单片机控制直流电机调速
单片机控制直流电机正反转调速--基础简单实现
单片机控制直流电机正反转调速--基础简单实现
如何使用单片机控制直流电机呢？
真正控制之前我们要知道以下三点：
1、直流电机的控制是通过设置PWM波的占空比来控制直流电机的转速，占空比越大，转速越快，越小转速越低。
2、单片机的I/O口是不能直接驱动电机的，所以你还需要用一个驱动芯片。
像LG9110、CMO825L298等。
驱动芯片可以将单片机I/O输出信号放大，这样电机中流过的电流足够大，电机才能转起来。
本文采用的是L298
3、为了实现调节转速功能必须来个滑动变阻器和数模转化器
ADC0831,同时使用开关控制电机正反转。
开始行动～
OK一切就绪。
基于单片机的直流电机调速系统设计
直流电机转速 :
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式 U=Ea+Ia（Ra+Rc）……………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷 接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻
由此可得到直流电机的转速公式为:
n=(Ua-IR)/CeΦ ………………………式2
式2中, Ce为电动势常数, Φ是磁通量。 由1式和2式得
n=Ea/CeΦ ……………………………式3
由式3中可以看出, 对于一个已经制造好的电机, 当励磁电压和 负载转矩恒定时, 它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定, 电 枢电压越高, 电机转速就越快, 电枢电压降低到0V时, 电机就 停止转动；改变电枢电压的极性, 电机就反转。
PWM脉宽调速
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。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”。
, 软件简单。但每个按键需要占用一个输入口线, 在 按键数量较多时, 需要较多的输入口线且电路结构复杂, 故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。
数码管显示部分 本设计使用的是一种比较常用的是四位数码 管, 内部的4个数码管共用a~dp这8根数据线, 为使用提供了方便, 因为里面有4个数码管, 所以它有4个公共端, 加上a~dp, 共有12个引 脚, 下面便是一个共阴的四位数码管的内部 结构图（共阳的与之相反）
基于stm32单片机的直流电机调速系统设计
基于stm32单片机的直流电机调速系统设计
本文介绍一种基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。
硬件电路设计：
该电机调速系统的主要硬件电路包括电源模块、STM32单片机控制电路、直流电机驱动电路和反馈电路。
1. 电源模块
电源模块包括AC/DC变换模块和稳压模块，用于将输入的AC电压转换为适宜单片机和电机工作的DC电压。
2. STM32单片机控制电路
STM32单片机控制电路包括主控芯片STM32单片机、晶振、复位电路和下载程序电路等。
3. 直流电机驱动电路
直流电机驱动电路包括电机驱动芯片（如L298N）和电机，用于控制电机的转
速和方向。
4. 反馈电路
反馈电路包括编码器和光电传感器等，用于实现电机转速的反馈和闭环控制。
软件程序设计：
该电机调速系统的软件程序采用C语言编写，主要包括定时器计数、PWM输出控制、编码器读取、PID算法控制等模块。
1. 定时器计数
通过STM32单片机内部定时器计数来实现电机转速的测量和控制。
2. PWM输出控制
采用STM32单片机内部PWM输出控制模块控制电机的转速，并实现电机方向的控制。
3. 编码器读取
通过编码器读取电机的转速信息，并反馈到单片机进行控制和显示。
4. PID算法控制
采用PID（比例、积分、微分）算法控制电机的转速，实现闭环控制，提高控制精度。
总之，基于STM32单片机的直流电机调速系统设计，既可以提高电机运行的效率和精度，又可以简化电路结构和减小系统成本，具有较好的应用前景。
基于单片机STC89C52的直流电机PWM调速控制系统
第一章:前言Pwm 电机调速原理对于电机的转速调整，我们是采用脉宽调制（PWM）办法，控制电机的时候，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。
不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端EN1 和EN2 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变了转速。
此电路中用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种：（1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。
（2）硬件实验自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。
这就要用到STC89C52的在PWM模式下的计数器1，具体内容可参考相关书籍。
51 单片机PWM 程序产生两个PWM，要求两个PWM 波形占空都为80/256,两个波形之间要错开，不能同时为高电平！高电平之间相差48/256，PWM 这个功能在PIC 单片机上就有，但是如果你就要用51 单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率，定时器T1 来控制占空比：大致的的编程思路是这样的：T0 定时器中断是让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1 是让IO 口输出低电平，这样改变定时器T0 的初值就可以改变频率，改变定时器T1 的初值就可以改变占空比。
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。
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。
单片机控制直流电机调速课件
电机调速应用实例
机器人控制
电机调速应用于机器人的运动控制，提高机 器人的精度和速度。
工业设备
电机调速应用于各种工业设备，提高生产效 率和质量。
电动车驱动
电机调速应用于电动车的驱动控制，实现高 效能耗和长续航里程。
风力发电
电机调速应用于风力发电装置，优化风能的 利用效率。
总结
1 单片机控制直流电
机调速是一种常见 的应用
单片机控制直流电机调速 课件
本课件将介绍单片机控制直流电机调速的原理和应用。通过详细讲解控制系 统搭建和调速实现方法，以及PID调节算法的应用，帮助您深入理解电机调速。
直流电机调速原理
1 电压控制
改变电机供电电压以控制转速。
2 电流控制
调整电机驱动电流以改变负载对转速的影 响。
3 脉宽调制
4 反馈调节
2
脉宽调制方法
通过改变脉冲宽度来调节电机的平均电压。
3
PID调节方法
结合比例、积分和微分控制来实现精确的电机调速。
PID调节算法在电机控制中的应用
PID调节算法是一种常用的闭环控制方法，可以根据实际转速和目标转速进行调节，实现精确的电机调 速。 该算法通过比例控制、积分控制和微分控制来实现稳定的调速效果。 PID调节算法在电机控制中得到广泛应用，为工业自动化和机电一体化技术的发展提供了重要支持。
通过改变脉冲宽度来控制驱动电机的平均 电压。
使用转速传感器等反馈信号进行闭环控制。
电机调速系统搭建
硬件搭建
使用单片机和面包板搭建电机 调速系统。
电路连接
将电机与单片机连接，建立电 机调速的电路。
传感器连接
将转速传感器连接至电路，用 于反馈调节。
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。
单片机控制电动机调速测速器(修改) (2)
红外对管器件测转速
• 在本项目中，我们对转速的采集所采用的传感器 是红外对管。我们所采用红外对管的原因有如下 几点： • 1、红外对管的价格便宜。 • 2、红外对管的灵敏度虽然不是很高但完全能 够满足低压直流电机的速度采集。 • 3、红外对管的驱动和信号转换电路比较简单。
红外对管
• • 红外对管是红外线发射管与光敏接收管，或者红外线接收管，或者红外线接收头配合在一起使用时 候的总称。红外线 在光谱中波长自0.76至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。 所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外 线可分为两类：近红外线与远红外线。 红外线发射管红外线发射管在LED封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、 940NM。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850NM波长的主要用于红外线监控设备， 875NM主要用于医疗设备，940NM波段的主要用于红外线控制设备。EG：红外线遥控器、光电开 关、光电计数设备等。 光敏接收管它是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏二极管，具有单向导电性，因此工作时需加 上反向电压。无光照时,有很小的饱和反向漏电流（暗电流）。此时光敏管不导通。当光照时,饱和 反向漏电流马上增加，形成光电流,在一定的范围内它随入射光强度的变化而增大。红外线接收管 红外线接收管功能与光敏接收管相似只是不受可见光的干扰，感光面积大，灵敏度高，属于光敏二 极管，一般只对红外线有反应。 红外线接收头就是在红外线接收管的基础上增加了 对微弱信号进行放大的处理的电路，类似与三极 管的放大效果。
目录 目录
第一章 任务与要求 第二章 硬件电路设计 第三章 软件设计
第一章 项目描述
单片机控制直流电动机调速，单片机属于前端的控 制级，只需要能够产生可调的PWM波形就可以，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。驱动级，在控制级后。因为单片机 弱电不能直接驱动电机这样的强电，所以需要用功率开 关器件（如MOSFET等）来驱动电机。基本思路就是通 过弱电控制强电（本任务控制的为小型直流电动机）。 通过测速元件及LCD显示，在屏幕上能看到电机的转 速 ，这就是最简单的单片机调速测速器。 本设计以单片机为核心，应用红外传感器，电机驱 动电路和LCD显示来实现的。
基于STM32的直流电机PID调速系统设计
基于STM32的直流电机PID调速系统设计一、引言直流电机调速系统是现代工业自动化系统中最常用的电机调速方式之一、它具有调速范围广、响应快、控制精度高等优点，被广泛应用于电力、机械、石化、轻工等领域。
本文将介绍基于STM32单片机的直流电机PID调速系统的设计。
二、系统设计直流电机PID调速系统主要由STM32单片机、直流电机、编码器、输入和输出接口电路等组成。
系统的设计流程如下：1.采集反馈信号设计中应通过编码器等方式采集到反馈信号，反应电机的转速。
采集到的脉冲信号经过处理后输入给STM32单片机。
2.设计PID算法PID调节器是一种经典的控制算法，由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据实际情况调整各个参数的大小。
PID算法的目标是根据反馈信号使电机达到期望的转速。
3.控制电机速度根据PID算法计算出的偏差值，通过调节电机的占空比，实现对电机速度的控制。
当偏差较大时，增大占空比以加速电机；当偏差较小时，减小占空比以减速电机。
4.界面设计与控制设计一个人机交互界面，通过该界面可以设置电机的期望转速以及其他参数。
通过输入接口电路将相应的信号输入给STM32单片机，实现对电机的远程控制。
5.系统保护在电机工作过程中，需要保护电机，防止出现过流、超速等问题。
设计一个保护系统，能够监测电机的工作状态，在出现异常情况时及时停止电机工作，避免损坏。
6.调试与优化对系统进行调试，通过实验和测试优化PID参数，以获得更好的控制效果。
三、系统实现系统实现时，首先需要进行硬件设计，包括STM32单片机的选型与外围电路设计，以及输入输出接口电路的设计。
根据实际情况选择合适的编码器和直流电机。
接着，编写相应的软件代码。
根据系统设计流程中所述，编写STM32单片机的控制程序，包括采集反馈信号、PID算法实现、控制电机速度等。
最后，进行系统调试与优化。
根据系统的实际情况，调试PID参数，通过实验和测试验证系统的性能，并进行优化，以实现较好的控制效果。
单片机课程设计PWM直流电动机调速控制系统方案
单片机原理及应用—— P W M直流电机调速控制系统概括直流电动机具有良好的启动性能和调速特性。
具有起动转矩大、调速平稳、经济大范围、调速容易、调速后效率高等特点。
本文设计的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、霍尔测速电路和独立按键组成的电子产品组成。
电源采用78系列芯片，采用PWM波方式实现电机+5V、+15V调速，PWM为脉宽调制，通过51单片机改变占空比实现。
通过独立的按键实现电机的启停、调速和转向的手动控制，LED实现测量数据（速度）的显示。
电机转速采用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机统计1秒内方波脉冲个数，计算电机转速，实现直流电机的反馈控制。
关键词：直流电机调速； H桥驱动电路； LED显示屏; 51单片机目录摘要2摘要错误!未定义书签。
目录3第 1 章引言41.1 概述41.2 国外发展现状41.3 要求51.4 设计目的及6第 2 章项目论证与选择72.1 电机调速模块72.2 PWM调速工作模式72.3 PWM脉宽调制方式错误!未定义书签。
2.4 PWM 软件实现错误!未定义书签。
第三章系统硬件电路设计83.1 信号输入电路83.2 电机PWM驱动模块电路9第 4 章系统的软件设计104.1 单片机选型104.2 系统软件设计分析10第 5 章 MCU 系统集成调试135.1 PROTEUS 设计与仿真平台错误!未定义书签。
18传统开发流程对比错误!未定义书签。
第一章简介1.1 概述现代工业的电驱动一般要求部分或全部自动化，因此必须与各种控制元件组成的自动控制系统相联动，而电驱动可视为自动电驱动系统的简称。
在这个系统中，生产机械可以自动控制。
随着现代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动电驱动正朝着计算机控制的生产过程自动化方向发展。
以实现高速、高质量、高效率的生产。
在大多数集成自动化系统中，自动化电力牵引系统仍然是不可或缺的组成部分。
基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法
基于单片机pid算法的直流电机速度控制方法基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法是一种常用的技术，其基本原理是通过调节PWM（脉宽调制）信号的占空比来控制电机的输入电压，从而实现电机的速度控制。
以下是基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法的基本步骤：1.设定目标速度：首先，需要设定电机的目标速度。
这可以通过按键或其他输入设备来实现。
2.采集实际速度：为了实现精确的控制，需要实时获取电机的实际速度。
这可以通过在电机转轴上安装光电编码器或霍尔传感器来实现，这些传感器可以实时检测电机的转速并将其转换为电信号。
3.计算偏差：单片机通过比较目标速度和实际速度，计算出速度偏差。
如果实际速度小于目标速度，偏差为负；反之，偏差为正。
4.应用PID算法：单片机使用PID算法来处理速度偏差。
PID控制器通过比例、积分和微分三个环节来计算控制量，以尽可能消除偏差。
具体的PID参数（如Kp、Ki、Kd）可以根据实际情况进行调整，以获得最佳的控制效果。
5.生成PWM信号：基于PID控制器的输出，单片机生成PWM信号来调节电机的输入电压。
占空比决定了电机输入电压的大小，进而影响电机的转速。
6.实时调整：在整个控制过程中，单片机不断采集电机的实际速度，计算偏差，并调整PWM信号的占空比，以使电机尽可能接近目标速度。
7.显示和保存数据：为了方便调试和观察，可以通过单片机的显示屏实时显示电机的实际速度和偏差。
此外，也可以将重要的数据保存在单片机的内部或外部存储器中。
8.安全保护：为了防止电机过载或意外事故，单片机应具备安全保护功能。
例如，当电机实际速度超过设定速度一定时间时，单片机应自动切断电源或发出报警信号。
基于单片机PID算法的直流电机速度控制方法具有精度高、稳定性好、适应性强等优点，广泛应用于各种需要精确控制电机速度的场合。
单片机控制的直流电机正反转和加速减速C程序
单片机控制的直流电机正反转和加速减速C程序简介本文档旨在向读者介绍如何使用单片机控制直流电机实现正反转和加速减速功能的C程序。
程序实现正反转控制以下是控制直流电机正反转的C程序示例：include <avr/io.h>void motor_forward(){// 设置引脚控制直流电机正转}void motor_reverse(){// 设置引脚控制直流电机反转}int main(){// 初始化单片机引脚设置和其他必要的配置while (1){// 检测是否需要正转或反转，根据需要调用motor_forward()或motor_reverse()函数}return 0;}加速减速控制以下是控制直流电机加速减速的C程序示例：include <avr/io.h>void motor_speed_up(){// 调整引脚控制直流电机的占空比以加速电机转速}void motor_slow_down(){// 调整引脚控制直流电机的占空比以减速电机转速}int main(){// 初始化单片机引脚设置和其他必要的配置while (1){// 检测是否需要加速或减速，根据需要调用motor_speed_up()或motor_slow_down()函数}return 0;}结论通过上述示例程序，我们可以实现通过单片机控制直流电机的正反转和加速减速功能。
读者可以根据实际需求进行相应的参数调整和功能扩展。
请注意，上述示例程序仅为演示目的，具体的引脚配置和控制方式需根据实际硬件和单片机型号进行调整。
51单片机控制直流电机调速系统流程图：
51单片机控制直流电机调速系统流程图：
题目：单片机控制直流电机调速系统——软件设计
1. 编一段显示程序分别显示当前的转速和我们所需要的转速。
显示用4段数码管来实现。
2：编一段PWM调速的程序，来控制脉冲的宽度从而来控制电机的转速。
3：通过霍尔传感器测速，利用霍尔把信号传给单片机，单片机利用计数器的功能来记录转速，并同时把转速用数码管显示出来。
4：由于真实的转速和我们所设订的转速可能存在很大的误差，所以要编一段PID调速的程序，通过PID调节来减少误差。
5.要3个按键，键1实现设定转速的功能，键2实现切换功能（从所设定的转速切换到真实的转速的显示，键3实现开关的功能。
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。
单片机对电机的调速控制电路
单片机对直流电机的调速控制电路刘新阳李静晶摘要：脉宽调制(PWM)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，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
在所设计的这个电路中，用PWM对直流电机转速做精确控制。
电路中用到的电机驱动芯片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。
关键字：PWM 单片机L298 直流电机一、引言提到电机转速控制一般大家都会想到调节电机的供电电压，但调节电压会使电机的转矩发生很大的变化。
在实际生活中，很多时候我们希望能在电机转速得到控制的前提下保持电机的转矩，怎样克服这个问题呢，在查询了很多资料和进行了大量实验后我认为使用电机的PWM控制可以很好的解决这一问题。
二、设计原理在电机控制中我采用了脉宽调制PWM，脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。
9V电池本身就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。
与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。
而模拟信号与数字信号的区别在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V, 5V}这一集合中取值。
尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。
其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。
能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重(如老式的家庭立体声设备)和昂贵。
模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。
模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。
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第1章绪论1.1课题背景直流电机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电机的调速控制是电机应用的一个重要技术保障。
直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。
为此，本文设计了一个直流电机控制系统，可以实现对直流电机转动速度和转动方向的高效控制。
1.2 毕业设计任务本设计的目的是以单片机为核心设计出一个直流电机控制系统。
本系统采用STC10F04作为控制单元，通过键盘实现对直流电机转动方向及转动速度的控制，并且将直流电机的转动速度动态显示在LED数码管上。
通过本课题，一方面我在查阅资料的基础上，了解STC10F04单片机控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现方法,能对单片机外围电路设计进行系统学习与掌握；另一方面，通过设计直流电机控制系统的硬件电路，控制程序和相应的电路图，培养自己的自学和动手能力，从而为今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。
设计的直流电机控制系统有以下功能：1. 直流电机的启停控制2．直流电机的正反转控制3. 直流电机的加速控制4. 直流电机的减速控制5. 直流电机转速的动态显示1.3方案的选择直流电机在当今生活的各方面应用越来越广泛，直流电机的调速控制是电机应用的一个重要技术保障。
直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。
目前，直流电机调速控制方法很多，随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(pulse width modulation，简称PWM)已成为直流电动机新的调速方式。
这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，硬件比较简单，运算速度快，精度高，因此具有很好的发展前景。
本设计采用单片机产生PWM脉宽信号来控制直流电机的转速。
1.4系统方案的实现单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。
复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。
时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。
键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的P2.0、p2.1、p2.2和P2.3相连。
实现对直流电机的控制。
并且键盘上连接有发光二极管，以指示键盘状态。
数码显示模块采用共阴极数码管来动态显示直流电机的实际转动速度。
利用I/O口为数码管的com端提供低电平。
二号单片机的P1口提供数码管的段选信号，P2.6和P2.7控制数码管的位选信号。
测速模块采用开关霍尔片对安放在直流电机转盘上的小磁片的磁信号进行检测，直流电机转盘每次带动小磁片经过霍尔片时，其都将有脉冲信号从霍尔片输出。
单片机外部中断口对信号进行采集。
直流电机驱动模块选用驱动芯片L298，驱动直流电机转动。
该模块与单片机的P1.0—P1.3相连。
电源模块是通过将市电220V转变为直流12V和直流5V分别供给驱动模块和单片机模块。
采用电源模块LM2576和L7805第2章硬件系统分析与设计2.1 直流电机2.1.1 直流电机的结构由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成控制。
2.1.2 直流电机的特性1. 调速性能好所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。
直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。
2. 起动力矩大可以均匀而经济地实现转速调节。
因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。
2.1.3 直流电机的种类直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。
根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。
1．他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。
图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。
永磁直流电机也可看作他励直流电机。
2．并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。
作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
图2.1直流电机励磁方式3．串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。
这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。
4．复励直流电机复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。
若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。
若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。
一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式2.1.4 直流电动机的工作原理用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边 a b 和 c d 分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势。
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势因为电刷 A 通过换向片所引出的电动势始终是切割N 极磁力线的线圈边中的电动势。
所以电刷 A 始终有正极性，同样道理，电刷B 始终有负极性。
所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。
结论：线圈内的感应电动势是一种交变电动势，而在电刷AB端的电动势却是直流电动势。
大致应用了“通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线同有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。
要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。
为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理2.2 直流电机控制系统的组成直流电机控制系统共分为六个模块：单片机最小系统模块、键盘控制模块、数码显示模块、测速模块、直流电机驱动模块和电源模块。
单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。
复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。
时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机各个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。
键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的P2.0、p2.1、p2.2和P2.3相连。
实现对直流电机的控制。
并且键盘上连接有发光二极管，以指示键盘状态。
数码显示模块采用共阴极数码管来动态显示直流电机的实际转动速度。
利用I/O口为数码管的com端提供低电平。
二号单片机的P1口提供数码管的段选信号，P2.6和P2.7控制数码管的位选信号。
测速模块采用开关霍尔片对安放在直流电机转盘上的小磁片的磁信号进行检测，直流电机转盘每次带动小磁片经过霍尔片时，其都将有脉冲信号从霍尔片输出。
单片机外部中断口对信号进行采集。
直流电机驱动模块选用驱动芯片L298，驱动直流电机转动。
该模块与单片机的P1.0—P1.3相连。
电源模块是通过将市电220V转变为直流12V和直流5V分别供给驱动模块和单片机模块。
采用电源模块LM2576和L78052.2.1总体设计框图图2.2总体设计框图 2.2.2单片机最小系统1.单片机概述近年，由于CHMOS 技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS 化。
CMOS 芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。
这也是今后以80C51取代8051为标准MCU 芯片的原因。
因为单片机芯片多数是采用CMOS （金属栅氧化物）半导体工艺生产。
CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。
采用双极型半导体工艺的TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。
随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS （高密度、高速度MOS ）和CHMOS 工艺。
CHMOS 和HMOS 工艺的结合。
目前生产的CHMOS 电路已达到LSTTL 的速度，传输延迟时间小于2ns ，它的综合优势已在于TTL 电路。
因而，在单片机领域CMOS 正在逐渐取代TTL 电路。
单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。
其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU 通过它们将地址输出到存储器或I/O 接口；数据总线的作用是在CPU 与存储器或I/O 接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括CPU 发出的控制信号线和外部送入CPU 的应答信号线等。
电源模块键盘模块电机模块数码管显示模块 STC10F04 测速模块2.STC10F04单片机图2.3 STC10F04单片机最小系统考虑到经济和可靠性的要求，本设计中采用STC10F04单片机，它是单时钟/机器周期（1T）的单片机。
是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。
指令代码完全兼容传统8051，但速度快8.12倍。
表2.1 STC10F04单片机参数型号工作电压Flash程序存储器字节定时器T0、T1 中断优先级STC10F04 5.5V—3.8V/3.3V 4K 有 2表2.2 STC10F04单片机优点超强抗干扰，超强抗静电速度快，1个时钟/机器周期，可用低频率晶振输入输出口多，最多有40个I/O超低功耗单片机应用(电源)注意事项:在电源两端应该加一个47uF以上的电解电容和一个0.1uF的小电容，进行电源去藕滤波。
2.2.3键盘控制电路键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。
键盘实质是一组按键开关的集合。
键盘所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。
一个电压信号在机械触点的断开、闭合过程中，都会产生抖动，一般为5—10ms；两次抖动之间为稳定的闭合状态，时间由按键动作所决定；第一次抖动前和第二次抖动后为断开状态。
按键的闭合与否，反映在输出电压上就是呈现出高电平或低电平。
通过对输出电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。
在本设计中，高电平表示按键断开，低电平表示按键闭合状体。