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基于51单片机的直流电机设计

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目录

一．设计目的···································3

二．设计要求···································3

三．仪器设备···································3

四．硬件线路图·································4

五．器件及芯片介绍·····························4

STC90C516RD+单片机···························4

8段共阳数码管·······························6

直流电动机···································6

ULN2003芯片·································7

电源与控制按键································7

六．程序框图 ··································8

七．源程序 ····································9

八．开发板实物图·······························10

九．参考文献···································10

《单片机原理》课程设计

- 2 - ——基于单片机的直流电机控制器设计

一、设计目的

通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计、调试的全过程，以加深对单片机内部结构、指令系统的进一步理解，并进一步学习单片机开发系统的原理与应用以及一些外围芯片的接口和编程调试方法与技巧，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。

二、设计要求

（1）电机转速可以平稳控制

（2）通过键盘和显示器可以设置电机的转速

（3）显示电机的速度趋势

三、仪器设备

四、硬件线路图 名称 型号 数量

单片机 STC90C516RD+ 1

八位共阳数码管 1

微型迷你直流电动机 1

八位排线 1

杜邦线 7

开发板/实验板 普中科技HC6800EM3 v20 1

- 3 -

五、器件及芯片介绍

（一）STC90C516RD+单片机

单片机是单片微型计算机的简称，它是在一块半导体芯片上，集成了CPU、ROM、RAM、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等功能部件，构成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的进步，片内甚至还可以包含HSO、HSI、A/D转换器、PWM等称为“片内外设”的特殊功能部件。

STC90C516RD+ 单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统 51 单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

1. 增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可以任 意选择，指令代码完全兼容传统 8051.

2. 工作电压：5.5V～3.3V（5V 单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）

3. 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通 8051 的 0～80MHz，实际工 作频率可达 48MHz

4. 用户应用程序空间为 64K 字节

5. 片上集成 512 字节 RAM

6. 通用 I/O 口 （32 个） 复位后为：00000H ， P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O

口用时，需加上拉电阻。

- 4 - 7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片

8. 具有 EEPROM 功能

9. 具有看门狗功能

10. 共 3 个 16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2

11. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒

12. 通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART

13. 工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

14.40针双列直插式封装

单片机的工作模式

1.掉电模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原 程序，掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设

2.空闲模式：典型功耗 2mA 典型功耗

3.正常工作模式：典型功耗 4Ma～7mA 典型功耗

引脚功能说明

（二）8段共阳数码管

- 5 - 共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点VCC，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的A~DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。各个接口给低电平有效，时相应位的LED灯亮，来达到显示的目的。

共阳极数码管是一类数字形式的显示屏，通过对其不同的管脚输入相对的电压，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜、使用简单、在电器，特别是家电领域应用极为广泛，空调、热水器、冰箱等等。绝大多数热水器用的都是数码管，其他家电也用液晶屏与荧光屏。

（三）直流电动机

定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。直流电机的结构应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。

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦兹力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

（四）ULN2003芯片

- 6 - ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路 直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

引脚功能说明

引脚1-7：CPU脉冲输入端，对应16-10脚信号输出端。

引脚8：接地。

引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。

引脚10-16：脉冲信号输出端，对应7-1脚信号输入端。

（五）电源与控制按键

电源

本课程设计中的电源部分采用与电脑相连的USB接口的供电，通过USB接口获得+5V的电压，来供各个芯片工作。

控制按键

本课程设计中的控制按键利用开发/实验板上集成的8位独立按键，用其中的4位分别和单片机上的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7通过杜邦线连接，使其具有启动、停止、加速、减速等功能。

六、程序框图

开始

- 7 -

开发板上电，单片机初始化

程序启动

判断开始键是否按下

Y

电动机旋转

数码管显示相应转速档位

Y

判断加、减速键是否按下 N N

N

判断停止键是否按下

电动机停止转动

结束

七、源程序

ORG 0000H LJMP MAIN

- 8 - ORG 000BH

LJMP TIMER0

ORG 00F0H

MAIN: CALL INIT

LOOP: CALL KEYSCAN

CALL DISPLAY

SJMP LOOP

INIT: CLR P3.0

MOV R0,#1;

R0 INDICATE THE RATE OF THE SPEED

CLR 20H.0;

20H.0 INDICATE THE CURRENT STATE OF

THE MOTOR

MOV 21H,#10

MOV 22H,#01H

MOV 23H,#01H

MOV TMOD,#01H

MOV TH0,#0FCH

MOV TL0,#18H

SETB TR0

SETB ET0

SETB EA

MOV P1,#0F0H

RET

KEYSCAN:ANL P1,#0F0H

MOV A,P1

CJNE A,#0F0H,KEY1

RET

KEY1: CALL DELAY

ANL P1,#0F0H

MOV A,P1

CJNE A,#0F0H,KEY2

RET

KEY2: CJNE A,#0E0H,NOT5

SETB 20H.0

JMP RE NOT5: CJNE A,#0D0H,NOT6

CLR 20H.0

JMP RE

NOT6: CJNE A,#0B0H,NOT7

INC R0

CJNE R0,#08H,RE

MOV R0,#07H

JMP RE

NOT7: DEC R0

CJNE R0,#00H,RE

MOV R0,#01H

RE: ANL P1,#0F0H

MOV A,P1

CJNE A,#0F0H,RE

RET

DELAY: MOV R7,#00H

DJNZ R7,$

DJNZ R7,$

DJNZ R7,$

RET

DISPLAY:MOV DPTR,#TABLE

MOV A,R0

MOVC A,@A+DPTR

MOV P0,A

合集下载

基于C51单片机直流电机测速仪设计

基于C51单片机直流电机测速仪设计

西安石油大学本科毕业设计（论文）

1

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

西安石油大学本科毕业设计（论文）

2 Based On C51 SCM Single DC Motor Speedometer Design

ABSTRACT：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

基于51单片机红外遥控电机课程设计说明书

基于51单片机红外遥控电机课程设计说明书

1

课程实训报告

课程名称： 单片机与接口技术

实训题目： 红外控制直流电机正反转

2 任 务 书

一、 实训任务

设计一款基于AT89C51单片机用红外遥控控制电机的正反转加减速。

二、设计要求

1. 基本要求

1). 用无线模块控制电机的正反转加减速，实现自动化控制。

2). 通过对AT89C51单片机的编程，实现直流电机的正反转，加减速。

3). 写出详细的设计报告。

4). 给出全部电路和源程序。

2. 发挥部分

1). 可通过PC机，对系统编程，实现直流电机转速的快慢。摘 要

随着科技的不断进步，人们进入了无线电时代，它为我们的生活带来了极大的方便。像现在的移动电话，无线网络，无线鼠标，无线键盘等都已经融入了我们的生活当中。从我们身边的电子产品就可以看出我们已经进入了无线电时代。

本设计就是一款基于AT89C51的用无线模块控制的电机的正反转以及它的加减速。这非常适应于在工厂使用，特别是在工业控制中。可以想象，机器在工厂运转时，我们只需要用无线遥控来控制电机的转速以及它的转向，这样我们就可以在远处来控制了，用不着再跑到电机的旁边来控制开关，为工厂生产带来了极大的方便。

软件上采用C51编程，主要编写了主程序，直流电机驱动程序，中断程序延时程序等。经过调试，实现了对电机的控制。

关键词： AT89C51 L298 PWM 直流电机 无线模块

3

目录

4 第一章 绪 论.............................................................................................................. 5

1.1 概述................................................................................................................ 5

基于单片机的直流电机调速系统的课程设计

基于单片机的直流电机调速系统的课程设计

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。

基于单片机的直流电机控制

基于单片机的直流电机控制

基于单片机的直流电机控制

直流电机一直被广泛应用在家用电器、机械制造、汽车、飞机等各个领域，随着科技的发展，单片机控制技术越来越成熟，并且具有成本低、可靠性高、易于操作等优点，因此，采用单片机控制直流电机已成为目前广泛采用的一种方式。

一、直流电机的基本知识

直流电机由定子和转子两个部分组成，其中定子上包围着一组绕线，用以形成磁极，转子上有一个可旋转的电枢，当电枢通电后，它在磁场的作用下会发生转动。

直流电机的旋转方向与电枢上的电流方向有关，如果电枢的正极接在轴心方向，负极在外圈方向，则电机会顺时针旋转，反之则会逆时针旋转。

1. PWM 控制法

PWM 即脉宽调制，是一种控制直流电机的有效方法。具体实现过程如下：

（1）用单片机的PWM 输出口控制 MOSFET 管的开关，从而控制直流电机的开关状态。在 PWM 端口输出高电平时，MOSFET 管导通，电机就可以运转；PWM 端口输出低电平时，MOSFET 管截止，电机就会停止运行。

（2）通过改变 PWM 端口输出的高电平时间和低电平时间，可以控制电机的转速和方向。在输出高电平时间更长的情况下，电机的转速就会更快；反之，输出低电平时间更长的情况下，电机的转速就会更慢。

2. 单向控制法

单向控制法是一种简单的控制方式，适用于只需要控制直流电机的正反转的场合。具体实现方法如下：

（1）将电机的正极和负极依次接在两个 MOSFET 管上。

（3）要实现电机的正反转，只需要交换两个 MOSFET 管的接口即可。

单片机控制直流电机的应用非常广泛，可以用于机械制造、模型飞机、小车等各个方面。例如在小车的控制中，一般采用 PWM 控制法来控制电机的速度和方向，具体实现方法如下：

（1）将电机连接在电源上，通过单片机的 PWM 端口控制两个 MOSFET 管的开关状态，从而控制电机的转向和转速。 （2）借助陀螺仪或加速度计等传感器，可以获取小车的倾斜角度或速度等信息，从而实现小车的稳定行驶。