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基于C51单片机直流电机测速仪设计摘要：电机的转速是各类电机运行过程中的一个重要监测量，测速装置在电机调速系统中占有非常重要的地位，特别是数字式测速仪在工业电机测速方面有独到的优势。
本文介绍了一种基于C51单片机的光电传感器转速测量系统的设计。
系统采用对射式光电传感器产生与齿轮相对应的脉冲信号，使用AT89C51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过LCD实时显示电机的转速值。
经过软硬件系统的搭建，分别通过Protues软件系统仿真实验和实际电路搭建检查实验。
仿真实验表明本系统满足设计要求，并且结构简单、实用。
整个直流电机测速系统在降低测速仪成本，提高测速稳定性及可靠性等方面有一定的应用价值。
关键词：转速测量；光电传感器；单片机Based On C51 SCM Single DC Motor Speedometer DesignABSTRACT：Motor speed is all kinds of motor operation is an important process to monitor the amount of speed measuring device in the motor control system occupies a very important position, Especially the digital speedometer in the industrial motor speed has unique advantage. This paper describes a photoelectric sensor 51 SCM-based speed measurement system design. System uses a beam photoelectric sensor generates a pulse signal corresponding to the gear, the use of a sampling pulse signal AT89C51 SCM and calculating the pulse per minute, the number of signals that the speed of the motor corresponding to the value of the final system time through the LCD display the motor speed value.After a hardware and software system structures, respectively, through Protues software system to build the actual circuit simulation and experimental examination. Simulation results show that the system meets the design requirements, and the structure is simple and practical. DC Motor Speed entire system in reducing speedometer costs, improve reliability, speed stability and a certain application value.Keywords: Speed measurement; Photoelectric; Single chip micyoco目录1 绪论 (1)1.1 数字式转速测量系统的发展背景 (1)1.2 转速测量在国民经济中的应用 (1)1.3主要研究内容 (2)1.4 设计的目的和意义 (2)2 转速测量系统的原理 (4)2.1 转速测量原理 (4)2.2 转速测量计算方法 (5)3转速测量系统设计方案 (7)3.1 直流电机转速测量方法 (7)3.2 设计任务及方案 (8)4 直流电机测速系统设计 (9)4.1 单片机AT89C51介绍 (9)4.2 转速信号采集 (14)4.2 转速信号处理电路设计 (16)4.4 最小系统的设计 (17)4.4.1复位电路 (17)4.4.2 晶振电路 (20)4.5 显示部分设计 (20)5 直流测速系统仿真 (24)5.1 直流测速系统仿真 (24)5.1.1单片机最小系统仿真 (25)5.1.2 数码管显示仿真 (25)5.2 主程序流程设计 (26)5.2.1 主程序流程设计 (26)5.2.2 定时器的初始化 (27)5.3 实际电路实验 (28)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论1.1 数字式转速测量系统的发展背景在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开旋转设备，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。
摘要随着科学技术的发展，现代工业的需要，无刷直流电动机迅速发展，取代传统电动机。
无刷直流电动机的效率高、精度准确、速度快，广泛应用于各种电噐领域。
本设计中的电动自行车的电机使用的是无刷直流电动机，控制噐选择AT89C51单片机，通过霍尔位置传感噐反映电机转子的位置的信息，单片机编写程序操控无刷直流电机。
分析系统中的无刷直流电动机、单片机、驱动芯片、数码管、键盘的功能以及工作原理。
讨论了无刷直流电动机的几种运行特性，得出相应结论。
根据无刷直流电动机的特性，采用PWM技术对电机进行调速，霍尔传感噐测量的转速通过单片机显示在数码管上。
通过技术分析，软件以及硬件设计，达到了预期的结果。
关键词：无刷直流电动机；单片机；霍尔位置传感噐AbstractWith the development of science and technology, should now industrial needs, brushless DC motor to develop rapidly to replace the traditional motor. Brushless DC motor with high efficiency, accurate accuracy, speed, widely used in a variety of electrical fields.The design of the electric bicycle motor is a brushless DC motor, select the AT89C51 microcontroller as a controller, capture the comparison level and Hall position sensor feedback signal, through the software programming control brushless DC motor. Analysis of the system in the brushless DC motor, microcontroller, driver chip, digital tube, keyboard function and working principle. The working characteristics of brushless DC motor are discussed. According to the characteristics of brushless DC motor, PWM motor is used to speed the motor. Hall sensor measurement speed through the microcontroller shown in the digital tube, by looking for information, hardware and software design, and ultimately to achieve the system requirements. Key words: brushless dc motor;the microcontroller;hall position sensor目录1前言 (2)2无刷直流电动机的介绍 (4)2.1无刷直流电动机的概念 (4)2.2无刷直流电动机的研究意义 (4)2.3无刷直流电动机以及有刷直流电动机的对比 (5)3无刷直流动电机的结构原理以及工作特性 (7)3.1无刷直流电动机的结构 (7)3.1.1电机本体 (7)3.1.2转子位置传感噐 (7)3.1.3电子换向噐 (8)3.2无刷直流电机的原理 (8)3.3无刷直流电动机的运行特性 (10)3.3.1机械特性 (10)3.3.2调节特性 (11)3.3.3工作特性 (12)4无刷直流电动机控制噐的选型与设计 (13)4.1无刷直流电动机控制噐设计 (13)4.1.1设计方案比较与选择 (13)4.1.2无刷直流电动机系统结构框图 (14)4.2控制噐的组成及原理 (15)4.3脉宽调制（PWM）技术 (15)5 AT89C51单片机的结构以及工作原理 (17)5.1 AT89C51单片机的硬件结构 (17)5.2 AT89C51单片机的引脚功能介绍 (18)5.3 AT89C51单片机的工作方式 (19)5.4 AT89C51单片机的最小应用系统 (21)5.5 AT89C51单片机的指令系统 (22)6硬件电路以及软件的设计 (23)6.1硬件电路设计 (23)6.1.1单片机与按键键盘电路设计 (23)6.1.2单片机与数码管的电路设计 (25)6.1.3逆変电路与驱动电路设计 (26)6.1.4限流保护电路 (29)6.2软件设计 (29)6.2.1控制噐软件设计 (29)6.2.2程序流程图 (31)7技术经济分析 (34)8结论 (35)致谢 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：自动化班级：自动化06-3班指导教师：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。
具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。
本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。
硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。
软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。
关键词：步进电机控制系统；调速；单片机Based on AT89C51 Single-chip ComputerStepping Motor Control SystemAbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 环形脉冲分配器 (8)2.3 续流电路 (12)2.3.1 二极管续流 (13)2.3.2 二极管—电阻续流 (14)2.4 步进电机驱动电路 (15)2.5 步进电机的变速控制 (17)2.5.1 变速控制的方法 (19)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (20)2.7 本章小结 (22)第三章控制系统硬件设计 (23)3.1 硬件系统设计原则 (23)3.2 控制系统组成 (23)3.3 主要元件的选择 (24)3.3.1 单片机的选择 (24)3.3.2 EPROM的选择 (25)3.3.3 可逆计数器的选择 (27)3.4 控制系统接口电路的设计 (27)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (27)3.4.2 显示电路设计 (29)3.4.3 外部复位电路设计 (30)3.5 控制系统整体电路设计 (31)3.6 本章小结 (31)第四章控制系统软件设计 (32)4.1 软件系统设计原则 (32)4.2 步进电机控制系统功能设计 (32)4.3 主程序设计 (33)4.3.1 主程序工作过程 (33)4.3.2 主程序工作流程图 (34)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (34)4.4 Proteus仿真 (37)4.5 显示程序设计 (39)4.6 键盘程序设计 (39)4.7 调速程序设计 (41)4.7.1 20BY步进电机参数 (41)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (41)4.8 本章小结 (42)第五章结束语 (43)参考文献 (44)附录 (46)附录A 系统程序（C） (46)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (59)附录C 控制系统电路图 (62)致谢 (63)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。
利用单片机AT89C51控制步进电机毕业论文(论文)广州城建职业学院毕业设计题目利用单片机AT89C51控制步进电机所在系机电与信息工程学院专业班级 10应用电子技术班学生姓名罗 X X学生学号 1004080123指导老师李有兵广州城建职业学院教务处制利用单片机AT89C51控制步进电机10应用电子技术班罗汉友指导教师：李有兵摘要步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。
微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性，可靠性及多功能性。
在当今社会的各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。
因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。
本文介绍了单片机控制步进电机的系统。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。
本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，设计主要采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、数码管显示电路组成，单片机是控制系统的核心。
文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。
关键词AT89C51；步进电机；正反转目录第1章单片机控制系统概述 (3)1.1单片机系统概述 (3)1.2 AT89C51单片机概述 (4)第2章步进电机概述 (9)2.1 步进电机的基本介绍 (9)2.2 步进电机的特点及种类 (10)2.3 步进电机的选择 (11)第3章单片机编程软件概述 (12)3.1 Keil软件简介 (12)3.2 Keil工程项目建立 (12)3.3 C语言程序代码 (13)第4章硬件电路设计 (21)4.1电路设计构思 (21)4.2 硬件电路设计 (23)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章单片机控制系统概述1.1单片机系统概述随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步，电路系统向着集成度极高的方向发展。
目录摘要 (3)关键词： (3)1直流电动机 (3)1.1直流电动机的工作原理 (3)1.1.1直流电动机的运动特性与优点 (4)1.2直流串励电动机 (5)1.2.1串励电动机的特点 (5)1.3直流他励电动机 (5)1.3.1他励电动机的特点 (6)2设计概要 (6)2.1硬件设计概要 (7)2.2程序设计流程图 (7)3硬件设计 (8)3.1.1电机驱动电路 (8)3.1.2单片机及控制电路 (10)3.1.3单片机介绍 (12)3.1.3.3管脚说明 (14)4程序设计 (16)4.1主程序设计 (19)4.1.1定义说明程序 (19)4.1.2执行主程序 (20)4.2子程序设计 (22)4.2.1定义延时程序函数 (22)4.2.2定时器1中断服务程序 (22)4.2.3定时器2中断服务程序 (23)4.3调速原理 (23)4.3.1PWM（脉冲宽度调制）原理 (23)4.3.2PWM（脉冲宽度调制）特点 (24)5调试与仿真 (25)参考文献 (25)附录 (26)摘要通过单片机改变输出脉冲波的宽度井陉调节，以便实现直流电的起动、正反转、加速、减速功能，在这种调速方法下，可以有效的减少其损耗功率。
关键词：单片机；直流电机；调速1直流电动机直流电动机主要由静止的定子和旋转的转子组成。
定子由主磁极、换向极、电刷装置和机座组成。
主磁极铁芯上套有线圈，通入直流励磁电流便会产生磁场，即主磁场。
换向极也由铁芯及套在上面的线圈组成，其作用是产生附加磁场。
以减弱换向片与电刷之间的火花，避免烧蚀。
机座除作电动机的机械支架外，还作为各磁极间磁的通路。
转子由转子铁芯、转子绕组、换向器、轴和风扇组成。
转子铁芯用来安装转子绕组，并作为电动机磁路的一部分。
转子绕组的主要作用是产生感应电动势并通过电流，以产生电磁转矩。
换向器由换向片组成，换向片按一定规律与转子绕组的绕组元件连接。
1.1直流电动机的工作原理直流电动机包括俩个在空间固定的永久磁铁，一个为N极，另一个为S极。
基于单片机（89C51）的双闭环直流调速系统摘要：该文介绍89C51单片机在直流电机转速控制系统中的应用、实现方法、硬件结构等。
本系统采用霍尔元器件测量电动机的转速，用89C51单片机对直流电机的转速进行控制，用DAC0832芯片实现输出模拟电压值来控制直流电动机的转速。
1．前言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，采用运算广大器、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，阻碍了坦洲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。
2.转速的测量原理转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。
其单位为r/min。
转速的测量方法很多，由于转速是以单位时间内的转数来衡量的，因此采用霍尔元器件测量转速是较为常用的一种测量方法。
霍尔器件是具有半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为l、b、d。
若在垂直于薄片平面（沿厚度d）方向施加外加磁场B，在沿l方向的两个端面加以外电场，则有一定的电流经过。
由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：fl=pVB 式中“fl—洛化磁力，q—载流子电荷，V—载流子运动速度，B—磁感应强度。
这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差UH称为霍尔电压。
霍尔电压大小为：U H=R HχIχB/d（mV）式中：R H—霍尔常数，d—元件厚度，B—磁感应强度，I—控制电流设K H= R H /d,则U N=K HχIχB（mV）K H为霍尔器件的灵敏系数（mV/mA/T）,它表示该霍尔元件在磁感应强度和单位控制输出霍尔电动势的大小。
摘要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，同时带动传统控制检测日新月益更新。
本次课程设计是用单片机来控制步进电机的定位和正反旋转。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
整个系统有89C51单片机控制系统，L298驱动电路，4*4的键盘控制电路，LED显示电路。
用89C51单片机控制两相四线步进电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转动方向，从而达到的控制正反转的目的。
本系统采用单片机AT89C51为中心器件来控制步进电机，系统实用性强。
关键字：单片机；步进电机；脉冲；步距角目录1 前言 (3)2 步进电机工作原理 (4)2.1两相步进电机结构 (4)2.2两相步进电机的原理 (4)2.3两相步进电机的供电方式 (5)3 硬件系统设计 (6)3.1系统总体设计框图 (6)3.2单片机系统 (6)3.3时钟信号控制电路 (7)3.4电源电路 (8)3.5驱动电路 (8)3.6显示电路 (9)3.7 4*4键盘电路 (9)4 软件系统设计 (10)4.1主程序流程图及源代码 (10)4.2扫描键盘流程图及源代码............... . (11)4.3 LED显示流程图及源代码 (12)5 开发系统简介.............................. . (14)5.1 W A VE6000编译器简介 (14)5.2 protues仿真平台简介 (14)6 仿真结果及分析 (16)7 课程设计总结 (19)附录 (20)1 前言本次课程设计是以步进电机控制和驱动为要求，用单片机来控制步进电机的定位和正反旋转圈数的显示。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
1 引言：在电气时代的今天，电动机一直在现代的生产和生活中扮演着十分重要的作用。
据资料统计，如今有90%的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%用于电动机。
电动机与人们的生活密切相关。
步进电机作为机电一体化的关键产品之一，是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的控制电机，广泛应用于工业控制系统中。
其转速和机械角位移分别与输入电机绕组中的脉冲平率和脉冲个数成正比。
通过改变电脉冲频率，可大范围内进行调速【1】。
同时，该电机还能快速起动、制动、反转和自锁。
此外，步进电机易于实现计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。
由于具有上述特点，步进电机日益广泛应用于数字控制系统中，如数控机床、绘图机、自动记录仪表和数一模转换等装置。
但步进电机的驱动信号经常还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生，缺乏灵活性和可靠性。
在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片以及信号发生器来控制步进电机有一定的局限性，可以采用AT89C51 单片机控制步进电机以改善其性能【2】。
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，在国民经济各个领域都有应用。
2 步进电机的工作原理步进电机本身可以直接接受数字信号，不需要进行数字与模拟量的转换，具有高精度快速启停能力。
如果选用三相六拍，步距1.5°，即进一步，电机转动1.5°，转动一周需要200步【3】。
步进电机直接由数字信号控制，其控制程序可以分为脉冲序列的生成、方向的控制、步进电机变速控制程序3部分。
2.1 步进电机控制的基本原理步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制2个方面。
如图2.1.1，从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的则以三相为主。
三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，下面具体加以阐述。
（1）换相顺序的控制步进电机通电换相这个过程称为脉冲分配。
例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相的通电顺序为A-B-C-A，通电控制脉冲必须按照这一顺序分别控制A、B、C相得通断。
基于AT89C51的步进电机控制摘要本设计采用ATMEL系列的单片机对步进电机进行控制，实现以下功能：开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转；按下正转键，电机正转；按下反转键，电机反转。
实现这一功能，系统的硬件部分应由四模块构成：输入模块、单片机控制模块、步进电机驱动模块、步进电机模块。
通过键盘输入，单片机编程控制，输出信号给步进电机驱动电路ULN2003A，最后由ULN2003A驱动步进电机按规定的方向运转。
用单片机控制步进电机，可以简化硬件电路，可同时实现各种功能，如步进电机的加减速，步进电机正反转等，当功能要求改变时，只需改变程序，而硬件电路不变，实现功能的方式简单便捷。
关键词：单片机；步进电机The Control Of Stepping Motor Based On AT89C51AbstractStepping motor is controlled by the microcontroller , a sort of ATMEL series ,in the design. The function can be realized as follows：When the start button is pressed, motor begins to run；When the foreward button is pressed，motor begins to run in the positive direction；When the reversional button is pressed，motor begins to run in the opposite direction. To realize the features described above，the circuits should consist of four modules：input circuit，microcontroller，drive circuit of stepping motor and stepping motor. After the input of keyboard and programming of microcontroller，stepping motor is driven in the direction set by ULN2003A circuit which accepts output signal.The control of stepping motor by :microcontroller can simplify the circuit and can realize many functions，e.g. it can change the operation mode of stepping motor and speed，and so on. When the function need to be changed，the same circuit can be used and the only thing that you should do is to modify program . So it is convenient to use microcontroller to realize the control of motor .Keyword :microcontroller ；stepping motor目录第1章. 绪论.................................................................................................................... - 1 -1.1. 单片机的特点............................................................................................... - 1 -1.2. 单片机的发展趋势....................................................................................... - 1 -1.3. 单片机的任务............................................................................................... - 2 -第2章. 系统设计............................................................................................................ - 4 -2.1. 设计要求....................................................................................................... - 4 -2.2. 设计构思....................................................................................................... - 4 -2.3. 设计元件的选型........................................................................................... - 5 -第3章. 系统核心元件的介绍........................................................................................ - 6 -3.1. 单片机简介................................................................................................... - 6 -3.1.1. 单片机的基本组成............................................................................ - 6 -3.1.2. 单片机的特点.................................................................................... - 8 -3.1.3. 单片机的应用.................................................................................... - 8 -3.2. AT89C51的简介............................................................................................ - 9 -3.2.1. AT89C51的结构................................................................................. - 9 -3.2.2. AT89C51的引脚介绍....................................................................... - 10 -第4章. 系统的硬件设计.............................................................................................. - 12 -4.1. 输入电路的设计......................................................................................... - 12 -4.1.1. 键盘输入.......................................................................................... - 12 -4.1.2. 键盘接口的工作原理...................................................................... - 12 -4.2. AT89C51设计电路...................................................................................... - 13 -4.2.1. 时钟电路.......................................................................................... - 13 -4.2.2. 复位电路.......................................................................................... - 14 -4.3. 步进电机驱动电路..................................................................................... - 16 -4.4. 步进电机..................................................................................................... - 17 -4.4.1. 步进电机原理.................................................................................. - 17 -4.4.2. 步进电机励磁控制.......................................................................... - 17 -4.5. 系统的总体硬件电路................................................................................. - 19 -第5章. 系统的软件设计.............................................................................................. - 21 -5.1. 系统的程序分析......................................................................................... - 21 -5.2. 软件流程图................................................................................................. - 21 -5.2.1. 键盘程序的设计.............................................................................. - 22 -5.2.2. 步进电机驱动程序.......................................................................... - 22 -第6章. 电路的仿真...................................................................................................... - 26 -6.1. 仿真的介绍................................................................................................. - 26 -6.2. 仿真的过程................................................................................................. - 26 -结束与展望..................................................................................................................... - 28 -参考文献......................................................................................................................... - 29 -致谢................................................................................................................................. - 30 -附录1：译文原文.............................................................................. 错误！未定义书签。
摘要本次课程设计基于AT89C51单片机为核心，利用天皇教仪三合一实验箱。
应用PWM技术对直流电机的速度进行精确调节，并测量出电动机的转速，通过模数转换系统，使用LCD液晶显示器精确的显示电动机的转速。
本次课程设计的目的是更加熟练掌握单片机的工作原理及实际应用，特别是单片机的编程语言，数模转换系统，PWM调节脉冲及LCD液晶显示器的工作原理。
关键字：51单片机；转速控制；模数转换；LCD液晶显示；目录1前言 (1)2 硬件部分的设计 (2)2.1硬件设计总体思路 (2)2.2单片机控制直流电机部分的硬件设计 (4)3 各硬件部分的连接与接口 (15)3.1 单片机与直流电机接口部分 (15)3.2单片机与LCD显示模块通信接口部分 (17)3.2各部分硬件结合原理及构造 (18)4 软件程序设计 (19)4.1系统软件设计的总体概述 (19)4.2系统各部分软件设计的思路 (22)5 系统的调试与现象分析 (24)6课设总结 (25)参考文献 (26)附录Ⅰ (27)附录Ⅱ (32)1前言近年来,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。
将单片机的应用引入实际科技实践必将对微电子控制技术的研究与实践注入强大活力。
本次设计研究的直流电机转速控制及转速的LCD显示实验装置即以单片机作为核心部件,它可完成对直流电机转速、方向的闭环控制，并应用LCD液晶显示装置显示出转速，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。
在早期，电子产品一般是纯硬件电路，没有使用单片机，电路复杂难以设计，也难以检查问题，随着微控制技术的不断完善和发展，集成芯片越来越多，单片机便出来了，换言之，单片机的应用是对传统控制技术的一场革命。
具有划时代的意义。
在电机控制方面也是靠人的感觉，没有侧速和侧距的概念，以前人机界面一般采用LED数码二极管，随着LCD液晶显示器的出现，人机界面更加人性化、智能化，它能显示数字、汉字和图象，控制LCD液晶显示器也很方便，电路设计也比较简单；加上单片机，组合实现的功能也比较强大，还可方便以后电路的升级与扩展。
摘要本次课程设计基于AT89C51单片机为核心，利用天皇教仪三合一实验箱。
应用PWM技术对直流电机的速度进行精确调节，并测量出电动机的转速，通过模数转换系统，使用LCD液晶显示器精确的显示电动机的转速。
本次课程设计的目的是更加熟练掌握单片机的工作原理及实际应用，特别是单片机的编程语言，数模转换系统，PWM调节脉冲及LCD液晶显示器的工作原理。
关键字：51单片机；转速控制；模数转换；LCD液晶显示；目录1前言 (1)2 硬件部分的设计 (2)2.1硬件设计总体思路 (2)2.2单片机控制直流电机部分的硬件设计 (4)3 各硬件部分的连接与接口 (15)3.1 单片机与直流电机接口部分 (15)3.2单片机与LCD显示模块通信接口部分 (17)3.2各部分硬件结合原理及构造 (18)4 软件程序设计 (19)4.1系统软件设计的总体概述 (19)4.2系统各部分软件设计的思路 (22)5 系统的调试与现象分析 (24)6课设总结 (26)参考文献 (27)附录Ⅰ (27)附录Ⅱ (33)1前言近年来,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。
将单片机的应用引入实际科技实践必将对微电子控制技术的研究与实践注入强大活力。
本次设计研究的直流电机转速控制及转速的LCD显示实验装置即以单片机作为核心部件,它可完成对直流电机转速、方向的闭环控制，并应用LCD液晶显示装置显示出转速，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。
在早期，电子产品一般是纯硬件电路，没有使用单片机，电路复杂难以设计，也难以检查问题，随着微控制技术的不断完善和发展，集成芯片越来越多，单片机便出来了，换言之，单片机的应用是对传统控制技术的一场革命。
具有划时代的意义。
在电机控制方面也是靠人的感觉，没有侧速和侧距的概念，以前人机界面一般采用LED数码二极管，随着LCD液晶显示器的出现，人机界面更加人性化、智能化，它能显示数字、汉字和图象，控制LCD液晶显示器也很方便，电路设计也比较简单；加上单片机，组合实现的功能也比较强大，还可方便以后电路的升级与扩展。
本文结合LCD显示、电机控速、红外侧距、键盘操作等多种技术，实现了基于51单片机的电机转速测量控制系统的设计。
直流电机调速性能好,可靠性高,机械特性强,在自动控制中的应用极为广泛。
直流电机的调速系统多种多样,但系统复杂,控制精度和成品价格难以兼顾。
本文使用价格低廉、应用广泛的MCS - 51 系列单片机为控制芯片,以PI 调节控制算法为基础,完成对直流电机转速的调节,达到了控制性能好,成本低的目的。
本文重点阐述了该系统的基本工作原理、所采用的相关技术等，进而交代了电机转速测量控制的实现方法。
最后重点阐述了LCD液晶显示和案键部分。
该设计经过测试，实现了在LCD上的菜单多级滚动显示，达到预期的设计效果。
基于该系统在LCD上实现菜单控制系统在电路图设计比较方便，主要分为四部分，电源部分、安键部分、LCD显示部分和控制部分；较复杂的是在控制软件部分，软件控制部分分为三部分，一部分是安键判断部分、菜单控制部分和显示部分。
液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。
它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。
液晶显示器（LCD）的原理与阴极射线管显示器（CRT）大不相同。
LCD是基于液晶电光效应的显示器件。
包括段显示方式的字符段显示器件；矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件；矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。
液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通电时导通，使液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得混乱，阻止光线通过。
由于显示器件可用来重现图像图形、显示信号波形和参数，因此对显示器来说最重要的是显示彩色图像的质量。
目前CRT显示器件以其高的性能价格比和高性能的图像质量仍占据着大部分的显示市场，而LCD显示器以其不断下降的价格和不断提高的图像质量已作为平板显示器件的代表填补了CRT显示器件推出的市场，并且还在扩充者市场。
2 硬件部分的设计MCS-51 系列单片机是由Intel 公司早期研发的单片机产品,后来很多厂商以各种方式与Intel 合作,也推出了同类型的单片机。
51 系列单片机引脚图见图2-1 ,其优点是支持较为丰富而且简单的指令集,编程器通用且兼容性好,具有单片机的典型代表性,因此该系列单片机在自动控制中应用最为广泛。
图2-1 8051 单片机引脚图2.1硬件设计总体思路根据本次课程设计的具体要求为，使用LCD显示出直流电机的转速，我们由题目可以既第一个部分应该为，用单片机控制直流电机的转速，并且系统应提供直流电机驱动、测速电路，使用单片机驱动直流电机，测量直流电机的转速，控制直流电机稳定运行在一个范围内。
其二，可以分析出第二个部分应该为，使用LCD显示系统显示出直流电机的具体转速，并且单片机控制的电机实际转速与液晶显示器显示出的转速应该时时对应。
其三，这个硬件系统的隐含意义是，本系统应该具有数模和模数转换的部分，因为这个模数转换部分在这个系统中是不可缺少的，单片机控制的直流电机转速，在实际中无论是对电机控制的信号，还是电机输出的信号都应该是数字信号，因为只有数字信号才能被单片机所识别，而最重要的是，单片机控制的直流电机输出的转速的信号只有是数字信号时才能被液晶显示LCD模块所识别，并最终准确的显示出直流电机的转速。
系统总体结构设计是首先要完成的工作，在思想上有了好的设计方案并形成一个系统框图才能更好的进行下一步工作，用语言和图示来说明设计思想，条理更清晰明了。
在硬件电路的设计中，模块的组合要根据它们之间的控制和被控制的关系进行电路连接。
测速部分采用的是与被测电机同轴的测速发电机。
它可以很方便快捷地将直流电机的速度信号转换为可供CPU采集的模拟信号。
CPUAT89S52是MCS--51系列单片机中用途比较广泛的一种类型。
8位输入输出数据具有较高的运行速度。
模数转换器CS-0832将模拟信号高速转换为12位数字信号并将数字信号输出给CPU做数据处理。
电动机驱动器件1293D是内部自带保护电路的电动机驱动芯片，内置钳位二级管，拥有过电流保护和过电压保护功能。
此外，为避免在系统运行时出现飞车现象，专门设计复位电路。
复位电路包括软件复位和硬件复位2种，当软件复位无法正常控制复位时，可由硬件强行对其进行复位控制。
系统可通过键盘控制电机的转速方向，首先CPU不断对键盘进行扫描，当有按键按下时，CPU将自动执行键盘程序对电动机进行转速控制。
经过测速反馈电路进行实时检测转速可通过LCD数码管显示电动机运行状态，让操作者首先了解电动机的运行状态，方便控制电动机的运动。
使其运行在正转、反转、加速、减速等不同的运行状态。
单片机控制电动机的系统总体结构如图1所示。
我的硬件设计正是根据这个整体设计的思路为指导进行的。
调速系统的硬件设计原理方框图如图2-2 所示, 以AT89C51单片机为控制核心,包括测速电路、PWM波形发生器和PWM功放电路以及LCD显示部分图2-2硬件方框设计原理图2.2单片机控制直流电机部分的硬件设计2.2.1直流电机组成原理直流电动机结构由定子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。
直流电动机的结构是由直流电源、直流电机、控制开关和调速器组成。
直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，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的原理。
感应电动势的方向按右手定则确定其工作原理不外乎就是用直流电源作为能量来驱动电机旋转。
通过对三极管的截止与导通进行控制，使其起到开、关和调速的作用。
具体的操作为当直流电动机接上直流电源时，使用电位器旋转按钮控制三极管集极的电压。
如直流电机控制原理图2-3图2-3直流电机控制原理1、当三极管的集极电压小于死区电压时三极管截止，则电动机不转动；改变，从而改变了直流电动机两端的压降也就改变了电机的转速。
具体原理为集极的电压大小不一样，三极管的电压放大倍数也不一样从而起到调速作用改变直流电动机的旋转速度。
2.2.2直流电机调速方案的设计直流电动机的转速控制方法可以分为2大类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢电压法。
其中励磁控制法在低速时受磁饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器件结构强度的限制。
并且励磁线圈电感较大，动态性能响应较差，所以这种控制方法用的很少，多使用电枢控制法。
本设计将采用电枢控制方法对电动机的速度和转向进行控制。
电机调速控制模块的方案假设：直流电机转速调节：某些场合往往要求直流电机的转速在一定范围内可调节，例如，电车、机床等，调节范围根据负载的要求而定。
调速可以有三种方法：（1）改变电机两端电压；（2）改变磁通；（3）在电枢回路中，串联调节电阻。
采用第一种方法：通过改变施加于电机两端的电压大小达到调节直流电机转速的目的。
方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。
但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。
更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。
这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。
用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。
这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。
直流电机调速原理：图2-4所示电枢电压为Va ,电枢电流为Ia ,电枢回路总电阻为Ra ,电机常数Ca ,励磁磁通量是Φ。
图2-4直流电机原理那么根据KVL方程:电机转速n=(Va -Ra)/CaΦ,其中,对于极对数为p ,匝数为N ,电枢支路数为a 的电机来说:电机常数Ca = pN / 60 a,意味着电机确定后,该值是不变的。
而在Va - IaRa 中,由于Ra 仅为绕组电阻,导致IaRa 非常小,所以Va - IaRa≈Va 。
由此可见我们改变电枢电压时,转速n 即可随之改变。
