目录
一、实验目的 (1)
二、实验器材 (1)
三、实验对象介绍 (1)
四、实验思路 (1)
五、实验过程 (2)
六、实验结果 (7)
七、出现问题及解决方案 (8)
八、总结 (9)
直流电动机转速控制实验
一、实验目的
1.掌握控制系统的结构框架和基本环节对系统的影响或作用
2.建立数学建模的思想，学会用建模思想解决控制系统问题
3.通过设计的测速闭环反馈控制系统让直流电动机达到理想和稳定的转速
二、实验器材
直流电动机、电路实验箱、电动机驱动模块、电源模块、导线若干
三、实验对象介绍
被控对象：电动机
被控量：电动机的转速
四、实验思路
1、首先通过实验测定直流电动机转速模型的传递系数K 、时间常数T,以获得电机转速的传递函数1
)(+=ΦTs K s 。 2.然后对未校正的直流电机转速控制系统建立数学模型。
3.最后添加校正环节到控制系统，使电机转速达到预定转速
电路直流电机控制系统模拟
五、实验过程
1.接线
（1）电机：粗线（红、黑端）接输入驱动模块的out+和out-，细线（红、黑端）接测速反馈；
（2）电源模块：输出端v+、com（提供24V电压）分别接电动机驱动模块的电源输入端BAT+、GND；
（3）电动机驱动模块：S1端接地，S2端接控制信号；out+和out-为控制信号输出;EN、COM两端短接，控制其工作使能；（注：若输出信号为负，短接DIR和COM）。
2.获取电机转速的传递函数
（1）电动机的传递函数为一阶系统，给控制系统加一个单位阶跃输入，测其输出响应。但输出仿真波形中出现了大量高次噪声，所以需串联一个滤波环节。
（2）一阶积分环节具有滤除高频噪声的能力，同样二阶惯性环节也能滤除高频噪声，由于二阶惯性环节电路图比较复杂，所以选用一阶积分环节。一阶环节的电路原理图如下：
（3）加入滤波环节后再对其加单位阶跃输入，测得其输出响应波形为
通过测试得到k=1.04,t=0.296，所以电机转速的传递函数为 1296.004
.1)(+=Φs s 。
3.系统性能测试
通过MATLAB 软件得到系统的频率特性和时域特性，其
MATLAB 程序如下：
G=tf([1.04],[0.296 1]);
t=0:0.005:5;
y=step(G ,t);
r=1;while y(r)<1.001;r=r+1;end;
rise_time=(r-1)*0.005
[ymax,tp]=max(y);
peak_time=(tp-1)*0.005
max_overshoot=ymax-1
s=1001;while y(s)>0.98&y(s)<1.02;s=s-1;end;
settling_time=(s-1)*0.005
由伯德图得时域特性：相位裕量为164度，幅值裕量为无穷。所以频率特性比较好。
时域特性为：
通过计算得此时系统稳态差e ss=0.533，稳态误差较大，需加校正环节。
4. 添加校正环节，建立电机转速模型
由于需要使调节时间变短，稳态误差变小，使用PID（比例-微分-积分）环节。
（1）比例-微分-积分环节
PID控制是根据系统的误差或者加上系统误差的变化率，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。电路原理图如下：
增到比例环节P项将加快系统的响应，其作用是放大误差的幅值，能快熟影响系统的控制输出。过大的比例会使系统出现振荡，影响系统稳定性。
积分I项的作用是消除稳态，能对稳定后有累积误差的系统进行误差整理减小稳态误差。
微分F项具有超前作用，可以使系统的超调量减小，稳定性增加，减小动态误差。
（2）加校正建模仿真
加入校正环节后整个系统的原理图如下
其仿真的最理想结果如下：
由仿真结果得 31
2==R R K (为P 项增益)， 05.01*1==C R T （为微分项增益），
10=τ(为积分项增益).
所以校正环节的传递函数 005
.0)
101)(05.01()(S S K s G ++= 六、 实验结果
单位输入波形图为
其输入值为1.216V
输出波形图为：
其输出值为1.281
七、出现问题及解决方案
1.难以将所学的自动控制内容与实际的电机转速控制相结合。需通过建立数学模型将其转化为控制问题
2..测取电机转速参数时出现高次噪声，采取添加高通滤波环节措施
3.没有经过MATLAB的仿真，想直接通过实际控制来得到校正后的理想效果。
这是一个错误的措施，因为实验室的直流电动机的额定电压为5v，不经仿真就直接对电动机进行控制极易因为电压过高而烧毁电机和实验设备，这是不容许的，所以实验中需注意这点。
另外，直接对电动机进行控制也极难的校正的最佳效果，还是得先经仿真测试，这样实际效果相对较好，也相对安全。
八、总结
通过本次实验设计，我们将理论与实践更好的联系起来，通过不断尝试校正，不断修改参数，我们从中掌握了PID校正的一般规律，并且加深了对理论知识的理解，因此收获很大。
经过本次自动控制原理实验的学习，我对MATLAB 当中的SIMLINK 有了全新的认识，那是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。同时通过课程的学习，复习了SIMLINK 中的各个环节的操作，掌握了改变步长和算法的基本分析方法。
作为整个学习体系的有机组成部分，实验设计虽然安排比较紧，但并不具有绝对独立的意义。①运用学习成果，把课堂上学到得系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和想法。②检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到得有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实际依据。
单片机课程设计
基于单片机的转速测量系统设计 【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用C语言编程,结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计 【关键词】转速测量; 单片机; 霍尔传感器；电机；脉冲。
1.概述 1.1 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
直流电机测速 摘要 设计一种直流电机调速系统，以STC89C52 为控制核心，通过ULN2003 驱动电机，使用ST151 测量转速，实现了按键输入、电机驱动、转速控制、转速显示等功能。 关键词：直流电机, 80C51, ULN2003, 转速控制
第一章题目描述直流小电机调速系统： 采用单片机、ul n2003 为主要器件，设计直流电机调速系统，实现电机速度开环可调。 要求：1、电机速度分30r /m、60r /m、100r /m共3 档；2、通过按选择速度； 3、检测并显示各档速度。所需器件： 实验板（中号）、直流电机、STC89C52、电容（30pFⅹ2、10uF ⅹ2）、数码管（共阳、四位一体）、晶振（12M H z ）、小按键（4 个）、ST151、电阻、发光二极管等。 第二章方案论述按照题给要求，我们最终设计了如下的解决方案：用户通过 键盘键入控制指令（开关），微控制器在收到指令 后改变输出的 PW M波，最终在 U LN2003 的驱动下电机转速发生改
变。通过 ST151 传感器测量电机扇叶的旋转情况，将转速显示在数码管上。 在程序主循环中实现按键扫描与转速显示，将定时器0 作为计数器，计数ST151 产生的下降沿，可算出转速，并送至数码管显示。 第三章硬件部分 设计 系统硬件部分包含输入模块、显示模块、控制模块、测速模块等。在硬件搭建前，先通过Pr ot eus Pr o 7. 5 进行硬件仿真实现。 1. 时钟电路 系统采用12M 晶振与两个30pF 电容组成震荡电路，接STC89C52 的 XTAL1 与 XTAL2 引脚，为微控制器提供时钟源 2. 按键电路
单片机原理及应用 课程设计报告书 题目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓名：徐银浩 学号：1110702225 专业：电子信息工程 指导老师：沈兆军 设计时间：2014年 11月 信息工程学院
目录 1. 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2. 方案设计 (1) 3. 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51最小系统 (3) 3.2 按键电路 (4) 3.3 A/D转换模块 (4) 3.4. D/A转换模块 (6) 3.5 电机转速测量电路 (7) 3.6 显示电路 (8) 3.7 总电路图 (10) 4. 软件设计 (111) 4.1 系统主程序设计 (12) 4.2 按键扫描程序设计 (12) 4.3 显示子程序 (12) 4.4 定时中断处理程序 (12) 4.5 A/D转换程序 (13) 5. 系统调试 (14) 6. 设计总结 (16) 7. 参考文献 (17)
8. 附录A；源程序 (18) 9. 附录B；电路原理总图、作品实物图片 (23)
用单片机控制直流电动机并测量转速 1 引言 1.1. 设计意义 电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。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，本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。 1.2.系统功能要求 单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。 通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速。 手动扩展。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电动机减速减。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。 用显示器LED或LCD显示数码移动的速度，及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。 2 方案设计 为了使用单片机对电动机进行控制，对单片机的基本要求应有足够快点速度；有捕捉功能。总体设计方案如图所示
北京工业大学 课程设计报告 学院：＿＿＿电控学院＿＿＿专业：＿电子科学与技术＿＿班级：＿120231＿组号＿16＿ 题目：1＿直流电机测速＿＿＿2＿小型温度控制系统＿姓名：＿＿王宁＿＿＿＿＿＿学号：＿＿12023110＿＿＿＿ 指导教师：＿＿＿杨旭东＿＿成绩＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
目录 一、前言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3 （一）设计题目﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3（二）课题背景 (3) 二、设计要求 (3) （一）设计任务 (3) （二）设计框架图 (4) （三）参考元器件﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4 （四）设计要求 (4) 1、电源模块 (4) 2、信号处理模块 (4) 3、功率放大模块 (4) （五）发挥部分 (5) 三、设计原理 (5) （一）设计原理说明 (5) （二）电源模块 (5) 1、方案选择 (5) 2、原理分析 (6) （三）变送器模块 (9) 1、方案选择............................................................................................... - 9 - 2、原理分析 (10) （四）驱动器 (11) 1、方案选择 (11) 2、原理分析 (11) 四、系统调试及实物图 (11)
（一）调试顺序说明 (11) （二）电源模块调试 (11) （三）变送器模块调试 (12) （四）驱动器模块调试 (12) 五、实物图﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍13 六、实验中问题分析及解决 (14) （一）稳压电源电路板 (14) （二）变送器电路板 (14) （三）驱动电路板 (15) 七、数据与误差分析 (15) （一）稳压电源电路板 (15) （二）变送器电路板 (16) （三）驱动器模块电路板 (16) 八、附录 (17) （一）系统电路的工作原理图 (17) （二）元器件识别方法和检测方法 (17) （三）参考资料 (18) 九、心得体会 (19)
单片机直流电机控制实训报告
基于AT89C51单片机的直流电动机控制器设计 实训报告 专业：弹药工程与爆炸技术 班级：弹药二班 学生姓名：杨宁 指导教师：佟慧艳 能源与水利学院
1 实训目的 通过单片机实训使学生能够掌握利用Keil软件编写单片机程序，学会设计完整的单片机应用系统；依托Protues仿真平台进行单片机电子应用系统设计与仿真，使学生掌握单片机应用系统的设计技能；培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力以及实际动手能力和查阅资料能力。
2 实训任务及要求 2.1 任务描述 一单片机为控制核心设计一款直流电机电机控制系统，可以实现直流电机的加速、正转、反转等控制方式。 2.2 任务要求 1)用AT89C51单片机实现上述任务要求； 2)在Keil IDE中完成应用程序设计与编译； 3)在Proteus环境中完成电路设计、调试与仿真。
3 系统硬件组成与工作原理 3.1单片机的控制器与最小系统 单片机的最小系统是指有单片机和一些基本的外围电路所组成的一个可以使单片机工作的系统，一般来说，它包括单片机、晶振电路和复位电路（如图一）。 图1 最小系统设计截图 （一）控制器部分分析 AT89C51（如图2）是一种带4K字节FLASH存 储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微 处理器，俗称单片机。 AT89C51提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪 速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两 个16位定时/计数器，一个5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，AT89C51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，
实训题目: 温度控制直流电动机转速 学生姓名：崔敬通 学号： 201223160126 专业：电子信息工程 2013年11月27日
1 引言 直流电机具有良好的线性调速特性和控制性能，使其调速控制占主流地位。尽管交流变频电机、步进电机等在控制调速领域的应用比较广泛，但直流电机调速仍是大多数调速控制电机的最佳选择。89C55单片机支持C语言编程，可移植性好，速度快，已被广泛应用于机电一体化、工业控制、智能仪器仪表等领域。现应用89C51单片机对直流电机速度进行有效测试和控制，通过对直流电机转速脉冲和中断次数的计数，可实现根据输入值控制直流电机的转速。 2 设计任务与要求 根据设计需要，通过测量原件把检测到的直流电机转速读入到89C55单片机中，再通过编程使读入的数值在显示器上显示出来。若检测到的电机转速等于设定值，则对直流电机的转速进行记录；若检测到的电机转速没有达到设定值，则通过加大数值或模数转换芯片使电机速度提升至设定值；若检测到电机转速超过设定值则通过模数转换芯片把电机速度降至设定值。通过这种实时检测和在线控制的方式使单片机能够对直流电机 2.1系统的设计要求及主要技术指标 本论文要求使用单片机进行电路设计，同时单片机部分应带有显示功能。单片机对某个位置进行温度监控，当外部温度≥45℃时，电动机加速正转，当温度≥75℃时，电动机全速正转；当外部温度≤10℃时，电动机加速反转，当温度≤0℃时，电动机全速反转；当温度回到10℃～45℃之间时电动机逐渐停止转动。 2.2系统总体方案 系统总体方案设计，如下图2.1
图2.1 系统总体方案图 2.3总体方案论述 该系统采用AT89C55单片机为核心，通过DS18B20进行温度采集，送入单片机，经过软件编程进行温度的比较和范围划定，然后通过程序控制由单片机产生不同的PWM（脉冲宽度调制）信号，送给电机驱动芯片L298的使能端口，通过L298驱动芯片来控制直流电机的启动、速度、方向的变化；单片机将温度数据传送给LM016L显示温度。整个电路设计包括温度采集模块，单片机控制模块，温度显示模块，和电机及电机驱动模块。 3硬件电路设计 MCS-51系列单片机 Intel公司推出的8位单片机： 1976年推出的MCS-48系列：8039，8048等。
可实现功能： 1 可控制左右旋转 2 可控制停止转动 3 有测速功能，即时显示在液晶上 4 有速度档位选择，分五个档次，但不能精确控速 5 档位显示在液晶上 用到的知识： 1 用外部中断检测电机送来的下降沿，在一定时间里统计 脉冲个数，进行算出转速。 2 通过改变占空比可改变电机速度，占空比的改变可以通过改变定时器的重装初值来实现。 3 要想精确控制速度，还需要用自动控制理论里的PID算法，但参数难以选定，故在此设计中没有涉及！ #include<> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PW1=P1^0 ; sbit PW2=P1^1 ; ; write_data('0'+shi); write_data('0'+ge); }
/******延时函数********/ void delay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--) ; } /************写指令************/ void write_com(uchar com) { lcdrs=0; Da=com; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; } /************写数据**********/ void write_data(uchar date) { lcdrs=1; Da=date; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; } /************液晶初始化**********/ void lcd_init() { lcden=0; write_com(0x38) ; //初始化 write_com(0x0c) ; //打开光标 0x0c不显示光标 0x0e光标不闪，0x0f光标闪 write_com(0x01) ; //清显示 write_com(0x80+0x40); write_data('0');
设计名称：直流电机调速及速度系统设计院系：工学院电气与信息工程系专业班级：自动化 小组组号： 小组成员： 日期：
一、方案比较、设计与分析 1、稳压电源 直流稳压电源通过MC34063芯片所构成降压电路，把输入的24V的直流电压降为12V的直流稳压电源，为所有的电路模块和系统提供所需要的电源电压该电路的仿真图如图3所示。 图1 直流稳压电源 2、电机调速模块 脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM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。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。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”时间的长短即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，从而达到控制电动机转速的目的。 图2 占空比仿真波形
图 3 电机调速电路图 3、测速模块 方案一：霍尔传感器测量方案 霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的，其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件霍尔转速传感器其引脚封装如图3所示。在直流电机扇叶两端放置固定的互相垂直的感应接收装置A和B，在电机的扇叶上贴上磁片HA和HB，当电 机转动的时候就会产生速度感应信号。 图4 霍尔元件封装图 优点：采用霍尔传感器是通过对磁场的感应，从而产生电信号脉冲的元件，霍尔 元件的感应灵敏，能够比较准确的反映直流电机的转速，而且改元件的体积较小， 方便使用。 方案二：光电传感器采集速度数据 转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在直流电机的扇叶上做好光电标记,具体 办法可以是:将一片白色的纸板作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定 在正对光电标记的某一适当距离处。当直流电机转动时，光电头每照到一次白色 的纸板，光电传感器就会产生一个脉冲信号，从而达到计数的目的。
设计题目:直流电机控制电路设计 一设计目得 1掌握单片机用PWＭ实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求 用已学得知识配合5１单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路，并用示波器观察其模拟变化状况。 三设计思路及原理 利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一５１系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWＭ信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从８051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT８9Ｃ5１得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PＷM波输出,P3、１为转向控制输出，Ｐ3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速，晶振为12Ｍ,利用定时器控制产生占空比可变得PＷM波，按K1键,PＷM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键，PＷＭ值减少，则占空比减小，电机转慢，当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警 四实验器材 DＶCＣ试验箱导线若电源等器件
PROＴＵＥS仿真软件KRＩＬ软件 五实验流程与程序 #incｌuｄe 〈 reg51、h > sbiｔK1 =P１^０；增加键 ｓbit Ｋ2 =P１^１ ; 减少键 sbit K３ =P1^２；转向选择键 sbit PWＭＵOT =P3^０； PWM波输出?? ｓbｉｔｔurn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbiｔ BＥEP =P3^2 ；蜂鸣器 unｓiｇned iｎｔ PWＭ； void Ｂeep（void）; ｖｏiｄ deｌay（ｕnｓiｇned int n）; void main(ｖｏid) ｛ TＭOＤ=0ｘ1１；//设置T0、Ｔ1为方式1，(1６位定时器) TH0＝0 ; 65536us延时常数{ｔ=(6５536—TH)/fose／12} ?ＴL0=０； TＨ１=PＷＭ; //脉宽调节,高８位 ? TＬ１=0； ＥA=１;? //开总中断 ＥＴ0＝１; //开Ｔ0中断? ET1=１；??//开T1中断
目录 一、设计目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (3) 二、设计方案及论证之硬件电路设计 (3) 2.1芯片简介 (3) 2.2 电路原理图 (4) 2.21 电机测速即驱动部分： (4) 2.22电路供电系部分 (5) 2.23显示部分 (5) 三、设计方案及论证之软件设计 (6) 3.1 程序设计思路 (6) 四、器件清单 (13) 五、器件识别与检测 (14) 六、仿真结果： (15) 七、软件简述 (15) 7.1 keil 简介 (15) 7.2 keil与proteus联调与仿真实现 (16) 九、参考文献 (17) 课程设计任务书
一、设计目的及要求 1.1 设计目的 本设计主要是应用proteus软件和嵌入式C语言编程工具，结合单片机原理及应用。危机原理与接口技术等专业课程，强化和巩固专业理论基础，掌握
Proteus仿真的技巧和嵌入式C语言编程工具，提高单片机开发能力，并为嵌入式开发打下基础。 1.2 设计要求 (1) 使用 AT89C51单片机为核心,使用 4 位集成式数码管显示当前温度,温度传感器使用 DS18B20,使用 L298 驱动直流电动机。 (2)用 4 位集成式数码管显示当前温度, , 当温度在≥ 45 C 时, 直流电动机在 L298 0 0 驱动下加速正转,温度在≥ 75 C 全速正转;当温度≤ 10 C 时,直流电动机加速反转,温度≤ 0 C 时,直流电动机全速反转;温度 10 C ~ 45 C 之间时,直流电动机停止转动。 (3)控制程序在 Keil 软件中编写,编译,整个控制电路在 Proteus 仿真软件中连接调示。 二、设计方案及论证之硬件电路设计 2.1芯片简介 本设计选择采用AT89C51单片机为核心。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。同时，AT89C51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，但震荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
一、概述 该课程设计是关于直流电动机转速的测量。转速是电动机极为重要的一个状态参数，一般是指电机转子的每分钟转数，通常用r/min 表示。本次课程设计选用光电测速法，测量电路由光电转换电路，整形电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，时序控制电路和计数、译码、驱动、显示电路构成，电机转速的测量范围为600r/min~30000r/min ，测量的相对误差 1%，并用5位LED 数码管显示出相应的电机转速。 本次课设需满足以下设计要求： 1根据技术指标，设计各部分电路并确定元器件参数； 2.用5位LED 数码管显示出相应的电机转速； 3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图要规范化）。 二、方案论证 本课程设计是设计电机转速测量系统，采用光电测速方案，将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量，方案中包括光电转换电路，整形电路，闸门电路，晶体振荡电路，分频电路，倍频电路，控制电路和计数、译码、驱动、显示电路。原理方框图如图1所示： 在电动机转轴上安装一个圆盘，在圆盘上打6个均匀小孔。当电动机旋转时光源通过小孔投射到光敏三极管上，就产生了一序列的脉冲信号，光敏三极管产生的脉冲信号频率与电机转速成正比。脉冲信号经过整形电路转变成方波，再用二倍频电路使整形后的信号频率变为原来的二倍。再由晶体振荡电路输出的信号经过215分频电路， 光电转换电路 整 形 电 路 闸 门 电 路 计数、译码、驱动、显示 电路 输入 信号 晶体振荡器 电路 分 频 电 路 控 制 电 路 图1 电机转速测量系统原理框图
产生1Hz的基准信号，再经过10分频，便可产生一个0.1Hz的基准信号，该基准信号用来控制闸门电路，把经过倍频的光电转换后的信号计数并显示出来 三、电路设计 1.光电转换电路 在该部分可以用发光元件作为光的发射部分，可以选择发光二极管作发光元件，接收部分则要选择光敏三级管作为接受部件。其原理是用光敏三极管接收发光二极管通过小孔发射过来的光信号。在电机的转轴上安装上已打好6个均匀小孔的圆盘，让发光二极管与光敏三极管通过小孔相对，这样电机每转动一周，光线就会相应通过小孔6次，因为光电转换器受光一次就会产生一个脉冲，所以说电机在每转一周后就会相应的产生了6个脉冲。光电转换电路原理如图2所示： 图2 光电转换电路原理图 图中R1和R2为两个为350Ω限流电阻，LED持续发出的光被带孔圆盘间歇性阻断，变成间断的光信号，而光敏三极管将接收到的光信号转化成电信号，作用于之后的系统。 2.整形电路 整形电路用555定时器构成施密特触发器，利用施密特触发器，将输入的信号进行整形，输出为方波。2和6管脚连在一起接输入信号，从3管脚输出，输入信号与 输出信号反相，在5管脚接入10nF的滤波电容，当输入电压v i ﹤1/3Vcc时，v o 输出 为高电平，当输入电压v i ﹥2/3Vcc时，v o 输出为低电平。整形电路接法及输出波形如 图3和图4所示：
实验四直流电机PLC控制实验一、实验目的 1．掌握PLC的基本工作原理 2．掌握PID控制原理 3．掌握PLC控制直流电机方法 4．掌握直流电机的调速方法 二、实验器材 1．计算机控制技术实验装置一台 2．CP1H编程电缆一条 3．PC机一台 三、实验内容 根据输入，实现PLC对直流电机的调速PID控制。1、输入功能 （1）功能操作，按钮1 1．1、按钮1按下一次，显示SV(设定点值)。 1．2、按钮1按下两次，显示速度设定值。 1．3、按钮1按下三次，设定P值，显示。 1．4、按钮1按下四次，显示P值。 1．5、按钮1按下五次，设定I值，显示。 1．6、按钮1按下六次，显示I值。 1．7、按钮1按下七次，设定D值，显示。 1．8、按钮1按下八次，显示D值。
1．9、按钮1按下九次，显示At（PID 自调整增益） 1．10、按钮1按下十次，自整定显示 1．11、按钮1按下十一次，复位 （2）增加按钮2，数值增加 （3）减小按钮3，数值减小 （4）确定按钮4，操作确定 2、PWM脉冲输出，接输出101.00。 3、直流电机测速，光耦，接高速脉冲输入。 4、LED显示，根据按钮输入，显示设定值/测量值/加减量。 四、实验原理 1．直流无刷电机PWM调速原理 PWM的意思是脉宽调节,也就是调节方波高电平和低电平的时间比,一个20%占空比波形,会有20%的高电平时间和80%的低电平时间，而一个60%占空比的波形则具有60%的高电平时间和40%的低电平时间,占空比越大,高电平时间越长,则输出的脉冲幅度越高,即电压越高.如果占空比为0%,那么高电平时间为0,则没有电压输出.如果占空比为100%,那么输出全部电压。 PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压，所以通过调节占空比,可以实现调节输出电压的目的,而且输出电压可以无级连续调节。在使用PWM控制的直流无刷电动机中，PWM控制有两种方式：(1)使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么
温度控制直流电机转速 设计报告 院系：物电学院 专业：电子信息工程 学号：201000920146 姓名：赵婧
摘要 本文是对直流电机PWM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AT89C51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。单片机在程序控制下，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用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。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。 关键词：AT89C51单片机；PWM调速；正反转控制；仿真。
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based on SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation
直流电机调速与测速系统设计 【摘要】直流电机具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性。利用PWM 脉冲信号的占空比决定输出到直流电机的平均电压的大小。通过调节占空比，可以实现调节输出电压的目的，而且输出电压可以实现无级连续调节。以AT89S51单片机为核心的直流电机调速与测速系统的设计方法，给出了系统的主电路结构，以及驱动电路设计和系统软件设计。充分利用了单片机的优点，具有频率高、响应快的特点。 【关键词】直流电机；单片机；调速测速；PWM；占空比 直流电机是工业生产中常用的驱动设备，具有良好的起动、制动性能。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复杂、功能单一，调试困难。采用单片机控制系统，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。 1.基于单片机的PWM直流调速原理 PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）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技术，广泛应用在测量、功率控制与变换等许多领域中。脉宽调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极的偏置，改变晶体管导通时间。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。 PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。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”。PWM的占空比决定输出到直流电机的平均电压。所以通过调节占空比，可以实现调节输出电压无级连续调节。 2.调速和测速系统的主体电路设计 整个系统由输入电路、PWM调制、测速电路、驱动电路、控制部分及显示等部分组成，PWM调制选用AT89S51单片机通过软件实现频率和占空比的调节。 2.1 直流电机调速的设计方案 驱动电路用光耦隔离保护电路，控制部分由单片机和外围电路组成，实现各种控制要求，外围电路主要完成对输入信号的采集、操作、对速度进行控制，显示部分采用四位共阳数码管。系统方框图如图1所示。
本科实验报告 课程名称：微机原理及接口技术 课题项目：直流电机测速实验 专业班级：电科1201 学号：2012001610 学生姓名：王天宇 指导教师：任光龙 2015年 5 月24 日
直流电机测速实验 一、实验目的 1.掌握8254的工作原理和编程方法 2.了解光电开关，掌握光电传感器测速电机转速的方法。 二、实验内容 光电测速的基本电路有光电传感器、计数器/定时器组成。被测电机主轴上固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外线发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外线光通过，接收管导通，输出低电平。红外线被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内传感器发出的脉冲个数，就可以计算车电机的转速， 三、线路连接 线路连接：8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8354计数器/定时器1作为计数器，，输入CLK1与直流电机计数端连接，GATE1与8254的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。如下图所示。
四、编程提示 8254计数器/定时器1作为计数器记录脉冲个数，计数器/定时器0和2作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出点击每分钟的转速并显示在屏幕上， 8255的PA0根据OUT2的开始和结束时间，通过PC0向8254计数器/定时器1发出开始和停止计数信号。 五、流程图
六、实验程序： DATA SEGMENT IOPORT EQU 0D880H-0280H IO8255K EQU IOPORT+283H IO8255A EQU IOPORT+280H IO8255C EQU IOPORT+282H IO8254K EQU IOPORT+28BH IO82542 EQU IOPORT+28AH IO82541 EQU IOPORT+289H IO82540 EQU IOPORT+288H MESS DB 'STRIKE ANY KEY,RETURN TO DOS!', 0AH, 0DH,'$' COU DB 0 COU1 DB 0 COUNT1 DB 0 COUNT2 DB 0 COUNT3 DB 0 COUNT4 DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT
实验四直流电机测速实验 一、实验目的： （1）掌握8254的工作原理和编程方法； （2）了解光电开关，掌握用光电传感测量电机转速的方法。 二、实验内容： 光电测速的基本电路由光电传感器，计数器/定时器组成。被测电机主轴上 固定一个圆盘，圆盘的边缘上有小孔。传感器的红外发射端和接收端装在圆盘的两侧，电机带动圆盘转到有孔的位置时，红外光通过，接收管导通，输出低电平。红外光被挡住时，接收截止，输出高电平。用计数器/定时器记录在一定时间内 传感器发出的脉冲个数，就可以计算出电机的转速。 三、线路连接： 线路连接如图4.5所示，8254计数器/定时器0和2作为定时器，确定测速时间，定时器0的CLK0连1MHZ脉冲频率，OUT0作为定时器2的输入，与CLK2 相连，输出OUT2与8255的PA0端相连。GATE0和GATE2均接+5V，8254计数器/ 定时器1作为计数器，输入CLK1与直流电机计数关连接，GATE1与8255的PC0相连。电机DJ端与+5V~0V模拟开关SW1相连。 四、编程提示： 8255计数器/定时器1作为计数器，记录脉冲个数，计数器/定时器0和2 作为定时器，组成10~60秒定时器，测量脉冲个数，算出电机每分钟的转速并显示在屏幕上。 8255的PA0根据OUT２的开始和结束时间，通过ＰＣ０向８２５４计数器／定时器１发出开始和停止计数信号。
五、流程图 如图4.6所示 图 4.6直流电机测速程序流程图 六，编写源程序如下： DATASEGMENT IOPORTEQU0D880H-0280H IO8255KEQUIOPORT+283H;8255控制口 IO8255AEQUIOPORT+280H;8255A口 IO8255CEQUIOPORT+282H;8255C口 IO8254KEQUIOPORT+28BH;8254控制 IO82542EQUIOPORT+28AH;8254计数器2 IO82541EQUIOPORT+289H;8254计数器1 IO82540EQUIOPORT+288H;8254计数器0 MESSDB'STRIKEANYKEY,RETURNTODOS!',0AH,0DH,'$' COUDB0
XI`AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 课程名称直流电机测速调速实验 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：秦刚 成绩： 2016年7月11 日
计算机控制系统课程设计 ——直流电机测速调速系统 一、选定题目：电机速度控制系统 二、设计目的和要求： 计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。课程设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。 三、功能需求： 1、基本功能： （1）该系统使用实验箱的直流电机、1602 液晶、 DA、键盘等模块完成设计； （2）直流电机通过DA模块使用PWM方式进行驱动及调速； （3）能够通过 1602 液晶显示当前转速及 PWM占空比；（4） 通过按键控制电机的启动和停止。 2、扩展功能： （1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒），启动电机后控制电机稳定 在目标转速； （2）使用 1602 液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off ）。 四、实验思路： 本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据 PWM调速的基本原理，控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。本设计的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前
提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分， 是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现 的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。 用51 来产生 PWM波就必须要用软件编程的方法来模拟。方法大概可以分为软件延时和定时器产生两种方法。本次课程设计我们采用定时器产生PWM方波。 定时器产生PWM:这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电 平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的pwm波形。 五、实验设备： 单片机开发实验仪一台； AT89C51； LCD1602； DA数模转换； 按键； 光电开关 六、实验原理： 1、硬件框图： 硬件部分主要由电位器、模数转换模块、51 单片机、显示模块、驱动电路 和无刷直流电机组成。其功能框图如下：
单片机课程设计报告书 题目：电机测速系统 院系名称：自动化学院 学生姓名： 专业名称：自动化 班级：自动XXXX班 时间：20XX年X月X日至 X月XX日
电机测速系统 一、设计目的 随着科技的飞速发展，计算机应用技术日益渗透到社会生产生活的各个领域，而单片机的应用则起到了举足轻重的作用。在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速。因此设计一种较为理想的电机测速控制系统是非常有价值的。 二、设计要求 1.用按键控制电机起停； 2.电机有两种速度，通过按键来改变速度； 3.通过数码管显示每分钟或每秒的转速。 四、设计方案及分析（包含设计电路图） 1． STC89C52单片机介绍 STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
（1）单片机最小系统 单片机最小系统电路如图所示，由主控器STC89C52、时钟电路和复位电路三部分组成。单片机STC89C52作为核心控制器控制着整个系统的工作，而时钟电路负责产生单片机工作所必需的时钟信号，复位电路使得单片机能够正常、有序、稳定地工作。 图单片机最小系统 （2）晶振电路 （3）复位电路
机电学院 电子课程设计报告题目：直流电机测速器 专业班级：应用电子技术111 姓名： 时间：2013.12.9 ～2013.12.27 指导教师： 完成日期：2013年12月27日
直流电机测速器设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个电动机测速器，要认真并准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）测量电动机六秒钟所转的圈数，显示电动机转速； （2）3个数码管显示电动机转速（转/分）； （3）转速超出所测范围时，进行灯光报警。 2．设计内容 （1）画出电路原理图； （2）元器件及参数选择； （3）电路仿真； （4）搭接所设计的电路完成设计功能。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录 1引言 (1) 2 总体设计方案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.2 总体设计框图 (2) 3 设计原理分析 (2) 3.1 传感器电路 (2) 3.2 计数电路 (3) 3.3 显示电路 (5) 3.4 定时电路 (6) 3.5报警电路 (7) 3.6总体电路 (7) 3.7仿真电路 (8) 3.8调试图 (9) 4 总结与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1 (11)
直流电机测速器 摘要：在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。本设计主要用霍尔传感器、LED数码显像管、555定时器、及74LS93组成的计数器构成。本文重点是测量速度并在3位LED数码管上显示电机六秒钟所转圈数，及超过预定值时经行的灯光报警。 关键词：霍尔元件，小直流电机，定时 1引言 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。本文将介绍利用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)来获取脉冲信号经行测速。 2总体设计方案 2.1设计思路