单片机电机加减速课程设计

指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院计算机控制技术课程设计报告基于MCS51单片机控制系统设计单位（二级学院）： xxxxx学生姓名： xxxx专业：自动化班级： xxxxx学号： xxxxxx指导教师： xxxx设计时间： 2012 年 6 月重庆邮电学院自动化学院制摘要 (3)第1章本次设计的基本要求 (4)1.1基本要求 (4)第2章方案的论证 (4)2.1 控制方式的确定 (4)2.2 驱动方式的确定 (5)2.3 驱动电路的选择 (5)2.4 基本方案的确定 (6)第3章硬件电路的设计 (7)3.1 单片机的选择 (7)3.1.1 单片机的引脚功能 (7)3.1.2 主要特性： (8)3.2 步进电机的选择 (9)3.3驱动电路的选择 (10)3.4 显示电路与键盘的选择 (11)3.5 反馈电路的选择 (13)3.5.1光电编码器原理 (13)3.5.2步进电机测速原理 (14)3.5.3闭环PID控制原理 (14)第4章算法的设计： (15)4.1步进电机控制算法 (15)4.2 步进电机转速测量算法 (15)4.3 PID 控制算法 (15)4.3.1 位置式PID的控制算法 (16)4.3.2 增量式PID的控制算法 (16)第5章实验结果 (18)第6章问题总结 (20)6.1复位电路： (20)6.2数码管驱动： (20)6.3独立键盘： (21)6.4步进电机算法整定： (21)6.5焊接电路图： (22)第7章参考文献 (23)附录一分工表 (24)附录二：系统PCB图 (25)附录三：电路原理图 (26)附录四：仿真原理图 (27)附件五：元器件封装规格 (28)附录六：源程序 (29)摘要步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89C51完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。

实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。

整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制，操作方便，节省成本。

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。

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。

基于单片机控制的直流电机调速系统设计一、引言直流电机在工业自动化领域中广泛应用，其调速系统的设计是实现自动控制的关键。

本文将介绍一种基于单片机控制的直流电机调速系统设计方案，主要包括电机原理、硬件设计、软件设计以及实验结果与分析等内容。

二、电机原理直流电机是一种将直流电能转换为机械能的装置，其原理基于电磁感应和安培定律。

电机由定子和转子两部分组成，定子上绕有恒定电流，产生磁场，而转子上带有电流，与定子的磁场互相作用，产生力矩使电机旋转。

三、硬件设计1.单片机选择在本设计中，选择了一款功能强大、性能稳定的单片机作为控制核心，例如使用ST C89C51单片机。

该单片机具有丰富的GP IO口和定时器/计数器等外设，适合进行电机控制。

2.电机驱动电路设计电机驱动电路主要包括功率电源、运放电路和驱动电路。

其中，功率电源为电机提供稳定的直流电源，运放电路用于信号放大和滤波，驱动电路则根据控制信号控制电机的转速。

3.速度测量电路设计为了实时监测电机的转速，需要设计速度测量电路。

常见的速度测量电路包括光电编码器、霍尔传感器等，通过测量转子上感应物体的变化来获得电机的转速信息。

四、软件设计1.程序框架软件设计的目标是实现对电机转速的控制和监测。

基于单片机的软件设计主要包括主程序的编写、中断服务程序的编写以及定时器的配置等。

2.控制算法常见的直流电机调速算法包括电压调速法、P WM调速法等。

根据实际需求选择合适的算法，并根据测量到的转速信号进行反馈控制，实现对电机转速的精确控制。

五、实验结果与分析设计完成后，进行实验验证。

通过设置不同的转速需求，观察电机的实际转速与设定转速的误差，并分析误差原因。

同时还可以测试电机在不同负载下的转速性能，以评估系统的稳定性和鲁棒性。

六、总结基于单片机控制的直流电机调速系统设计是实现自动控制的重要应用。

本文介绍了该系统的硬件设计和软件设计方案，并展示了实验结果。

通过系统实现电机转速的精确控制，可以广泛应用于工业自动化领域。

C 语言实现单片机控制步进电机加减速源程序1. 引言在现代工业控制系统中，步进电机作为一种常见的执行元件，广泛应用于各种自动化设备中。

而作为一种常见的嵌入式软件开发语言，C 语言在单片机控制步进电机的加减速过程中具有重要的作用。

本文将从单片机控制步进电机的加减速原理入手，结合 C 语言的编程技巧，介绍如何实现单片机控制步进电机的加减速源程序。

2. 单片机控制步进电机的加减速原理步进电机是一种能够精确控制角度的电机，它通过控制每个步骤的脉冲数来实现旋转。

在单片机控制步进电机的加减速过程中，需要考虑步进电机的加速阶段、匀速阶段和减速阶段。

在加速阶段，需要逐渐增加脉冲的频率，使步进电机的转速逐渐增加；在匀速阶段，需要保持恒定的脉冲频率，使步进电机以匀速旋转；在减速阶段，需要逐渐减小脉冲的频率，使步进电机的转速逐渐减小。

这一过程需要通过单片机的定时器和输出控制来实现。

3. C 语言实现步进电机加减速的源程序在 C 语言中，可以通过操作单片机的 GPIO 来控制步进电机的旋转。

在编写源程序时，需要使用单片机的定时器模块来生成脉冲信号，以控制步进电机的旋转角度和速度。

以下是一个简单的 C 语言源程序，用于实现步进电机的加减速控制：```c#include <reg52.h>void main() {// 初始化定时器// 设置脉冲频率，控制步进电机的加减速过程// 控制步进电机的方向// 控制步进电机的启停}```4. 总结与回顾通过本文的介绍，我们了解了单片机控制步进电机的加减速原理和 C 语言实现步进电机加减速源程序的基本思路。

掌握这些知识之后，我们可以更灵活地应用在实际的嵌入式系统开发中。

在实际项目中，我们还可以根据具体的步进电机型号和控制要求，进一步优化 C 语言源程序，实现更加精准和稳定的步进电机控制。

希望本文能为读者在单片机控制步进电机方面的学习和应用提供一定的帮助。

5. 个人观点与理解在我看来，掌握 C 语言实现单片机控制步进电机加减速源程序的技术是非常重要的。

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 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)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；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。

科技学院《单片机》课程设计题目基于单片机的电机调速系统设计学生姓名专业班级级电气工程及其自动化班学号院（系）电气工程学院指导教师完成时间年月日目录1 课程设计的目的 (1)2 课程设计的任务与要求 (1)2.1设计任务 (1)2.2设计要求 (1)3 课程设计方案与论证 (2)3.1硬件方案 (2)3.2方案论证 (3)4 总体硬件电路设计 (4)4.1复位电路 (4)4.2振荡电路 (4)4.3驱动电路 (5)4.4显示电路 (6)5 单元电路的设计（计算与说明） (6)6 硬件制作与调试 (7)6.1系统调试 (7)6.2系统仿真 (8)7 总结 (9)参考文献 (11)附录1：总体电路原理图 (12)附录2：实物图 (13)附录3：元器件清单 (14)附录4：程序代码 (15)1 课程设计的目的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。

直流电机调速平滑，调速范围广，过载能力强，可实现频繁的无级快速起动、制动、加减速和正反转。

为了满足生产过程自动化系统化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，通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应用而生。

PWM直流电机调压调速系统拥有需要的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好。

通过此次课程设计的学习使我熟练掌握了这个调速系统，对我们今后的工作有十分重要的意义。

本课题是以单片机为主要控制核心，针对直流电机的调速系统进行设计，通过本次课程设计培养我们综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深多所学知识的理解。

2 课程设计的任务与要求2.1 设计任务1．熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。

2．按照确定的方案设计单元电路。

要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。

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。