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电子技术综合训练设计报告题目：小功率直流电机控制器设计与制作姓名：学号：班级：同组成员：指导老师：日期：直流电机以其优良的性能应用于当代社会的各行各业中，而直流电机控制器的优劣直接影响了直流电机的使用。
对于小功率直流电机控制器，应能实现对电机的正反转控制和无级调速控制。
用H桥可实现电机的正、反转控制。
通过对多谐振荡器的占空比调节产生PWM波形，用PWM方式实现对电机的无级调速控制。
为方便使用，在控制器中增加了测速系统。
利用光电转换装置将电机转速转换为脉冲电信号，用计数器对采集到的脉冲电信号进行计量，最后用寄存器对输出信号锁存并加译码器和数码管进行译码显示。
整个设计利用Multisim软件进行仿真测试，最后进行电路板的焊接与调试。
关键词：直流电机控制器 H桥 PWM控制转速检测1 设计任务和要求 (4)1.1 设计任务 (4)1.2 设计要求 (4)2 系统设计 (4)2.1 系统要求 (4)2.2 方案设计 (4)2.3 系统工作原理 (4)3 单元设计 (5)3.1 电源模块 (5)3.1.1电路结构与工作原理 (5)3.1.2电路仿真 (6)3.1.3元器件的选择与参数确定 (6)3.2 PWM调速模块 (6)3.2.1电路结构与工作原理 (6)3.2.2电路仿真 (8)3.2.3元器件的选择与参数确定 (9)3.3 H桥模块 (10)3.3.1电路结构与工作原理 (10)3.3.2电路仿真 (11)3.3.3元器件的选择与参数确定 (12)3.4 光电转换模块 (12)3.4.1电路结构与工作原理 (12)3.3.2元器件的选择与参数确定 (13)3.5 测速模块 (13)3.5.1 总体电路结构与工作原理 (13)3.5.2 部分电路设计与仿真 (14)4 系统仿真 (21)4.1 控制器系统总图与仿真 (21)4.2 测速系统总图与仿真 (22)5 电路安装、调试与测试 (25)5.1 电路安装 (25)5.2 电路调试 (25)5.3 系统功能与性能测试 (25)5.3.1测试方法设计 (25)5.3.2测试结果与分析 (25)6 结论 (27)7总结、体会和建议 (28)8参考文献 (29)附录1 元件清单 (30)附录2 部分芯片引脚图 (31)一、设计任务和要求1.1 设计任务设计并制作一个小功率直流电机控制器，能够实现对小功率直流电机的控制，并能够对电机的转速进行测量和显示。
毕业设计论文题目S7-200PLC控制的PWM直流电机学生姓名：专业班级：指导教师：设计总说明随着PLC技术的发展，以及其性价比的提高，利用PLC控制直流电动机已经越来越普遍，采用先进的PWM控制技术则可构成直流电动机无级调速系统，同时起、停时直流系统无冲击，而且具有启动功耗小，运行稳定等特点。
本文介绍了24伏29瓦直流电动机PWM调速硬件系统，编写了用S7-200 PLC实现24伏29瓦直流电动机PWM的控制程序，程序包括控制系统的指令的初始化、转速检测、调速三部分。
与相应的硬件电路配合，实现了对24伏29瓦直流电动机的PWM控制。
该控制系统功能包括电机的PWM调速、转速检测、电机转速的调节。
PWM调速是用S7-200 PLC内部自带的PWM高速脉冲输出功能指令，通过对其占空比的设置来改变脉冲宽度和周期，实现控制任务；速度检测和调速是通过硬件与S7-200 PLC的高速计数器配合和PWM 的设置来实现的，所有程序都己编译通过，经过实验验证，工作状态良好。
文中对直流电动机结构、工作原理、PWM调速系统的构成、S7-200 PLC 的部分指令以及用S7-200 PLC实现PWM调速做了简单介绍。
关键词：直流电动机；PWM调速；S7-200 PLC；转速检测；单闭环目录1设计内容及要求 (6)1.1 (6)1.2 (10)1.3 ................................................................................................. 错误!未定义书签。
2 系统的总体设计............................................................................. 错误!未定义书签。
2.1直流电动机的结构及工作原理............................................ 错误!未定义书签。
西安邮电学院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）复位电路复位是单片机的初始化操作。
其主要功能是把PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H 单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动。
2. ST151光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标反射或阻断时，则接收器感应出相应的电信号。
序号（学号〉： 161240303长春大学 毕业设计（论文）直流电机速度PID 控制系统设计李一丹国际教育学院自动化1612403曹福成2016 年 5 月 30 0姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师直流电机速度PID控制系统设计摘要：针对现有的直流电机控速难的问题，本文设计了一种基于ATmegal6L单片机的直流电机速度控制系统。
本系统以ATinegal6L单片机为主控制器，搭载了L298n为电机驱动，通过霍尔元件进行测速，通过按键控制电机的转动方向和转动速度，并配以温度传感器DS18B20对温度进行监测，通过PID算法调节PW\1 进行对速度控制。
该系统包括的模块主要有单片机为主体的控制模块、电机的驱动模块、对电机速度进行监测的模块、由LCD1602构成的显示ky r模块、电源模块和按键控制模块等。
本系统可以通过PID算法实现可编程脉宽波形对直流电机的速度进行控制，并且可以显示出当前电机的转速。
关键词：单片机；PID算法；直流电机The design of DC motor speed control system with PID Abstract: According to the existing DC motor speed control problem, this paper describes the design of a DC motor speed control system based on ATmegal6L MCU. To ATMEGA16L microcontroller as the main controller for the system, equipped with a L298n for motor drive, through the hall element of speed, through the buttons to control the motor rotation direction and the rotation speed, and the temperature sensor DS18B20 the temperature monitoring, PID algorithm is used to adjust the PWM control of the speed. The system includes the following modules display microprocessor control module, as the main body of the motor drive module, monitoring module, the speed of motor is composed of LCD1602 module, power supply module and key control module.This system can realize through PID algorithm to control the speed of the programming pulse waveforms of DC motor, and can display the current motor speed.Keywords: single chip microcomputer, PID algorithm, DC motor ky r戈ml ml ——II —In —In | * 11—I 1111 ml 1111目录Bit (1)l.i选题背景及意义 (1)1.2国内外研宄现状 (2)1.3木文主要研究的内容 (3)第2章总体方案论述 (4)ky r2.1系统主要传感器介绍 (4)2.1.1温度传感器 (4)2.1.2转速检测模块 (5)2.2系统总体功能及方案选择 (6)2.2.1系统所需模块及功能 (6)2.2.2主控制器选择 (8)第3章系统总体硬件设计 (10)3.1单片机最小系统 (10)3.1.1ATmegal6L单片机的引脚分布 (10)3.1.2最小系统的硬件电路 (13)3.2电机驱动电路 (14)3.3温度检测电路 (15)3.4光电管提示电路和按键控制电路 (15)3.5LCD1602 显示电路 (16)3.6电源电路 (17)3.7本章小节 (18)第4章系统软件设计 (19)4.1系统总体流程图 (19)4.2 PID算法简介 (19)4.2.1PID算法介绍 (20)4.2.2HD算法结果 (21)4.3系统调试步骤 (21)4.4误差分析即改进方法 (22)给论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)隱 (26)附录I系统总体硬件电路图 (26)附录II系统中部分程序 (27)ky r In—ml ml ml ml | , I af—.第1章绪论1.1选题背景及意义电动机简称电机，俗称马达，在现实生活中，我们处处都可以见到电机的身影，小到小学生玩的电动四驱车，大到炼钢厂用的滚动罐，这些都是电机家族的成员。
直流电机调速论文1、课题背景随着时代的进步和科技的发展，电机调速系统在工农业生产、交通运输以及日常生活中起着越来越重要的作用，因此，对电机调速的研究有着积极的意义.长期以来，直流电机被广泛应用于调速系统中，而且一直在调速领域占居主导地位，这主要是因为直流电机不仅调速方便，而且在磁场一定的条件下，转速和电枢电压成正比，转矩容易被控制；同时具有良好的起动性能，能较平滑和经济地调节速度。
因此采用直流电机调速可以得到良好的动态特性。
由于直流电动机具有优良的起、制动性能，宜与在广泛范围内平滑调速。
在轧钢机、矿井卷机、挖掘机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等领域中得到广泛应用。
近年来交流调速系统发展很快，然而直流控制系统毕竟在理论上和在时间上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流系统的基础，长期以来，由于直流调速系统的性能指标优于交流调速系统。
因此，直流调速系统一直在调速系统领域内占重要位置。
2、课题功能本次课程设计主要是设计一个直流电机的驱动电路，在给定速度后，当负载变化时，速度是稳定的，构建一个闭环的控制系统。
本论文介绍了基于ATmega16单片机来实现最优PID控制的直流脉冲（PWM）调速系统，并且详细论述了该系统的控制方法、结构、参数设计、程序设计等方面的问题。
该系统结构简单，调速性能好，性能价格比高，真正实现了直流调速系统的高精度控制。
3、系统设计3．1设计要求设计一个直流电机的驱动电路，在给定速度后，当负载变化时，速度是稳定的，构建一个闭环的控制系统。
3．2总体设计方案3．2．1设计思路题目要求设计一个直流电机的驱动电路，系统可以分为控制部分和显示部分。
设计中采用ATmega16芯片为主控制核心，行列式键盘为控制部分，显示部分采用液晶LCM1602显示。
通过单片机软件产生PWM波来控制电机，经过测速电路和PID算法，实现电机速度的实时测量反馈和调节。
3．2．2方案论证与设计1、系统控制设计方案论证与选择方案一：采用MCS-51系列的单片机和专用的PWM芯片及外部D/A转换电路，同时结合PID算法实现实时控制。
小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。
因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。
本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。
本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。
2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。
3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。
并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。
关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。
其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。
1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。
十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。
1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。
从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。
随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。
电气工程及其自动化专业综合设计(论文)小功率直流调速系统设计DESIGN OF SMALL POWER DC SPEED CONTROL SYSTEM学生姓名严昊学生学号20120501145学院名称信电工程学院专业名称电气工程及其自动化指导教师曹言敬、张旭隆2015年12月25日摘要本文对小功率直流调速系统进行了研究与设计。
首先对单闭环直流调速系统进行了实验建模与实验测试，构建了调速系统的系统框图；然后采用频率法为系统设计超前校正装置, 并使用Matlab计算机仿真软件对系统进行了仿真；最后对校正装置进行了电路设计与制作，对系统进行校正，使系统满足了性能指标要求。
其建模、仿真以及校正网络设计方法简单易行,对研究其他种类的控制系统校正网络具有一定的借鉴作用。
关键词：单闭环调速系统；建模；超前校正；MATLAB仿真目录1 绪论 (1)1.1 设计背景 (1)1.1.1 直流调速系统概述 (1)1.2 自动控制原发展历程 (1)1.3 自动控制校正系统 (1)1.3.1 校正的概念 (1)1.3.2 校正的方式 (2)2 设计任务 (3)2.1 设计的详细任务 (3)2.2 设计要求 (3)3 调速系统设计 (4)3.1 单闭环调速系统原理 (4)3.1.1 调速系统原理 (4)3.1.2 控制结构图 (4)3.2 各部件相关参数选择 (4)3.2.1 V-M系统介绍 (4)3.2.2 比例放大器 (5)3.2.3 整流电路：采用三相桥式全控整流 (6)4 调速系统的调速指标 (7)4.1 参数计算 (7)4.1.1 转速控制闭环调速系统的调速指标 (7)4.1.2 闭环调速系统的静特性 (8)4.2比例放大器 (8)4.3 额定励磁下直流电动机参数 (9)4.4 误差分析 (10)5系统部件特性测试 (13)5.1主要设备仪器 (13)5.2功率放大器特性测定 (13)5.3电动机的传递函数 (13)5.4 电动机死区电压Ui测定 (14)5.5 电动机时间常数Tm测定 (14)5.6 电动机传递系数Km测定 (14)6 matlab软件仿真 (15)6.1原系统的闭环阶跃响应 (15)6.2 系统校正设计 (15)6.3 校正后的系统框图 (16)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)1 绪论1.1 设计背景1.1.1 直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。
科信学院课程设计说明（2012/2013学年第二学期）课程名称：单片机应用课程设计简易小直流电机测速专业班级：10级自动化三班学生姓名：师鑫源学号: 100412309指导教师：苗敬利高敬格王巍杨怡君设计周数：两周设计成绩：2013年6月27日摘要.....................1、课程设计目的..........2、课程设计要求........3、课程设计器材..........4、课程设计正文...........4.1 系统分析与实施.....4.2 硬件部分...........4.2.1 STC90C52AD4.2.2 时钟电路设计4.2.3 按键电路设计4.2.4 显示电路设计4.2.5 复位电路设计4.2.6 检测电机转速的电路设计..4.3 系统硬件调试......................4.3.1. 调试方案..................4.3.2. 仿真调试结果...............4.3.3 硬件调试结果................4.4 软件设计.........................4.4.1 软件系统分析................4.4.2 系统软件设计................4.4.3 系统软件实施与调试..........5、课程设计总结.........................6、课程设计经验.........................7、参考文献.............................附录一、protel 软件绘制的工作原理图附录二、P ROTUE软件绘制的仿真图…功能参数介绍摘要10 12 12 12 12 14 14 17 232324 24 .11 13直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都有重要的研究价值，是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。
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. 按键电路四个按键分别控制电机的不同转速，即控制 PW M波高电平的占空比，以实现电机的速度控制，采用开环控制方法，不是十分精确，但控制简单，易实现，代码编写简单3. 显示部分系统采用4 位共阴极数码管实现转速显示。
数码管的位选端1~4 分别接STC89C52 的P2. 0~P2. 3 管脚，端选段A~G与 D P分别接 STC89C52 的 P0. 0~P0. 7 管脚。
摘要本次课程设计基于PWM技术实现了对小功率直流电机的转速调节。
以51系列单片机为控制核心，组成了包括转速调节、转速设置、转速测量和显示等功能的闭环调速系统。
为了实现对转速的灵活控制和高效节能，PWM控制方式配合L298N电机驱动芯片对小功率直流电机进行驱动和调速是较好的调速系统解决方案。
并在数码管上显示当前转速和设置的转速，将当前转速作为反馈信号与设置转速比较，以确定加速还是减速，直到两者相等后保持这个速度稳定运行。
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。
在本设计中编写了调速运算、测速、显示、键盘输入等子程序，充分发挥了直流电机的优良的调速性能。
各部分功能完整，构成了多功能自动化的闭环调速系统。
实测调速效果良好，测速精确，能迅速地调节转速到设定转速稳定运行。
该设计具有元件较少，结构简洁，维护方便，经济实用，和很好的适应性等特点。
关键词单片机；直流斩波；PWMAbstractThe curse design is about low-power DC motor speed regulation based on PWM technology. The MCS-51 series single-chip microcontroller, as the core component, is designated to take charge of the speed adjustment, setting, measurement and display which is necessary for a closed loop system. An excellent solution has been worked out by using PWM technology combined with L298N motor driver IC as a low-power DC motor driver, in order to achieve the flexible speed control and improve energy efficiency. Therein, DC chopper consist of the L298N which contains two H-bridge circuits, PWM signals and DC motors. The PWM signal’s Duty cycle is adjusted by the single-chip Micro-controller. The motor’s speed is measured by an infrared tube and an infrared receiver, and then the result of measurement is compared with the setting value. In this case, the speed can be increased or reduced according to the comparison until the two speeds above come to the same value. In this project, programming is very important to achieve these functions such as the speed regulation, measurement, display, and keyboard input. Bugs and logic faults are corrected when the development of system is finished. Based on the studying above, this system has been proved to be convenient to maintain and easy to operate with a few components and excellent adaptability.Key words MCU PWM Closed Loop Speed Control System DC Chopper目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1课题背景及意义 (1)1.2本课题研究方法和目标 (1)2调速系统原理 (2)2.2 直流调速主要技术介绍 (2)2.2.1 直流斩波器介绍 (2)2.2.2 PWM调速系统的优点 (3)3方案研究与主要芯片选择 (4)3.1总体方案原理及设计框图 (4)3.2 PWM产生方式 (4)3.3 电机驱动方式 (6)3.4 其他芯片选择 (6)4硬件电路设计 (7)4.1 主要芯片介绍 (7)4.2 电机驱动电路设计 (11)4.3 PWM信号产生电路设计 (12)4.4 电机转速测量电路设计 (13)4.5 显示电路设计 (13)4.6 电源电路设计 (14)4.7 总电路及设计 (15)5软件设计 (16)5.1 部分程序流程图 (16)5.2主要芯片编程操作方式 (16)5.3 部分主要程序功能说明 (17)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)附录 (23)1 绪论1.1课题背景及意义直流电机的定义：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。
小功率直流电机的测速和控制[摘要] 本设计采用两片MCU（AT89S52），完成了小型直流电机转速的采集、计算、显示、键盘设定，并将非均匀采样情况下的增量式积分分离PID控制算法应用于直流电机的PWM调速，实现了对电机转速的测量和控制，解决了通常低采样周期时系统的超调以及PID算法的积分饱和问题。
[关键词]转速PID控制mcu AT89S52 PWM目前见到的许多关于直流电机的测速与控制类文献中，虽然能实现直流电机的无级调速，但还存在一些问题，如无法与计算机直接接口，许多较为复杂的控制算法无法在不增加硬件成本的情况下实现，控制器的人机界面不理想。
总的来讲，控制器的智能化程度不高，可移植性差。
虽然采用PWM芯片来实现电机无级调速的方案成本较低，但当控制器针对不同的应用场合增加多种附加功能时，其灵活性不够，而且反而增加硬件的成本[5]。
还有一些使用PLC控制器或高档处理器芯片（如DSP器件）的文献，它们虽然具有较高的控制性能，但由于这些高档处理器价格过高，需要更多的外围器件，因此也不具备在通常情况下大规模使用的条件。
从发展趋势上看，总体的研究方向是提出质量更高的算法和调速方案，以及在考虑成本要求的前提下选择适合这种算法的核心控制器。
1设计方案论证根据设计任务，要求调速采用PID控制器，因此需要设计一个闭环直流电机控制系统。
该系统采用脉宽调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电极的转速值。
通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为：系统结构方案论证，速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证，PWM软件实现方案论证。
1.1系统结构方案论证方案一：采用一片单片机（AT89S52）完成系统所有测量、控制运算，并输出PWM控制信号。
方案二：采用两片单片机（AT89S52）,其中一片做成PID控制器，专门进行PID运算和PWM 控制信号输出；另一片则系统主芯片，完成电机速度的键盘设定、测量、显示，并向PID控制器提供设定值和测量值，设定PID控制器的控制速度等。
方案一的优点是系统硬件简单，结构紧凑。
但是其造成CPU资源紧张，程序的多任务处理难度增大，不利与提高和扩展系统性能，也不利于向其他系统移植。
方案二则与方案一相反，虽然硬件增加，但在程序设计上有充分的自由去改善速度测量精度，缩短测量周期，优化键盘，显示及扩展其它功能。
与此同时，PID控制算法的实现可以精益求精，对程序算法或参数稍加改动即可移植到其他PID控制系统中。
因此通过比较，选择方案二。
1.2转速测量方案论证方案一：采用记数的方法。
具体是通过单片机记单位时间S（秒）内的脉冲数N，每分钟的转速：M=N/S×60。
方案二：采用定时的方法。
是通过定时器记录脉冲的周期T，这样每分钟的转速：M=60/T。
比较两个方案，方案一的误差主要是±1误差（量化误差），设电机的最低设计转速为120转/分，则记数时间S=1s，所以其误差得绝对值|γ|=|(N±1)/S×60-N/S×60|=60（转/分），误差计算公式表明，增大记数时间可以提高测量精度，但这样做却增大了速度采样周期，会降低系统控制灵敏度。
而方案二所产生的误差主要是标准误差，并且使采样时间降到最短，误差γ=[60/（T±1）-60/T]，设电机速度在120—6000转/分之间，那么0.01s≤T≤0.5s，代入公式得：0.00024≤|γ|≤0.6（转/分）。
由此明显看出,方案二在测量精度及提高系统控制灵敏度等方面优于方案一，所以本设计采用方案二。
1.3电机驱动方案论证方案一：采用专用小型直流电机驱动芯片。
这个方案的优点是驱动电路简单，几乎不添加其它外围元件就可以实现稳定的控制，使得驱动电路功耗相对较小，而且目前市场上此类芯片种类齐全，价格也比较便宜。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。
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。
通过比较和对市场因素的考虑，本设计采用方案一，使系统的设计核心在PID控制上。
1.4键盘显示方案论证方案一：采用4×4键盘，可直接输入设定值。
显示部分使用4位数码管，优点是显示亮度大，缺点是功耗大，不符合智能化趋势而且不美观。
方案二：使用4个按键，进行逐位设置。
显示部分是使用支持中文显示的LCD，优点是美观大方，有利于人与系统的交互，及显示内容的扩展；缺点是成本高，抗干扰能力教差。
为了系统容易扩展、操作以及美观，本设计完全采用方案二。
1.5 PWM软件实现方案论证脉宽调制的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。
本设计采用了定频调宽方式，采用这种方式的优点是电动机在运转时比较稳定，并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。
对于实现方式则有两种方案。
方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。
方案二：采用软件延时方式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。
但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。
由于本设计采用了两片AT89S52单片机，MCU资源充足，因此选择方案一。
2系统原理框图设计系统原理框图如图2.1所示，是一个带键盘输入和显示的闭环测量控制系统。
主体思想是通过系统设定信息和测量反馈信息计算输出控制信息。
图2.1 系统原理框图3各模块的分析、计算与硬件电路设计3.1速度测量电路的设计3.1.1转速/频率转换电路的设计理论上，是先将转速转化为某一种电量来测量，如电压，电流等。
设计中将转速测量转化为电脉冲频率的测量。
基于这一思想，可以采用一对霍尔感应传感器，使输出信号的一只在转轮一侧固定，另一只则粘在对应位置的转轮上，这样，电机每转一圈，传感器将会输出一个脉冲，然后将脉冲放大、整形后即可通过单片机测量其频率求出转速。
实际实验中，由于市场采购原因，暂用三极管输出型红外光电耦合器代替霍尔传感器。
如图3.1所示，在电机转轮一处开孔，这样，每转一圈，三级管（红外接收头）透光导通一次，OUT端输出一个上脉冲，即完成了转速／频率的转换3.1.2脉冲滤波整形电路的设计由于电机在转动的过程中有很大的晃动，而且本设计中测量装置做工粗糙，因此所获得的脉冲信号参杂有高频噪声或误动脉冲。
为了提高测量的准确，且尽可能地减少错误，设计中如图3.2所示OUT输出端加一电容接地。
为了既能抑制噪声又不影响测量，电容值C的选择很重要。
根据实际测量，设计中所使用的直流电机转速可达6000转/分。
其所产生的脉冲周期T=1/(6000/60)S=0.01S，一个周期内，脉冲持续时间约为1/8T=0.00125S，低电平时间约为7/8T=0.00875S，由于接收头感光导通电阻很小，所以电容迅速充电，当低电平到来时开始放电，为保证下一个脉冲的检测，放电时间t应小于低电平持续时间7/8T，根据电路，t=R2×C<0.00875，代入R2值解不等式可得：C<0.000017F。
单位换算得C<0.017μF ，为了方便整形，实际设计中C=0.001μF 。
由于单片机中断I/O口的需要输入信号是正规的矩形脉冲，所以电路的脉冲整形电路采用74系列反向器74LS06进行两次反向后输入单片机。
图3.2脉冲滤波整形电路3.2 电机驱动电路的设计[3]本设计采用目前市场上较容易买到的L298N直流或步进电机驱动芯片，它采用单片集成塑装，是一个高电压、大电流全双桥驱动器，由标准的TTL电平控制。
L298N支持50V以内的电机控制电压，在直流运转条件下，可以通过高达2A的电流，因此它满足了一般小型电机的控制要求。
其内部原理结构如图3.3。
接法见图3.4，图中二极管的作用是消除电机的反向电动势，保护电路，因此采用整流二极管比较合适。
PWM控制信号由in1、in2输入。
如果in1为高电平，in2为低电平时电机为正向转速，反之in1为低电平，in2为高电平时，电机为反向转速。
本设计将in2直接接地，即采用单向制动的方式。
通过实验，本设计中不必使用双向制动也可达到设计要求。
图3.3：L298N内部原理结构图图3.4：电机驱动电路3.3 LCD显示电路与单片机的接口设计系统总控制器PID 控制器 设计中采用的LCD ——RT12232F 是一种内置8192个16*16点汉字库和128个16*8点ASCII 字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/ 列驱动器及128×32全点阵液晶显示器组成。
可完成图形显示，也可以显示7.5×2个(16×16点阵)汉字，与外部CPU 接口采用并行或串行方式控制。
本设计采用并行方式控制，LCD 与单片机的通讯接口电路如图3.5所示采用直连的方法，这样设计的优点是在不影响性能的条件下还不用添加其它硬件，简化了电路，降低了成本。
4 系统总程序框图设计系统程序程序框图如图4.1所示，概述了程序的总体结构和工作过程。
图3.5：LCD 显示电路与单片机的接口图4.1系统总程序框图5系统各部分子功能程序设计5.1电机转速测量程序设计设计中考虑到电机的工作环境一般比较恶劣，因此除了硬件外，从程序上除了要更高的精确度也需要进行更多的抗干扰设计，从而实现软件的大范围检错、纠错或丢弃错误等。
在程序的设计过程中，对严重不符合要求的测量数据（如大于6000转对应的数据）进行了丢弃处理，而对于正常范围内的数据错误采用了采5取3求平均的算法（即采集5个数据，去掉一个最大值一个最小值，然后将剩余3数据求平均）。
实验表明，此方法降低了系统采集转速中出现的错误。
对于转速的测量方法，是通过速度脉冲信号下降沿触发单片机的外中断，中断服务子程序在某一个脉冲的下降沿开启定时器记时，然后在下一个下降沿关闭定时器，通过对定时器数据进行运算处理可以得到信号周期进而得到速度值。
其程序框图如图5.1。
可以看出，此方法下的采样周期是随转速变化的，转速越高采样越快。
通过这种非均匀的速度采样方式可以使电机在高速情况下，实现高速度高精度的控制。
图5.1外中断0服务子程序框图5.2键盘程序设计键盘程序设计的任务是赋予各按键相应的功能，完成速度设定值的输入和向PID控制器的发送。
4只按键一只用来位循环选择，告诉单片机要调整的是设定值的个位、十位、百位还是千位。
