基于89C51单片机的直流电机控制系统设计

计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题基于89C51的直流电机调速设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：同组者：指导教师：设计地点：设计时间：单片机系统课程设计任务书目录1 引言 (4)2 总体方案设计 (5)2.1总体方案 (5)2.2 原件选择及介绍 (6)3 硬件电路设计 (10)3.1 单片机及其外围整体电路 (10)3.3 键盘扫描电路 (12)3.4 LED显示模块电路 (18)3.5 D/A转换器及其与MCU的接口电路 (13)4 系统软件设计 (13)4.1 主程序设计 (13)4.2 中断服务程序设计 (15)4.3 子程序的设计 (17)5 系统调试与总结 (18)调试总结 (18)参考文献 (19)附录A 系统原理图 (20)附录B 源程序 (21)1 引言电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。

据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。

电动机与人的生活息息相关，密不可分。

电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。

简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。

然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。

直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。

而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。

随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。

基于AT89C51单片机控制的双闭环直流调速系统设计摘要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。

本设计是基于单片机控制的PWM直流电机调速系统，系统以STC89C51单片机为核心，以130小直流电机为控制对象，以L298N为H桥驱动芯片实现电动机的转速反馈控制。

调节PWM占空比从而控制电机两端电压，以达到调速的目的。

用4*4键盘输入有关控制信号及参数，并在12864 LED上实时显示输入参数及动态转速。

系统的硬件设计部分包括按键模块、电动机驱动模块、STC89C51单片机系统、光电门测速模块、保护电路、供电电源和直流电机。

系统的软件部分包括键盘控制程序设计、显示程序设计、主控程序设计。

整个系统实现了单片机控制电机的启制动、正反转、速度调节的效果。

关键词：STC89C51单片机；直流电机；PWM；占空比AbstractWith the progress of the times and the development of science and technology, motor speed control system in the industrial and agricultural production, transportation and daily life plays an increasingly important role, therefore, the study of motor speed has a positive meaning. Long-term since, the DC motor is widely used in the control system, and has been in control field to dominate.The design is based on the single chip microcomputer control of PWM DC motor speed control system, the system uses STC89C51 single chip microcomputer as the core, with 130small DC motor as control object, with L298N H bridge driver chip to realize the motor speed feedback control. Regulation of the PWM duty cycle to control the motor voltage at both ends, so as to achieve the purpose of speed. With 4*4 keyboard input control signal and parameters, and in 12864LED real-time display input parameters and dynamic speed. System hardware design part comprises a key module, motor drive module, STC89C51 singlechip system, photoelectric door gun module, protection circuit, power supply and a DC motor. System software includes keyboard control program design, program design, main control program design. The entire system to achieve the single-chip microcomputer to control the motor start and brake, reverse, speed regulating effect.Keywords ：STC89C51 single chip microcomputer；DC motor；PWM；Duty ratio目录摘要 (I)Abstract (II)1引言 (1)1.1 直流调速系统概况 (1)1.2 设计目的和意义 (2)1.3 国内外发展现状 (3)1.4 设计要求和内容 (3)2直流调速原理分析与方案确定 (4)2.1 直流PWM调速系统原理分析 (4)2.2 方案论证和选择 (6)3 系统硬件设计 (10)3.1 按键控制模块 (10)3.2 电动机驱动模块 (11)3.4 STC89C51单片机系统 (16)3.5 光电门测速模块 (17)3.6 保护电路 (18)3.7 供电电源 (18)3.8 直流电动机的说明 (18)3.9 系统总体设计电路图 (19)4 系统软件设计 (21)4.1 键盘控制程序设计 (21)4.2 显示程序设计 (23)4.3 主控程序设计 (25)5 实物的直流调速实现与调试 (29)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)1引言1.1 直流调速系统概况现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。

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产生PWM信号来控制直流电机调速程序利用2051的T0产生双路PWM信号，推动L293D或L298N为直流电机调速，程序已通过调试。

/* =======直流电机的PWM速度控制程序======== */ /* 晶振采用11.0592M,产生的PWM的频率约为91Hz */#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit en1=P1^0; /* L298的Enable A */sbit en2=P1^1; /* L298的Enable B */sbit s1=P1^2; /* L298的Input 1 */sbit s2=P1^3; /* L298的Input 2 */sbit s3=P1^4; /* L298的Input 3 */sbit s4=P1^5; /* L298的Input 4 */uchar t=0; /* 中断计数器 */uchar m1=0; /* 电机1速度值 */uchar m2=0; /* 电机2速度值 */uchar tmp1,tmp2; /* 电机当前速度值 *//* 电机控制函数 index-电机号(1,2); speed-电机速度(-100~100) */void motor(uchar index, char speed){if(speed>=-100 && speed<=100){if(index==1) /* 电机1的处理 */{m1=abs(speed); /* 取速度的绝对值 */if(speed<0) /* 速度值为负则反转 */{s1=0;s2=1;}else /* 不为负数则正转 */{s1=1;s2=0;}}if(index==2) /* 电机2的处理 */{m2=abs(speed); /* 电机2的速度控制 */ if(speed<0) /* 电机2的方向控制 */ {s3=0;s4=1;}else{s3=1;s4=0;}}}}void delay(uint j) /* 延时函数 */{for(j;j>0;j--);}void main(){uchar i;TMOD=0x02; /* 设定T0的工作模式为2 */ TH0=0x9B; /* 装入定时器的初值 */TL0=0x9B;EA=1; /* 开中断 */ET0=1; /* 定时器0允许中断 */TR0=1; /* 启动定时器0 */while(1) /* 电机实际控制演示 */{for(i=0;i<=100;i++) /* 正转加速 */{motor(1,i);motor(2,i);delay(5000);}for(i=100;i>0;i--) /* 正转减速 */{motor(1,i);motor(2,i);delay(5000);}for(i=0;i<=100;i++) /* 反转加速 */{motor(1,-i);motor(2,-i);delay(5000);}for(i=100;i>0;i--) /* 反转减速 */{motor(1,-i);motor(2,-i);delay(5000);}}}void timer0() interrupt 1 /* T0中断服务程序 */{if(t==0) /* 1个PWM周期完成后才会接受新数值 */ {tmp1=m1;tmp2=m2;}if(tif(tt++;if(t>=100) t=0; /* 1个PWM信号由100次中断产生 */ }。

第一章:前言1.1前言：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。

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统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，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。

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。

1.2本设计任务:任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统设计的主要内容以及技术参数:功能主要包括：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的速度在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；第二章：总体设计方案1、系统的硬件电路设计与分析电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。

本电路采用的是基于PWM 原理的H型桥式驱动电路。

计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题基于89C51的直流电机调速设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：同组者：指导教师：设计地点：设计时间：单片机系统课程设计任务书目录1 引言 (4)2 总体方案设计 (5)2.1总体方案 (5)2.2 原件选择及介绍 (6)3 硬件电路设计 (10)3.1 单片机及其外围整体电路 (10)3.3 键盘扫描电路 (12)3.4 LED显示模块电路 ........................................................... 错误!未定义书签。

3.5 D/A转换器及其与MCU的接口电路 (13)4 系统软件设计 (13)4.1 主程序设计 (13)4.2 中断服务程序设计 (15)4.3 子程序的设计 (17)5 系统调试与总结 (18)调试总结 (18)参考文献 (19)附录A 系统原理图 (20)附录B 源程序 (21)1 引言电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。

无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。

据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。

同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。

电动机与人的生活息息相关，密不可分。

电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。

简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。

然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。

直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。

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。

课程设计说明书院系：船舶工程学院班级：姓名：学号：机电综合课程设计设计题目：直流电机控制系统立体目的：通过本次课程设计，达到培养学生综合应用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造能力的目的。

技术要求：设计直流电机控制系统，包括：机械装配图，控制原理图和接线图，并编制相应的控制程序。

完成基于89C51单片机开发板的直流电机速度控制，启停及正反转控制。

一．机械系统由直流电机驱动滚珠丝杠实现滑台的平移。

将电机的旋转运动通过滚珠丝杠转换为平台的直线运动。

系统组成：直流电机，底板，支座，光杠，滚珠丝杠，平台等。

二．电气系统1. 直流电机电机采用无刷直流电机，型号为：BL-2203C。

其特点是调速范围宽，低速力矩大，运行平稳，低噪声，高效率。

电机接线，两股线，一股为电机线，一股为电机霍尔线。

2．驱动器驱动器采用无刷直流电机驱动器。

接线端子说明：驱动器由220V交流供电。

驱动器调速方式（1）内部电位器调速:逆时针旋转驱动器控制面板上的电位器，电机速度减小，顺时针则转速增大：由于测速需要响应时间，速度显示会滞后。

（2）外部输入调速：将外接电位器的两端分别接于驱动器的“+12”和“COM”端上，将调解段接于“AVI”上即可使用外接电位器调速，也可以通过其他控制单元输入模拟电平信号到“AVI”端实现调速。

（3）多段速度选择：通过控制驱动器上的CH1—3三个端子的状态可以选择内部预先设定的几种转速。

电机运行/停止控制（R/S）通过控制端子“R/S”相对于“COM”的通、断可以控制电机的运行和停止。

端子“R/S”内部以电阻上拉到+12，可以配合无源触点开关使用，也可以配合集电极开路的PLC 等控制单元；当“R/S”与端子“COM”断开时电机运行，反之电机停止。

使用运行/停止端控制电机停止时，电机为自然停车，其运动规律与负载惯性有关；电机正/反转控制(F/R)通过控制端子“F/R”与端子“COM”的通、断可以控制电机的运转方向。

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。

基于AT89S51的单片机直流电机控制器设计一、设计目的：1、了解PWM控制技术、2、了解PID调节、3、直流电机的特性及调速方式二、系统功能：1、本设计是要利用89S51单片机控制PWM调速电路实现小功率直流电机的转速调节。

而本系统必须符合以下几点要求：2、在(1000—5500)转/分内对直流电机进行任意调速，最小调速级差为1转/分。

3、电机能在所设速度下稳定运转，运转速度与设定速度之差小于±20转/分。

4、电机启动和加减80%额定负载时,其转速能迅速回到设定值，转速超调±5%内。

5、电机能进行正反转控制。

三、系统设计硬件设计本设计在硬件电路上共分为6个部分，单片机部分、按键输入、PWM斩波电路、测速电路、转向调节电路以及模拟负载。

3.1 单片机部分及其接口电路图1 单片机部分原理图本设计采用的是AT89S51单片机，因为它是宽电压供电，工作电压范围为5.5V-3.4V，比起一般51系列单片机的5.5V-4.5V更能有效的避免电源抖动所带来的问题。

晶振选用石英晶振，频率为20MHz，比起传统的12MHz能有更快的处理速度。

在第9脚-RST，复位脚外，加了一个复位按键和复位电路，复位原理为：第一次上电时，+5V通过给电容充电，于是此时电容相当于短路，+5V直接加到RST脚上，单片机自动复位。

过了极短的时间，电容充电完毕，此时电容则相当于开路，于是RST脚被电阻R113拉为低，单片机开始正常工作。

当RESET 键按下时，+5V通过按键加到RST脚上，单片机复位，RESET键弹起之后，RST脚重新被R113拉为低，单片机开始正常工作。

单片机供电方面，采用的是12V直流通过7805三端稳压器稳压到5V，给单片机和显示部分供电。

3.2 按键输入电路图2 按键部分原理图在本设计中，按键输入比较简单，就是在按键信号输入I/O口与地线间串接一按键。

在按键没有按下的情况下，I/O口悬空，所以为高（由于单片机的I/O口是有内部上拉电路的，所以当其悬空时，内部将其上拉为高）；当按键按下后，地线的把I/O口的电平拉低，单片机便可识别有键按下。