持续时间系数hlt和低电平持续时间系数llt组成，本设计中采用的脉冲频率为25Hz，可得hlt+llt=100，占空比为hlt/(hlt+llt)，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hlt，llt的值，该子程序流程图如图四。
MOV TL0,#0CH
SETB ET0 ;开定时器0
SETB EA
SETB TR0
LOOP:AJMP LOOP ;等待
AT89C51单片机功能强大，方便今后的功能扩展。通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化。同时对电动机控制不是一个简单的电子控制问题，它涉及很多方面的知识。相信单片机在今后的自动控制领域中将有更广阔的应用前景。相信该系统能成功运用于直流电机转速系统的实时监控，简化控制逻辑系统，而且成本低廉、功能完整、抗干扰性能好。能成功应用于直流电机转速调节、监控、保护场合，并且监控界面友好，使用方便。能够对直流电机实行实时监控，不仅大大改善了高速运行时的稳定性，而且还实现了保护功能。
SETB P2.0
CLR P2.2
SETB GORD ;置高低电平判断位为1
MOV GAO,LEN ;置高电平初值
MOV A,#100 ;置周期总长值
SUBB A,GAO ;求低电平比例值
MOV DI,A ;存低电平比例值
单片机微型直流电机控制系统课程设计报告
2014单片机课程设计单片机课程设计报告题目微型直流电机控制系统设计专业班级学号实现形式Proteus姓名分数指导老师学院名称电气信息学院目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题要求 (1)2 方案论证 (2)2.1 系统组成 (2)2.2 单片机选型 (2)2.3 驱动方案论证 (2)2.4 监测方案论证 (4)2.5 人机接口方案 (5)3 硬件设计 (5)3.1 单片机最小系统设计 (5)3.2 I/O分配 (6)3.3 驱动电路设计 (7)3.4 转速检测电路设计 (8)3.5 人机接口电路设计 (9)4 软件设计 (10)4.1 主程序流程 (10)4.2 按键扫描子程序流程 (11)5 问题与分析 (12)5.1 设计问题 (12)5.2 答辩问题 (13)参考文献 (14)附录一（原理图） (15)附录二（程序清单） (16)附录三（器件清单） (18)1 绪论现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又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。
直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。
1.1课题背景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。
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:学生姓名：指导教师：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PWI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显示器一上显示电动机转速（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。
⑵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PW碉速系统采用的是调压调速。
系统主电路采用大功率GTF为开关器件、H桥单极式电路为功率放大电路的结构。
课程设计基于51单片机的直流电机控制
xxxxxx大学课程设计报告课程设计名称：单片机系统综合课程设计课程设计题目：基于51单片机的直流电机控制院（系）：专业：班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：xxxxxx大学课程设计报告目录第1章总体设计方案 (1)1.1课程设计的内容和要求 (1)1.2课程设计原理 (1)1.3课程设计思路 (1)1.3.1 提出方案 (1)1.3.2 方案阐述 (2)1.4实验环境 (2)第2章详细设计方案 (3)2.1实现方法 (3)2.2模块设计 (3)2.2.1 主函数模块 (3)2.2.2 外中断模块 (4)2.2.3 数码管显示函数模块 (6)2.3实验箱连线图 (6)第3章结果测试及分析 (8)3.1调试步骤及方法 (8)3.2结果分析 (8)参考文献 (9)附录1（源程序） (10)附录2（电路图） (13)附录3（器件清单） (14)第1章总体设计方案1.1 课程设计的内容和要求(1) 课程设计内容利用MCS-51单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制，具体内容如下：①能够控制直流电机的正反转；②能够控制电机的加速和减速；③能够控制电机的启动和停止；④直流电机的运行状态,速度等级显示在数码管上。
(2) 设计要求：①立完成课程设计任务；②过老师现场验收；③出完整的课程设计报告。
1.2 课程设计原理根据题目要求通过控制占空比的改变，从而改变直流电机的转速，再将速度的等级显示在数码管上。
用户通过控制查询自定义位变量的改变而控制直流电机启动和停止，又通过两个外中断函数和一个延时函数改变占空比的值，来实现对直流电机的加速和减速。
再选取一个数码管来显示转速的等级。
1.3 课程设计思路1.3.1 提出方案由于是控制PWM信号实现对直流电机的控制，PWM是脉冲宽度调制，产生的方波高电平时间跟周期的比例叫占空比，所以就要用占空比的改变实现电机的加速和减速。
通过调用外中断函数改变方波高电平的时间,再控制周期不变就会使电机的转速改变。
基于单片机的直流电机控制系统设计
基于单片机的直流电机控制系统设计一、引言随着科技的飞速发展，单片机技术在电机控制领域中应用越来越广泛。
相对于传统的电机控制方式，基于单片机的控制方式具有更灵活、可靠、智能化的优点，受到了广大工程师的喜爱。
二、设计目标本文旨在通过单片机控制直流电机转速、转向和停止，实现直流电机控制系统的设计。
系统具有以下特点：1. 可实现电机的正反转控制。
2. 可实现电机的速度控制。
3. 可实现电机的停止和自锁控制。
4. 可以方便地调节电机的参数。
三、系统硬件设计1. 控制芯片：选用强大的单片机 51单片机，具有高精度、高效率、可靠性等优点。
2. 电路板：采用双面铜板设计，电路板上布置了各种模块、开关和LED指示灯。
3. 电机：采用常规的直流电机，具有高效率、低噪音、低能耗等优点。
4. 电源：整个系统采用稳压电源，能够确保系统的安全稳定运行。
四、系统软件设计1. 控制程序实现：（1）引入相关头文件，初始化程序；（2）设置电机接口，包括正反转端口、PWM信号输出端口、停止端口；（3）实现电机转向、速度和停止控制；（4）设计系统的异常处理程序（如电路短路或电机过载等）。
2. 操作界面设计：（1）利用LCD屏幕和按键实现操作界面，方便参数调节和参数显示。
（2）操作界面包括电机状态指示、电机转向、电机速度等等。
（3）在操作界面中设置按键操作，可以更加方便地对直流电机进行控制。
五、系统测试与调整1. 测试：使用示波器、电压表等工具对整个系统进行测试，测试系统的正反转控制、速度调节、停止控制等功能是否正常。
2. 调整：重点调整电机PWM频率，以及电机启动、加速、减速和停止的时间，使系统更加稳定、可靠、符合实际要求。
六、结论本文基于单片机技术，设计了一套直流电机控制系统。
该系统具有可靠性高、控制灵活、操作方便的优点，在各种工业领域具有广泛的应用前景。
基于单片机设计直流电机控制系统
基于单片机设计直流电机控制系统一、本文概述本文将详细介绍基于单片机的直流电机控制系统的设计过程。
随着科技的不断发展，电机控制在许多领域，如工业自动化、机器人技术、家用电器等，都发挥着重要的作用。
单片机作为一种高效、可靠的微控制器，具有集成度高、功耗低、控制精度高等优点，因此，基于单片机的直流电机控制系统设计成为了研究的热点。
本文将首先介绍直流电机的基本原理和控制方式，然后详细阐述如何利用单片机实现直流电机的精确控制。
在设计中，我们将考虑电机的启动、停止、正反转、调速等基本功能，并探讨如何通过编程实现这些功能。
我们还将讨论系统的硬件设计和软件设计，包括单片机的选型、电机的驱动电路、传感器的选择以及控制算法的实现等。
通过本文的阐述，读者将能够深入了解基于单片机的直流电机控制系统的设计过程，掌握相关的理论知识和实践技能，为实际应用提供有益的参考。
二、直流电机基本原理及特性直流电机是一种将电能转换为机械能的装置，其基本原理基于安培环路定律和电磁感应定律。
直流电机主要由定子、转子、电刷和换向器等部分组成。
定子通常由电磁铁构成，用于产生磁场；转子则是一个带有绕组的圆柱形结构，当通电时，在定子的磁场作用下产生转矩，从而使电机旋转。
调速性能好：通过改变电枢电压、磁场强度或电枢回路中的电阻，可以有效地调节直流电机的转速。
这使得直流电机在需要精确控制转速的场合，如精密机械、自动化设备中得到广泛应用。
启动转矩大：直流电机在启动瞬间，由于电枢电流较大，可以产生较大的启动转矩，使其具有良好的启动性能。
良好的调速动态性能：直流电机在调速过程中，转矩和转速的动态响应较快，能够满足一些对动态性能要求较高的应用需求。
控制方便：直流电机的控制相对简单，可以通过改变输入电压、电流或磁场强度来实现对电机转速和转向的控制。
通过改变电刷的位置，还可以实现电机的正反转切换。
然而，直流电机也存在一些局限性，如结构复杂、维护成本较高以及电刷和换向器易磨损等问题。
基于单片机的直流电机控制系统设计
基于单片机的直流电机控制系统设计一、设计目标设计一个基于单片机的直流电机控制系统，能够实现对直流电机的速度和方向的控制。
二、设计方案1.硬件设计（1）电源电路：通过适配器将交流电转换为直流电以供系统使用。
（2）单片机选择：选择一款适合该应用的单片机，如STC89C52系列。
（3）直流电机驱动电路：使用H桥驱动电路来控制直流电机的速度和方向。
（4）编码器：使用编码器来进行速度反馈，可以根据反馈信号来调整电机的转速。
2.软件设计（1）系统初始化：对单片机进行初始化配置，包括IO口的设置、定时器的配置等。
（2）速度控制算法：设计一个控制算法，根据期望速度和实际速度的差距来调整PWM波的占空比，从而控制电机转速。
（3）方向控制算法：设计一个方向控制算法，通过改变H桥电路的输入信号来改变电机的转向。
（4）编码器反馈处理：读取编码器的信号，计算出实际速度，并与期望速度进行比较。
（5）用户接口设计：可以通过按键或者外部PWM输入调节期望速度和方向，实现用户对电机的控制。
三、系统实现1.硬件实现根据硬件设计方案，按照电路原理图进行电路连接和焊接。
确保电源电路正常工作，单片机可以正常工作，H桥驱动电路可以正常控制电机的转向和速度。
连接编码器并确保能够正常读取速度反馈信号。
2.软件实现（1）编写单片机初始化程序，进行必要的配置。
（2）编写速度控制算法，根据期望速度和实际速度的差距来调整PWM波的占空比。
（3）编写方向控制算法，根据用户输入的方向来改变H桥电路的输入信号。
（4）编写编码器反馈处理程序，读取编码器的信号并计算实际速度。
（5）编写用户接口程序，可以通过按键或者外部PWM输入来调节期望速度和方向。
四、系统测试与优化1.对系统进行功能测试，确保可以通过用户接口控制电机的转向和速度。
2.对编码器反馈进行测试，验证实际速度计算的准确性。
3.对速度和方向控制进行测试，确保系统能够按照期望速度和方向进行控制。
4.如果发现问题，对系统进行优化和修改，改进算法和调整参数。
单片机微型直流电机控制系统课程设计
2014单片机课程设计单片机课程设计报告题目微型直流电机控制系统设计专业班级学号实现形式Proteus姓名分数指导老师学院名称电气信息学院目录1 绪论...................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题背景 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2 课题要求 (1)2 方案论证 (2)2.1 系统组成 (2)2.2 单片机选型 (2)2.3 驱动方案论证 (2)2.4 监测方案论证 (4)2.5 人机接口方案 (5)3 硬件设计 (5)3.1 单片机最小系统设计 (5)3.2 I/O分配 (6)3.3 驱动电路设计 (7)3.4 转速检测电路设计 (8)3.5 人机接口电路设计 (9)4 软件设计 .......................................................................................... 错误!未定义书签。
4.1 主程序流程 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2 按键扫描子程序流程 ..................................................................... 错误!未定义书签。
5 问题与分析 ................................................................................... 错误!未定义书签。
单片机课程设计 小直流电机调速系统.
《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称小直流电机调速控制系统姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书设计题目：小直流电机调速控制系统设计任务及要求：用0809采样电位器的值，并在显示器上显示，将此信号作为方波占空比，用过0832输出经放大后控制电机转速。
为了获得可调的直流电压调制成大小，极性可变的直流电压作为电动机的电枢，实现系统的平滑调速，这种调速系统就称为直流脉宽调速系统。
为了再比较简单的运动控制中实现智能控制，因此设计了单片机控制直流调速系统。
目录1、绪论 (1)2、方案论证 (2)3、方案说明 (3)4、硬件方案设计 (5)5、软件方案设计 (12)6、调试 (16)7、结束语 (17)8、参考文献 (18)9、附录 (19)1.绪论单片微型计算机的诞生是计算机发展史上的一个新的里程碑。
近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。
直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。
而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。
随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。
这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。
所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。
对直流电机调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。
本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。
并实现电路的仿真。
为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89S52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量。
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2014单片机课程设计单片机课程设计报告题目微型直流电机控制系统设计专业班级学号实现形式Proteus姓名分数指导老师学院名称电气信息学院目录1 绪论...................................................................... 错误!未定义书签。
1.1 课题背景 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
1.2 课题要求 (1)2 方案论证 (2)2.1 系统组成 (2)2.2 单片机选型 (2)2.3 驱动方案论证 (2)2.4 监测方案论证 (4)2.5 人机接口方案 (5)3 硬件设计 (5)3.1 单片机最小系统设计 (5)3.2 I/O分配 (6)3.3 驱动电路设计 (7)3.4 转速检测电路设计 (8)3.5 人机接口电路设计 (9)4 软件设计 .......................................................................................... 错误!未定义书签。
4.1 主程序流程 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
4.2 按键扫描子程序流程 ..................................................................... 错误!未定义书签。
5 问题与分析 ................................................................................... 错误!未定义书签。
2 5.1 设计问题......................................................................................... 错误!未定义书签。
5.2 答辩问题......................................................................................... 错误!未定义书签。
参考文献................................................................................................ 错误!未定义书签。
附录一（原理图） ........................................................................... 错误!未定义书签。
附录二（程序清单） (16)附录三（器件清单） (18)1 绪论现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又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。
直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。
改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。
1.1课题背景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。
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。
1.2课题要求以AT89C51单片机作为主控制器、对微型直流电机进行控制。
利用霍尔元件设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。
单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统，并实现以下功能：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 方案论证2.1 系统组成微型直流电机控制系统由单片机、显示电路、直流电机及其驱动电路组成。
2.2单片机选型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。
2.3驱动方案论证L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。
可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。
4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。
输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。
1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。
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。
EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。
同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。
下图是其引脚图：引脚介绍：第1、15脚：可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也可直接接地。
第2、3脚：A电机输出端口。
第4脚：接逻辑控制的+5V电源。
第6脚：A桥使能端口。
第5、7脚：输入标准TTL电点平对A桥的输出OUT1、OUT2进行控制。
第8脚：接电源地。
第9脚：接电机驱动电源，最高可达50V。
第11脚：B桥使能端口。
第10、12脚：输入标准TTL电平对B桥的输出OUT3、OUT4进行控制。
第13、14脚：B电机输出端口。
2.5人机接口方案采用开关，开关一端接单片机，另一端接地，一旦按下，就会向单片机输入低电平。
还有一种方法就是采用矩阵键盘。
矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。
这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。
行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
其图形如下：在本系统中，需要输入的信号比较简单，采用独立键盘接线简单，实现容易，所以就用了开始所说的用一个开关。
3 硬件设计3.1单片机最小系统设计如图所示，单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.3.2 I/O分配STC89C51有四组接口：P0口，P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口，P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口，P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
在本系统中，P0口输出数码管的段选信号；P1口作为人机交互口，接开关；P2口输出数码管的位选信号。
3.3 驱动电路设计本系统采用89C51控制输出数据，由单片机发生电路产生PWM信号，送到芯片L298，并通过L298电源驱动直流电机，并通过单片机程序控制L298，改变直流电机的占空比，进而实现电机的加减速，正反转控制。
其驱动电路如下面部分电路所示。
3.4 转速检测电路设计转速检测电路如图所示，电机自动根据转速输出对应的脉冲数，通过74LS386将脉冲转化成方波，然后由单片机的T1计数器对方波进行计数，最后通过一定的算法转化成转速并输出。