单片机 直流电机控制实验

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 ErasableRead 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，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

一、实验名称：51系列单片机直流电机闭环调速实验 基于Protuse 仿真实验平台实现二、实验内容(实验原理介绍)： 1、直流电机调速原理图1所示电枢电压为V ，电枢电流I ，电枢回路总电阻为R ，电机常数C ，励磁磁通量Φ。

那么根据KVL 方程：电机转速φC IR V n -=,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aPN C 60=，意味着电机确定后，该值是不变的。

而在V-IR 中，由于R 仅为绕组电阻，导致IR 非常小，所以V-IR ≈V 。

由此可见我们改变电枢电压，转速n 即可随之改变。

实现直流电机的闭环调速 实现原理如下图所示：2、测速软件设计Array图12 软件测速的方框图/****T1中断服务程序********单位时间（S）方波的个数*************/void time1_int(void) interrupt 3{count_speed++; if(count_speed == 20) { count_speed = 0;num_display = num_medium; num_medium = 0; }}3、PID 算法的数字实现由于DDC （Direct Digital Control ）系统是一种时间离散控制系统。

因此，为了用微机实现（式3-1-1）必须将其离散化，用数字形式的差分方程来代替连续系统的微分方程。

离散化的PID 表达式为：[]⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑=nj DIP n e n e T T j e T T n e K n P 0)1()()()()( （式3-1-2）式中，T ——采样周期；P n ()——第n 次采样时微机输出；e n ()——第n 次采样时的偏差值；e n ()-1——第n-1次采样时的偏差值；n ——采样序号，n =0，1，2，…。

通常把（式3-1-2）称为PID 的位置控制算式。

根据（式3-1-2）可以进一步推导出离散化的位置型PID 编程表达式，如（式3-1-3）：第K 次采样PID 的输出式为：P K P K P K P K P I D ()()()()=++（式3-1-3）其中，设[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=-+=+===∑∑==)1()()()1()()()()()()()(00K E K E K K P K P K E K j e K K E K j E K K P K E K K P D DK j I I I I K j I I P P 式中，K TT K K T T K I I PD DP=----=----积分系数；微分系数。

实验名称：单片机直流有刷电机系统控制实验报告实验目的：1. 了解有刷电机的工作原理和基本结构2. 掌握单片机对有刷电机进行控制的方法和技巧3. 探究单片机直流有刷电机系统的稳定性和精确控制性能实验设备：1. 单片机开发板2. 直流有刷电机3. 桥式整流器4. 电源供应器5. 逻辑分析仪6. 示波器实验过程：1. 连接单片机开发板和直流有刷电机，并通过桥式整流器和电源供应器为系统供电。

2. 编写单片机控制程序，包括PWM波输出、速度控制算法等内容。

3. 将程序下载到单片机开发板上，并通过逻辑分析仪和示波器对系统进行调试和监测。

4. 在不同工作条件下，比如负载变化、电压波动等情况下，观察系统的稳定性和控制性能。

实验结果与数据分析：1. 经过一系列实验操作，我们获得了系统在不同工况下的运行数据，包括电流、转速、PWM波形等。

2. 通过对数据的分析，我们发现系统在稳态和动态工作条件下表现出了良好的稳定性和精准性能，能够满足实际工程控制要求。

3. 我们也发现了系统在特定工况下的一些问题和不足之处，比如在低速和负载较大时的起动过程中的震动和噪音等。

结论与讨论：1. 通过本次实验，我们对单片机直流有刷电机系统的控制原理和方法有了更深入的了解，同时也掌握了一定的实际操作技能。

2. 在工程应用中，我们应该综合考虑系统的稳定性、动态性能和控制精度，进行更加系统和全面的设计和调试。

3. 我们还需要进一步研究和改进系统中存在的问题，以提高系统的整体性能和工程应用价值。

附录：实验中使用到的控制程序代码和调试数据记录表格。

在控制系统稳定性方面，我们发现在不同的负载条件下，系统的稳定性表现出了一定的差异。

在轻载条件下，系统的动态响应较快，控制精度较高；而在重载条件下，系统的动态响应速度降低，控制精度也有所下降。

这表明在实际工程应用中，需要根据具体的负载情况对于控制系统进行相应的调节和优化，以获得更好的稳定性和控制性能。

在实验过程中，我们也发现了一些值得注意的问题。

直流电机控制实验摘要：直流电动机在交通、机械、纺织、航空等领域中已经得到广泛的应用。

而以往直流电动机的控制只是简单的控制，很难进行调速，不能实现智能化。

如今，直流电动机的调速控制已经离不开单片机的控制，单片机应用技术的飞速发展促进了自动控制技术的发展，使人类社会步入了自动化时代，单片机应用技术与其他学科领域交叉融合，促进了学科发展和专业更新，引发了新兴交叉学科与技术的不断涌现。

现代科学技术的飞速发展，改变了世界，也改变了人类的生活。

由于单片机的体积小、重量轻、功能强、抗干扰能力强、控制灵活、应用方便、价格低廉等特点，计算机性能的不断提高，单片机的应用也更加广泛特别是在各种领域的控制、自动化等方面。

关键词：STC89C52 PWM 电机控制DC motor control experiment Summary:DC motors in transportation, machinery, textiles, aviation and other fields has been widely used. The conventional DC motor control simply control, difficult to control, not intelligent. Today, the DC motor speed control has been inseparable from the control of the microcontroller, the rapid development of microcomputer application technology to promote the development of automatic control technology, the human society entered the era of automation, microcomputer application technology and other disciplines intersect, promotion of the academic development and professional update, sparked new interdisciplinary and emerging technologies. The rapid development of modern science and technology, has changed the world, but also change the way people live. As the device small size, light weight, powerful, strong anti-interference ability, flexible control, easy to use, low cost characteristics, computer performance continues to improve, SCM applications are more widely especially control in various areas of automation and so on.Keywords: STC89C52 PWM motor control目录第1章引言 (1)1.1电机的研究意义 (1)1.2 设计方案 (1)第2章供电模块的设计 (2)2.1 集成直流稳压电源芯片LM7805的介绍 (2)2.2 供电模块的构成 (2)第3章主控制模块的设计 (3)3.1 89C52单片机的介绍 (3)3.2 89C52的主要特性和结构特点 (3)3.3 89C52的IO口介绍 (4)第4章键盘输入模块的设计 (5)4.1 键盘的电路及原理 (5)第5章显示模块的设计 (6)5.1数码管及二极管的电路及原理 (6)5.2 PWM简介 (6)第6章直流电机控制模块的设计 (7)6.1 直流电机的介绍 (7)6.2 数模转换器DAC0832 (7)第7章课程设计总结 (9)致谢 (10)参考文献 (11)附录 (12)主程序 (12)子程序 (18)第1章引言1.1电机的研究意义电气传动是现代最主要的机电能量变化形式之一，在当今社会中广泛使用着各式各样的电气传动系统。

设计题目：直流电机控制电路设计一设计目的1掌握单片机用PWM实现直流电机调整的基本方法，掌握直流电机的驱动原理。

2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速的实现方法。

二设计要求用已学的知识配合51单片机设计一个可以正转、反转或变速运动的直流电机控制电路，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信号的软件实现方法。

MCS一51系列典型产品8051具有两个定时计数器。

因为PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，所以通过控制定时计数器初值，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。

从而实现对直流电动机的转速控制。

AT89C51的P1.0—P1.2控制直流电机的快、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的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 >sbit K1 =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sbit turn_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TR0=1 ; // T0定时允许while(1){if(K3==0&&K1==1&&K2==1) // 转向{turn_around=!turn_around;}while(K3==0); //检测K3是否释放do{PWM++ ;if(PWM>0xfe)//防止PWMS计数溢出{PWM=0xff;}if(PWM==0xff)Beep() ; 响delay(3000);}while(K1==0&&K2==1);do{PWM-- ;if(PWM<1){PWM=1;}if(PWM==1)Beep() ;delay(3000);}while(K1==1&&K2==0);}}void timer0() interrupt 1 using 2 // 定时器0中断服务程序{TR1=0 ; //T1禁止TH0=0 ; //置T0定时常数TL0=0 ;TH1=PWM ; //置T1定时常数TL1=0;TR1=1 ; //T1允许PWMUOT=0 ;// PWM波输出0}void timer1() interrupt 3 using 3 //定时器1中断服务程序{TR1=0 ; //T1禁止PWMUOT=1 ; //PWM波输出1}void Beep(void) //蜂鸣器子程序{unsigned char i;for (i=0;i<100;i++){delay(100);BEEP=!BEEP; }BEEP=1; delay(100);}void delay(unsigned int n){while(n--) ;}六 Proteus仿真截图七实验结果此次试验通过仿真系统进行了仿真，按下相应的开关，可实现控制直流电机的加速、减速及转向。

武汉工程大学实验报告实验课程单片机综合实验姓名张鹏学号0704140228 专业及班级通信02 实验地点408 实验组号1组实验日期实验项目单片机控制电机实验（PWM）实验目的1了解直流电机PWM调速的原理2 了解对象模块的工作原理3 了解ADC0809工作原理4 了解显示模块的工作原理实验任务（1）基础实验（开环）（2）扩展实验（闭环）实验原理，实验步骤，实验仪器设备（名称，型号，功能，量程，在本次试验中的用途）二实验原理（1）单片机控制直流调速系统的工作原理概述整个系统的工作原理:首先是人为给定电动机转速的电压信号，然后将这个电压信号通过A/D转换成数字信号后传送给单片机（8025）。

单片机通过中断方式将接收到的数据先保存起来。

然后再对此数据进行处理，接着启动ADC0809开始采样直流电动机的实际速度值，再通过PID控制算法，得到一个输出信号值，再通过DA转换器将这个数字信号转换成相应的模拟电压控制信号，经过PWM 波形发生器来驱动直流发动机;并且不断循环，并且在这个循环往复的过程中，讲采集到的不断变化的速度值，通过LED数码管显示出直流电机的速度值。

整个系统设计包括了电位器控制部分，A/D转换部分，单片机控制部分，数码显示部分，电动机模块部分。

PWM调速原理及其实现方法PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变伏在两端电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。

PWM可以应用在很多方面，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的时间的长短。

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。

当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。

只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法，另一种是硬件的方法了解对象模块的工作原理PWM模块内部结构图在设计中首先要将给定的直流电动机转速的模拟电压转换成数字信号，同时还要对测速发电机进行采样并转化成数字信号，因此需要用A/D芯片。