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本科毕业设计
毕业设计（论文)论文题目基于单片机的伺服电机控制器基千单片机的伺服电机控制器随着电力电子技术、智能控制技术的发展成熟，伺服机控制器已成为自动化装置的一个重要部分。
例如，印刷机应用了伺服机控制器来控制电机的转速和传送长度。
本论文阐述了基于单片机的伺服机控制器的控制原理，位置控制和电子齿轮的特点和应用，采用单片微机AT89S52作为中央控制器，AM26LS31为驱动器。
AT89S52主要与E - II控制器连接了位置控制，方向控制，正反转限制等。
AT89S52从P1 口输出脉冲序列，利用I丨控制器电子齿轮简便设置，控制伺服电机的总转动角度，控制输出脉冲的频率就可以控制伺服电机的速度，以达到控制伺服电机的目的。
此外还介绍了 E - II的控制器的结构连接图，特性，功能和用户常数设定，SGM □丨1型伺服机的发展，优点和工作原理。
还有介绍伺服系统的基本内容。
关键词：伺服系统；位置控制；电子齿轮；单片机AT89S52摘要ABSTRACTAs development of electric and electronic technology , intellectual control technology being ripe, the servo machine controller has already become an important part of the automatic device . For example, the printing machine has used the servo machine controller to control the rotational speed of the electrical machinery and length of conveyance. Thi k s thesis has explained the principle of control based on servo machine controller of the one-chip computer, position control and electronic characteristic and application of gear wheel, adopt single blocks of computer AT89S52 as the central controller, AM26LS31 is a driver . AT89S52 has connected position control with controller mainly, directional control, rotate positive and negativly and limit etc.. AT89S52 outputs the pulse array from PI mouth, utilizes controller's electronic gear wheel to be set up simply and conveniently, controlling always rotating the angle of the servo electrical machinery, controlling the frequency of outputting the pulse can control the temjx) of the servo electrical machinery , in order to achieve the goal of controlling the servo electrical machinery. In addition has recommended the structure of the controller of connect and pursue , the characteristic, the function and user's constant are established , SGM .The development of the type servo machine , the advantage and operation principle. Still introduce the basic content of the servo system.KEY WORDS: Servo system ; Position control; Electronic gear wheel ；One-chip computer AT89S52目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................................................................................................................... I I 引言 . (1)1伺服电机和控制器 (2)1.1伺服机的介绍 (2)1. 1. 1交流祠服机的发展 (2)1. 1. 2交流祠服机的优点 (2)1.2控制器的介绍 (2)1. 2.1控制器的特点 (2)1. 2. 2 E - IH司服控制器的介绍 (3)1. 2. 3 S - II伺服控制器的功能说明 (6)1. 2. 4 E - II伺服控制器的设定 (8)2伺服系统的控制 (11)2.1伺服电机的基本原理 (11)2. 1. 1伺服电机的工作原理 (11)2. 1. 2伺服电机的特点 (12)2.2伺服系统的介绍 (12)2.2.1伺服系统的概念 (12)2. 2. 2伺服系统定义 (13)2.2.3伺服的主要任务 (13)2.2.4伺服系统的组成 (13)2. 2. 5伺服系统的性能要求 (13)2. 2. 6伺服系统的种类 (13)2. 2. 7伺服系统对伺服电机的要求 (14)2.2_ 8伺服控制方式的优点和缺点 (14)3基于单片机的伺服机控制器 (15)3.1元器件AM26LS31和AT89S52的介绍 (15)3. 1. 1 AM26LS31 的工作原理 (15)3. 1. 2 AT89S52 的介绍 (15)3. 1. 3 AT89S52单片机的引脚介绍 (16)3.1.4中断系统 (18)3.2位置控制 (19)3. 2. 1位置指令 (19)3. 2. 2基于单片机的数字位置控制 (19)3. 2. 3位置控制的控制原理 (19)基千单片机的伺服电机控制器3. 2.4脉冲信号的产生 (20)3. 2. 5伺服电机的转速控制方式 (20)3. 3控制单元 (20)3. 4超程设定 (21)3. 4. 1超程设定的概念 (21)3.4. 2超程功能的使用 (21)3. 5 PWM控制技术 (22)3. 5. 1 PWM控制技术的定义 (22)3. 5. 2 PWM技术的应用 (22)3. 6电子齿轮 (23)3. 6.1电子齿轮的概念 (23)3. 6. 2电子齿轮的设定方法 (23)3. 6. 3电子齿轮比（B/A)。
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。
基于单片机的伺服电机转速控制系统
基于单片机的伺服电机转速控制系统摘要传统的晶闸管直流调速系统,其控制回路都是采用模拟电子线路构成的,晶闸管触发器多数还是采用分立元件组成的，这使得控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高。
针对传统的晶闸管直流调速系统的一些不足，提出了一种基于单片机的伺服电机转速控制系统的设计方法，并介绍了PID控制算法的设计。
本设计使用AT89C52作为控制芯片,以PI(比例-积分)调节控制算法为基础,采用软件编程产生脉宽比可控的脉宽调制信号,再通过功率放大电路H桥驱动电路来控制伺服电机电枢电压，从而完成对伺服电机转速的调节,达到了较好的控制性能。
同时通过4*4小键盘输入设定的伺服电机转速，用光电编码器来测定伺服电机转速，显示在4位LED 上。
关键词：直流调速；PID控制算法；AT89C52；脉宽调制；伺服电机The Servo Motor Speed Control System Based On MCUAbstractThe conventional DC drive system of SCR, which Control loop is consisting of simulate electronic circuits, and the SCR trigger is mostly made up of the discrete component, so the hardware devices are extremely complex in the Control loop，the installation and trial run difficultly, the relative failure rate is high. To solve the problems, this paper presents one kind design method of the servo motor speed control system based on MCU, and introduces the design of the PID control algorithm.This design uses AT89C52 as the controller chip, takes PI (proportion - integral) regulation control algorithm to be the foundation, adopts software programming to get the signal for Pulse-Width-Modulation, and controls the armature voltage of servo motor through H bridge driving circuit in power amplification electric circuit, thus it completes to adjust the servo motor rotational-speed, and achieves the good control performance. Meanwhile it set s the servo motor rotational-speed through the 4*4 small keyboard, and minutes the speed of the servo motor by the optical encoder, then shows the speed of the servo motor on the 4 LED.Key word: Direct-current speed regulation; PID control algorithm; AT89C52;Pulse-Width-Modulation; Servo motor目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题的研究背景及意义 (1)1.2 转速控制系统设计目标及技术要求 (3)第二章伺服电机转速控制系统设计 (4)2.1 系统硬件组成原理 (4)2.2 PID控制算法简介 (4)2.2.1 位置式PID控制算法 (6)2.2.2 增量式PID算法 (8)第三章硬件部分的设计 (12)3.1 直流电机调速原理 (12)3.2 PWM波形发生电路 (13)3.2.1 PWM基本原理 (13)3.2.2 PWM信号的产生 (14)3.3 PWM功率放大电路 (15)3.3.1 H桥驱动电路原理 (15)3.3.2 PWM驱动电路原理图 (17)3.4 测速电路 (18)3.5 键盘电路 (19)3.6 LED显示电路 (21)3.7 AT89C52的时钟电路 (23)3.8 AT89C52的复位电路 (24)第四章软件部分的设计 (26)4.1 主程序流程 (27)4.2 PID控制算法程序流程 (28)4.2.1 PID控制算法选择 (28)4.2.2 PID运算控制模块子程序 (29)4.3 按键处理子程序 (30)4.4 键盘扫描程序 (31)4.5 转速采集子程序 (31)4.6 LED显示子程序 (32)结束语 (33)附录A 基于单片机的伺服电机转速控制系统电路图 (34)附录B 源程序 (35)附录C 基于单片机的伺服电机转速控制系统器件一览表 (57)参考文献 (58)致谢 (60)第一章引言1.1 课题的研究背景及意义目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
基于单片机的伺服电机控制系统设计
• 146•基于单片机的伺服电机控制系统设计郴州职业技术学院 张玲玲当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
其中，步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。
研究伺服电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
本系统是基于80C51的伺服电机控制系统，在脉冲控制控制作用下控制电机运行于0-3000转/分钟，并实现正转与反转。
1 引言在自动控制系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
它有直流电机和交流电机之分。
其中交流伺服有更广的适用性。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向。
本文介绍如何使用C8051F060来控制交流伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。
2 系统设计图1所示是伺服电机控制系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。
图1 伺服电机控制系统图3 电路及原理3.1 主芯片介绍C8051F060是Silicon Lab 公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU 。
它使用了Cygnal 专利的高速、流水线结构以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。
C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO 。
3.2 LED电路如图2所示，系统使用6个LED 数码管显示伺服电机的转速，LED 数码管采用MC14489芯片进行驱动，MC14489采用SPI 通信方式和CPU 进行通信，可以节省IO 口的使用。
3.3 编码器及处理电路系统采用多个BCD 拨码开关来设置系统运行参数。
BCD 拨码开关是十进制输入，BCD 码输出，又称为8421拨码开关。
每位BCD 拨码开关可输入1位10进制数。
每个BCD 拨码开关后面有5个接点，其中C 为输入控制线，另外4根是BCD 码输出信号线。
伺服电机控制系统毕业设计
由于直流伺服电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点，故在当今国民经济的各个领域，如医疗器械、仪表仪器、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。直流伺服电动机的应用主要分为以下几类:
定速驱动机械
一般不需要调速的领域以往大多是采用三相或单相交流异步和同步电机。随着电力电子技术的进步，在功率不大于 且连续运行的情况下，为了减少体积，节省材料，提高效率和降低能耗，越来越多的电机正被直流伺服电动机逐步取代，这类应用:有自动门、电梯、水泵、风机等。而在功率较大的场合，由于一次成本和投资较大，除了永磁电机外还要增加驱动器，因此目前较少有应用。
系统给定转速由键盘输入，并能实时显示转速；功率芯片选用性能价格比较高的快速MOSFET；功率驱动选用带保护电路和过流输出的集成芯片IR2130，可实现电机的高频快速起动；系统还设置了电流采样电路，与速度反馈电路组成双闭环系统，可以实现电机的快速起动并获得良好的带负载性能，达到了设计任务书的要求。
软件方面根据直流伺服电动机的组成、脉宽调制和工作原理，结合80C196MC的硬件部分和软件编程的特点，设计了无刷直流调速系统的软件。系统软件分为主程序和中断程序两大主块，主程序完成系统的初始化， LED显示器扫描和键盘功能处理程序等部分。
进入90年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、MCT等相继问世，以及微处理器、大规模集成电路技术的发展，逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向发展，并出现集半导体开关、信号处理、自我保护等功能为一体的智能功率模块（正M）和大功率集成电路，使直流伺服电动机的关键部件之一―逆变器的成本降低，且向高频化、小型化发展。同时，永磁材料的性能不断提高和完善，特别是钕、铁、硼永磁材体的热稳定性和耐腐蚀性的改善，加上永磁电机研究和开发经验的逐步成熟，稀土永磁直流伺服电动机的应用和开发进入一个新阶段，目前正朝着超高速、高转矩，高功能化、微型化方向发展[3]。
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课程设计
课程设计任务书摘要随着电子行业的飞速发展，单片机在我们的生活中出现的越来越多，更加成为了不可或缺的主角。
单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。
从单片机的发展历程看，未来单片机技术将向多功能、高性能、高速度、低电压、低功耗、外围电路内装化及片内储存器容量增加的方向发展。
直流伺服驱动器凭借其优异的驱动性能，在工业、医疗、国防等领域有着广泛应用。
传统的伺服驱动器使用运放为核心的模拟电路构成，其有结构复杂、参数调整不易和系统性能易受环境影响等缺点。
随着微处理器技术、模拟数字接口技术和功率半导体技术的长足发展，现代的直流伺服驱动器普遍采用由微处理器为核心的数字控制系统。
以微处理器为核心的伺服驱动器不但可以方便实现以前用模拟电路无法实现的控制算法，并且有着结构简单、参数调整方便、系统性能对环境参数不敏感等优点。
在自动化的学习中,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。
本文重点介绍了一种基于单片机的直流伺服电机转速控制实验装置,论述了其硬件组成原理和软件设计思想。
关键字：单片机直流伺服电机转速脉冲目录引言 (1)1 系统设计介绍 (2)1.1系统原理概述 (2)1.2系统设计概述 (3)1.2.1正反转控制设计 (3)1.2.2加速控制设计 (3)1.2.3减速控制设计 (3)2 系统硬件设计 (4)2.1硬件组成 (4)2.2主要器件功能介绍 (5)2.2.1直流伺服电机简介 (5)2.2.2 PWM简介及调速原理 (5)2.2.3 单片机简介 (7)2.2.4 AT89C51简介 (7)2.2.5 使用二极管简介 (10)2.3 电路组成 (11)2.3.1 晶振电路 (11)2.3.2 复位电路 (12)2.3.3 单相桥式整流电路 (12)2.3.4 调制电路 (13)3 系统软件设计 (13)3.1伟福仿真器简介 (13)3.1.1 主界面介绍 (13)3.1.2仿真头介绍 (14)3.2.2 仿真器介绍 (15)3.2 Proteus介绍 (15)3.2.1 Proteus简介 (15)3.2.3 具有4大功能模块 (18)3.2.4 Proteus提供了丰富的资源 (19)3.2.5 电路功能仿真 (20)3.3 程序流程图 (21)3.4 汇编设计 (22)3.5 仿真结果图 (24)设计总结 (25)参考文献 (26)引言脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，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，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
基于单片机的交流伺服电机转速控制系统设计
嵌入式技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY 第32卷第1期2009年1月 基于单片机的交流伺服电机转速控制系统设计张国斌 尹 岗(内蒙古工业大学信息工程学院 呼和浩特 010051)摘 要:设计一种单片机控制下的交流伺服电机转速系统,详细介绍它的硬件组成原理及其软件实现过程,实现了对通用交流伺服电机的速度闭环控制。
通过对实验结果的分析可以看出,本设计基本达到了系统对伺服电机转速控制的要求。
这种方法可以广泛应用于电子机械、纺织机械、印刷机械等诸多行业中。
关键词:单片机;交流伺服电机;速度控制中图分类号:TP368.1 文献标识码:ADesign of AC servo motor speed control system basedon the single2chip microcomputerZhang Guobin Y in G ang(Information Engineering College,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot010051)Abstract:This paper designs a speed system of AC servo motor controlled by single2chip microcomputer.Details of its component of hardware and the process to realize of software.Realized its speed closed2loop control of a universal AC servo motor.Through the analysis on the experimental results,we can see,the design of this system reached the requirements to control the servo motor.This method can be widely used in electronic machinery,textile machinery, printing machinery and many other industries.K eyw ords:single2chip microcomputer;AC servo motor;speed control0 引 言伺服电机属于一类控制电机,分为直流伺服电机和交流伺服电机2种。
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。
单片机控制伺服电机设计(带单片机程序及电路)
程设计说明书题目：基于单片机的步进电机控制系统设计课程：机电一体化系统设计姓名：马福德学号：0804705030指导教师：段广云、俞学兰专业年级：机械设计制造及其自动化（机械电子工程方向）2008级所在院系：机械工程学院完成日期： 2011年7月 10 日答辩日期： 2011年7月 11 日摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。
采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。
软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。
本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片AT6560AHQ驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。
系统由硬件设计和软件设计两部分组成。
其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动模块、数码显示模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。
软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。
软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。
本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。
关键词：步进电机 ,单片机 ,电脉冲信号, 角位移, 转速控制,方向控制ABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, increasing demand for stepper motor, which is widely used in printers, electronic toys and consumer products such as CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and electrical products, and its various national fields are applied. Of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation and so important.Stepper motor is an electric pulse signals can convert the angular displacementor linear displacement of the mechanical and electrical components, stepper motor control system consists of stepper controller, stepper motor power amplifier and so on. Use MCU control, the stepper controller instead of using software to make simple circuit, low cost, reliability greatly increased. Software programming flexibility to produce different types of stepping motor excitation sequence to control the operation of the various stepper motor modeThis design is used AT89C51 of Stepping motor control, through the IO port as a square wave output of the timing of step motor control signal, the signal through the ULN2003 driver chip stepper motor; the same time, with four buttons to the status of the motor control, and dynamic display with digital control motor speed.System consists of hardware and software design of two parts. Among them, the hardware design, including minimum system AT89C51 microcontroller, power supply module, keyboard control module, stepper motor drive (integrated Darlington ULN2003) module, digital display (SM420361K digital control) module, speed modules (including the Hall probe UGN3020) six function modules, and each module in the circuit board to achieve the organic combination. Software design, including keyboard control, stepping motor pulse, the digital dynamic display and speed signal acquisition module, control procedures, and ultimately to the stepper motor rotation direction and rotation speed control of stepper motor rotation speed and dynamic display in the LED digital tube, real-time monitoring of the speed display. Software used in the software environment to edit Keil C language. This system has the intelligence, practicality and reliability features.Key Words： Stepping motor , MCU Pulse Signal , Angular displacement ,Speed control ,Direction control目录1 绪论 (1)1.1背景 (1)1.2设计任务及要求 (1)2 总体方案设计 (2)2.1方案设计 (2)2.2芯片选择 (2)2.2.1 CPU的芯片选择 (2)2.2.2 驱动电路的芯片选择 (3)2.2.3 测试电路的芯片选择 (6)3 系统硬件设计 (7)3.1电机驱动电路 (7)3.2测试及显示电路 (8)3.2.1 CS3020霍尔传感器测试电路 (8)3.2.2 LED数码显示管 (8)3.3电源 (9)3.4两相步进电机 (9)3.5键盘控制系统 (10)4 控制系统软件分析与设计 (11)4.1主程序流程图 (11)4.2读键盘子程序流程图 (11)4.3键盘处理子程序流程图 (12)4.4电机控制中断程序流程图 (12)4.5程序设计平台 (13)4.6源程序清单 (14)5 PCB板设计 (19)5.1设计原则 (19)5.1.1布局操作的基本原则 (19)5.1.2布线原则 (19)5.2PCB板设计方案： (20)5.3PCB板各电器元件的布局 (21)6 设计体会 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (25)A元件清单 (25)B电路PCB图 (26)C电路原理图 (26)1 绪论1.1 背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。
基于单片机的伺服电机控制系统分析
基于单片机的伺服电机控制系统分析随着时代的发展社会的进步，科学技术水平日益提高，电动机被普遍应用到了人民的日常生活及工农业生产过程中，发挥了重要作用。
其中较为典型的控制电机应该是步进电机，在当前多个领域如打印机、加工中心、自动化生产线等均可得到有效应用。
本篇文章通过对系统软件的相关程序的设计、调试以及控制有关的参考数，对单片机的伺服电机的控制系统进行分析。
通过大量的实验和对比，来展现了单片机的伺服电机的控制情况良好。
标签：单片机;伺服电机;控制系统分析引言：当自动控制的系统启动时，单片机的伺服电机的马达能够发挥的主要作用是将电压的控制信号转化为机械位置，然后，接下来再把所收集到的电压信号转化为伺服电机的角位移，又或者是一定的转速。
因此，工作人员可以通过使用单片机来控制伺服电机。
单片机的伺服电机具有灵活、轻巧、体积小、控制方便等方面的优势，所以，伺服电机在现如今的生活之中深受到人们的热爱，从而在控制系统中可以得到广泛的应用。
一、单片机以及伺服电机的总论单片机本质上是一种集成电路芯片，又称微型控制器，单片机是一种由中央处理机、计时器、各种接口组合而成的集成电路芯片，简单来说，单片机就是一台小型的电脑，虽然体积小，但计算机和单片机的差别不是很大，并且，单片机具有的价格低廉的优势，所以作为小型家电控制器来说，单片机具有很高的性价比，单片机的运行是依靠程序来进行的，程序可以人为的进行修改[1]。
相比之下，单片机具有结构简单、灵活性强、体积小、储存方便、能耗少等优势，它在各种恶劣条件下都可以正常的运行，具有较强的环境适应力[2]。
近几年来，我国的计算机随着信息技术和尖端技术的快速发展，单机技术也得到了快速发展，它在家电、电子产品、机械产品等领域也得到了扩大和先进。
伺服电机是由控制部件运行的发动机，是其中的一种变速装置，伺服电机可以调节发动机的转动速度，以电压信号来控制，伺服电机的转动速度和输入信号有着密切的关系。
基于单片机的伺服电机控制系统
230 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology【关键词】单片机 伺服电机 控制系统当自动化控制系统运行时，交流伺服电机的主要功能是把电压控制信号转变为机械位移，然后将接收到的电压信号转变为电机的一定转速或者是角位移，所以可利用单片机来对伺服电机的进行控制。
交流伺服电机的优点较多，其灵巧轻便、体积小，容易控制，因此，交流伺服电机受到人们的喜爱，广泛应用在控制系统之中。
1 单片机、伺服电机概述单片机是一种集成电路芯片，又叫做微型控制器，单片机是将中央处理器、定时器、各类接口都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
简单来说，单片机就相当于一个小型电脑，体积虽小，但是与计算机并无大的差别。
单片机的价格低廉，因此将单片机作为小型家电的控制器具有非常高的性价比。
单片机的运行是依靠程序进行的，这种程序可人进行修改。
单片机与电脑中常用的微型处理器相比构造简单、更具灵活性、体积较小、便于存放、使用方便，并且能耗很低，可在各种恶劣的环境下正常运行，适应环境能力很强。
近年来，随着我国信息技术与高科技的飞速发展，单片机各方面也得到扩展和进步，被家用电器、电子产品、机械产品等广泛应用。
伺服电机是一种控制零部件运转的发动机，是变速装置的一种。
伺服电机可以控制发动机的转速，较为精准，利用电压信号进行控制。
伺服电机的转速与输入信号密切相关。
伺服电机主要分为两大类，即交流电机以及直流电机。
伺服一般情况下都是通过脉冲定位，当伺服电机收到一个脉冲后，就会相对应的转动一个脉冲的角度，从而实现位置的变化，伺服电机本身能够发出脉冲，因此，伺服电机每发生一次位移，都会发出和位移角度相对应的脉冲，这样电机接收和发出的脉冲形成闭环。
2 总设计方案在本次研究之中，所选用的是松下交流基于单片机的伺服电机控制系统文/张靖辉伺服电机，根据单片机的工作原理来实现对松下伺服交流电机的控制。
基于单片机的交流伺服电机控制
05
系统调试与性能测试
系统调试方法与步骤
硬件调试 电源检查：确保电源电压稳定且符合要求。
连接线路检查：确保线路连接正确，无短路或断路现象。
系统调试方法与步骤
• 元器件检查：检查电阻、电容等元器件是否正常工作。
系统调试方法与步骤
软件调试
程序语法检查：确保程序语法 正确，无编译错误。
逻辑错误检查：通过模拟输入 信号，检查程序逻辑是否正确 。
总结词
交流伺服电机驱动器是实现电机控制的关键环节，其设计将直接影响电机的性能和稳定性。
详细描述
在驱动器设计中，需要根据电机的规格参数和性能要求，选择合适的驱动电路和功率器件，并考虑驱动器的抗干 扰性能和保护措施。此外，还需要对驱动器的控制信号进行合理设计，以确保电机能够准确、快速地响应控制信 号。
控制算法设计
总结词
控制算法是实现电机精确控制的关键技术，其设计将直接影响电机的运动特性和控制精度。
详细描述
在控制算法设计中，需要根据电机的运动特性和性能要求，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊 控制、神经网络控制等。同时，还需要对控制算法的参数进行合理调整和优化，以提高电机的控制精 度和响应速度。
03
硬件电路设计与实现
基于单片机的交流 伺服电机控制
2023-11-10
目录
• 交流伺服电机控制概述 • 基于单片机的交流伺服电机控制
方案设计 • 硬件电路设计与实现 • 软件程序设计与实现 • 系统调试与性能测试 • 基于单片机的交流伺服电机控制
展望与优化建议
01
交流伺服电机控制概述
交流伺服电机的基本原理
交流伺服电机是一种基于电磁 感应原理的电动机，主要由定 子和转子组成。
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。
基于单片机的伺服电机控制系统
2.伺服电机程序设计流程成图掌管器的软件重要完成零点定位、伺服机电匀速运转、变速运转掌管和喷印长度掌管几项效力,包括主程序、中断服务程序及伺服机电不同运转速率子程序。
由于伺服机电是经历小车带动喷头横向运转的,所以在程序流程图中将伺服机电带动的喷头简称为小车，主程序流程图如图4-1所示，定时/计数器T1中断服务程序流程图如图4-2所示,它完成对定位脉冲PA的加/减计数，以实时掌管小车的运转长度；INT1中断服务程序用于启动T1对PA计数,其流程图略。
最先DNT1检测到MZA正向喷印一行反向喷印一行转A处直到停机命令结束图4-1主程序流程图图4-2 中断服务程序图在速率 掌管体例下，首先经历伺服 启动器设置好相关参数，然后 经历单片机掌 管器软件将掌管器与伺服启动器的接 口信号INH （在内部 速率指令选择1输入有效）和CL （在内部速率指令 选择1 输入有效）置成四种开关配合之 一，以选择一种运 转速率，则伺服启动器将启动伺服机 电按选定的速率运转。
本体系利用两字节的 辨率为220dpi （点/英寸）。
由于伺服机电每次从以喷印速率运转接到停机信号后要 有一 段运转过冲距离方能停止，且过冲距离与升/降速时间设置及喷印速率有关，所以在掌管喷印的经过的中要充分考虑过冲的长度，以估计实 际的最大喷印长度。
按本体系的请求，在1m/s 的喷印速率时，最合理升/降速时间约为390ms ，此时过冲约为250mm 。
掌管器的软 件重要完成液晶显示、汲取键盘输入、伺服机电匀速运转和气阀掌管几项效力，包括主程序、键盘中断服务程序、定时器T0中断服务程序及液晶显示子程序。
在 交流伺服机电掌管 体系中单 片机的重要功用是发生 脉冲序列，它是经历89C51 的P3.1口发送的。
体系软件编制拔取定时器定时中断 发生周期性脉冲序列，不利用软件延时，不占用CPU 。
CPU 在非中断时间内能够办理 其它事件，唯有到了中断时间，启动伺 服机电滚动一步。
基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计
基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计摘要：单片机的步进电机伺服系统是保证这一类型的单片机装置具备较强使用性能的关键性系统。
本文对这一系统设计工作存在的缺乏进行了分析研究，并且结合单片机装置操作的实际需要，对步进电机伺服系统进行了优化处理策略的制定，对提升单片机装置的综合性应用质量，具有十分重要的意义。
关键词：单片机;步进电机;伺服系统单片机装置的有效应用是提升工业生产性质工作综合性操作价值的关键。
在当前科学技术快速开展的情况下，对步进电机伺服系统进行优化设计，可以为单片机装置应用价值的优化提供帮助，因此，伺服系统的设计已经受到社会各领域的高度关注。
1单片机的步进电机伺服系统设计存在的缺乏〔1〕缺乏对步进电机伺服系统工作原理的合理分析。
目前，一些步进电机在进行根底性技术设计的过程中，对于单片机装置的应用要求研究不够全面，并没有按照电脉冲技术资源应用的实际需要处理步進电机的设计工作，难以为电脉冲技术的成熟应用提供支持。
一些步进电机在具体应用的过程中，对于电脉冲资源的价值应用不够完整，导致电动机装置在进行改进的过程中，很难结合电脉冲的特点进行伺服系统的设计，难以为电动机装置转动价值的控制提供支持。
一些步进电机装置在进行脉冲数调查分析的过程中，对于恒定电流的价值认识不够完整，并没有从脉冲频率的角度进行单片机装置的价值认识，难以为脉冲频率控制工作的改进提供有利支持。
还有局部单片机装置在进行伺服系统操作管理的过程中，对于脉冲数量的价值认识不够全面，并没有结合频率控制以及电动机装置设计的实际需要，制定与电动机转子状态相符合的伺服系统设计方案，很难为单片机装置应用状态的分析提供有利支持。
〔2〕单片机步进电机伺服系统软件设计存在缺乏。
目前，单片机装置在进行上位主机状态研究的过程中，对于上位主机的功能特点认识不够全面，缺乏对用户界面管理状态的研究，这就使得用户界面管理措施的设计工作很难成熟完整的适应步进电机装置管理控制工作的实际要求，难以为步进电机装置运行状态的有效监测提供保障。
基于单片机的伺服电机控制系统
第一章绪论 (2)1.1课题研究的目的和意义 (2)1.2国内现状与发展趋势 (2)1.3伺服电机发展历史 (3)2.2伺服电机工作理 (4)第二章伺服电机控制硬件设计 (5)2. 1 AT89C51单片机硬件结构 (5)2.2钟电路设计 (8)2.3复位电路设计 (8)2.4显示电路设计 (8)2.5按键电路设计 (11)2.6控制伺服电机电路设计 (12)第三章系统软件设计 (14)3.1总体设计思想 (14)3.2主程序设计 (15)程序清单 (16)参考文献 (18)半个世纪来，直流伺服控制系统己经在精密数控机床、加工中心、机器人等领域得到了广泛的应用。
随着伺服电动机技术、电力电子技术、计算机控制技术的发展，使得伺服控制系统朝着控制电路数字化和功率器件的模块化的方向发展。
本文介绍了微机直流伺服系统的硬件、软件设计方案。
硬件设计主要包括：总体方案设计、单片机应用系统设计、驱动电路设计和测量电路设计。
软件编制采用模块化的设计方式，主要包括主程序设计及数字控制算法程序的设计。
通过系统的整体设计，完成了系统的基本要求，系统可以稳定的运行。
关键词：伺服系统单片机Abstract For a half of century, the DC servo control system has been widely used in the NC machine tool, machining center, and robot. , etc. With the technical development of servo motor, electronices power and computer control, the servo control system is making towards digitized and modular design. This paper introduces the hardware, software design plan of DC servo control system on microcomputer. The hardware designed includes mainly: the total project design, single-chip computer application system design, drive circuit design and measure circuit design. The software a dots modular design, includes primarily the main procedure design and increases the design of the deal type arithmetic figure PID calculation way procedure. Through the integral design of the system, the completion of the basic requirements of the system, the system can stable operation Keywords: servo system microcontroller第一章绪论1.1课题研究的目的和意义近年来随着物流仓储设备的快速发展，有很多物流仓储设备都选用多功能工 业门机作为大宗货物进出仓库的阀门。
基于单片机的直流伺服电机PWM控制系统课程设计
成绩运动控制系统课程设计题目: 基于单片机地直流伺服电机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指导教师: 石庆生摘要单片机是应控制领域应用地要求而出现地，随着单片机地迅速发展，起应用领域越来越广.尽管目前已经发展众多种类地单片机，但是应用较广、也是最成熟地还是最早有Intel 开发地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地单片机应用系统.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，自动记录仪表等地驱动，后来用于晶体管器件水平地提高及电路技术地发展，PWM技术得到了高速发展，各式各样地脉宽调速控制器，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地单片机之一，却没有PWM输出功能，本课设采用配合软件地方法实现了MCS—51单片机地PWM输出调速功能，这对精度要求不高地场合时非常实用地.目录1、前言 01.1单片机地发展史 01.2本设计任务 02、总体设计方案 (1)3、硬件电路设计 (1)3.1硬件组成 (1)3.2主要器件功能介绍 (2)3.2.1直流伺服电机简介 (2)3.2.2 PWM简介及调速原理 (3)3.2.3 传感器选择 (3)3.3电路组成 (4)3.3.1 晶振电路 (4)3.3.2 复位电路 (5)3.3.3 单相桥式整流电路 (6)3.3.4 调制电路 (6)4、系统软件设计 (7)4.1系统简介及原理 (7)4.2系统设计原理 (7)4.3程序流程图 (8)5、建模 (9)5.1控制框图 (9)5.2参数计算 (10)5.3PWM变换器环节地数学模型 (11)5.4仿真结果图 (12)总结 (13)参考文献 (14)附件1：汇编设计 (15)附件2： (17)1、前言1.1 单片机地发展史单片机作为微型计算机地一个重要分支,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地近千个分支.如果将8位单片机地推出作为起点，那么单片机地发展历史大致可以分为以下几个阶段：（1）第一阶段（1976—1978）：单片机地控索阶段.以Intel公司地MCS—48地推出是在工控领域地控索，参与这一控索地公司还有Motorola、Zilog等，都取得了满意地效果.这就是SCM地诞生年代，“单片机”一词由此而来.（2）第二阶段（1978—1982）：单片机地完善阶段.Intel公司在MCS—48地基础上推出了完善地，典型地单片机系列MCS－51.它在以下几个方面奠定了典型地通用总线型单片机体系结构.①完善地外部总线.MCS－51设置了经典地8位单片机地总线结构，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地串行通信接口.②CPU外围功能单元地集中管理模式.③体现工控特性地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地指令.（3）第三阶段（1982－1990）：8位单片机地巩固发展及16位单片机地推出阶段，也是单片机向微控制器发展地阶段.Intel公司推出地MCS－96系列单片机，将一些用于测控系统地模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机地微控制器地特征.随着MCS－51系列地广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用地电路技术、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，增强了外围电路地功能，强化了智能控制地特征.（4）第四阶段（1990－）：微控制器地全面发展阶段.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、强运算能力地8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价地专用型单片机.1.2 本设计任务任务: 单片机为控制核心地直流电机PWM调速控制系统.功能主要包括：1)直流电机地正转；2)直流电机地反转；3)直流电机地加速；4)直流电机地减速；5)直流电机地转速在数码管上显示；6)直流电机地启动；7)直流电机地停止；2、总体设计方案总体设计方案地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地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地控制.电动机地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地要求而动作地电机，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地功用所要求，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地增加而均匀下降，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,对它地要求是要有下垂地机械特性、线性地调节特性和对控制信号能作出快速反应.该系统采用地是电磁式直流伺服电动机,其型号为45SY01型,其转速n地计算公式如下:n=E/KΦ=(Ua-IaRa)/KΦ式中n为转速。
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4、王晓民.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天出版社，2002.
年月日
1、电压控制、脉冲控制硬件Verilog HDL程序各一份；
2、电机控制BDF(原理图)各一份；
3、毕业设计说明书一份；
4、英文、中文对照翻译材料一份；
5、实物联机调试。
推荐的主要参考文献和资料：
1、李鸿.单片机原理及应用[M].湖南大学出版社, 2004.7.
2、王晓明.电动机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社, 2002.
毕业设计任务书
（理工类）
题目：
学生姓名：
学号：
专业：
年级：
学院：
指导教师求该单片机系统能通过控制伺服电机器实现师伺服电机的启停、正反转和速度控制。伺服电机型号：松下MSMA022A1C驱动器型号：松下MSDA023A1A。同时，完成3000字以上的英文资料翻译。本设计完成后，应提供以下文档和资料：