基于51单片机的电动机测速表设计

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。

摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。

步进电机作为最常见的一种电机，作为一种数字伺服执行元件，步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。

为了实现步进电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。

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。

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。

这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。

使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

本设计采用89C52单片机为核心设计，L297和L298为驱动芯片，用单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率时间对步进电机的转速控制，实现电机调速与正反转功能，并用数字灯和数码管显示当前状态。

【关键词】步进电机单片机L297 L298IABSTRACTIn the electrical era, the motor plays an important role in indus trial and agricultural production and daily life. Stepper motor as th e most common type of motor, a digital servo actuator, stepper motor has a simple structure, reliable operation, easy to control, good con trol performance, widely used in CNC machine tools, robots, automated instrumentation areas. Generally based onsingle chip as the microproc essor control system for easy movement of the stepper motor control, speed and position of the stepper motor positioning control stepper m otor-specific driver chip.The stepper motor is the electrical pulses into angular displacement or linear displacement of the open-loop con trolcomponents.In the case of non-overloading, motor speed, the stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regard less of load changes, to the motor plus a pulse signal, the motor is turned to a step angle. The existence of this linear relationship, co upled with the characteristics of the stepper motor only periodic err or without accumulated error. Makes the speed, position and control t he stepper motor to control very simple. Governorgeneral of the stepp er motor is to change the frequency of the pulse input stepper motor to achieve the speed control of stepper motor, stepper motors each to a pulse rotating a fixed angle, so that you can control the stepper m otor a pulse to the next pulse time interval to change the frequency of the pulse, the delay length to specifically control the stepping a ngle to change the motor speed, in order to achieve the speed control of stepper motor.Stepper motor is a digital motor control, it will pulse signal ch anges in angular displacement, that is, to a pulse signal, the steppeIIr motor to rotate atan angle, so it is suitable for single-chip contr ol.This design uses a 89C52 microcontroller as the core design, the L297 and L298 driver chip, change the time of the CP pulse frequency of the stepper motor speed control, motor speed control with reversin g function using theinternal timer of the microcontroller, and digita l light and The digital tube displays the current status.【Key words】Stepper motor Microcontroller L297 L298III目录前言 (1)第一章绪论 (2)第一节单片机控制步进电机的背景与意义 (2)第二节国内外研究状况 (2)1.2.1 国外研究状况 (2)1.2.2 国内研究状况 (3)第三节本文主要研究内容 (3)第四节本章总结 (4)第二章系统概述 (5)第一节步进电机介绍 (5)2.1.1 步进电机的概述 (5)2.1.2 步进电机的工作原理 (8)2.1.3 步进电机的选择 (9)第二节步进电机驱动介绍 (10)2.2.1 步进电机驱动系统简介 (10)2.2.2 步进电机绕组的电气的特性 (11)第三节单片机介绍 (13)2.3.1 单片机原理概述 (13)2.3.2 单片机的应用系统 (13)2.2.3 AT89C52 (14)第四节核心芯片介绍 (18)2.4.1 L297的工作原理 (18)2.4.2 L297驱动相序的产生 (19)2.4.3 L298简介 (20)2.4.4 驱动方式的确定 (22)第五节本章总结 (22)- 1 -第三章系统的设计与实现 (23)第一节系统整体设计 (23)3.1.1 系统原理图 (23)3.1.2 系统整图 (23)第二节系统硬件电路的设计 (24)3.2.1 电源电路的设计 (24)3.2.2 按键电路的设计 (26)3.2.3 驱动电路的设计 (27)3.2.3 显示部分电路 (27)3.2.4 时钟部分 (28)3.2.5 抗干扰设计 (28)第三节系统软件程序设计 (29)3.3.1 系统主程序设计 (30)3.3.2 键盘控制程序设计 (30)3.3.3 正反转程序设计 (31)3.3.4 加减速程序设计 (32)3.3.5 显示子程序的设计 (33)3.3.6 定时中断流程图 (34)第四节本章总结 (35)第四章系统的测试 (36)第一节测试的步骤 (36)第二节测试的数据 (37)第三节理论与实际的分析 (38)第四节本章总结 (39)第五章总结与展望 (40)第一节总结 (40)第二节展望 (41)致谢 (42)参考文献 (43)- 2 -附录一 (44)英文原文 (44)英文翻译 (47)附录二 (50)源程序清单 (50)- 3 -前言步进电机广泛应用与ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷图设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量储存设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。

基于单片机的数字电能表设计数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。

它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。

本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。

1. 系统结构设计数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。

传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。

信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。

单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。

数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。

通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。

2. 系统功能设计数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。

3. 硬件设计3.1 传感器设计传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。

应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。

3.2 信号处理电路设计信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。

转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。

采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。

应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。

3.3 单片机设计单片机芯片是数字电能表的核心部分。

MCU通常采用单片机，具有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。

应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。

3.4 数字显示部分设计数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。

可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。

应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。

3.5 通讯接口设计通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。

RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。

基于51单片机的PWM直流电机调速在现代社会，PWM直流电机已经成为各类机械设备不可或缺的动力源。

为了更好地控制电机的转速和输出功率，我们需要进行PWM调速操作。

本文将简要介绍如何基于51单片机实现PWM直流电机的调速。

一、PWM调速原理PWM调速是一种通过改变电机供电电压的占空比来调整电机转速和功率的方法。

当一个周期内高电平所占的时间比较短时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应减小，电机的速度和功率也随之降低。

反之，当高电平所占的时间比较长时，电机得到的平均电流和平均转矩也相应增大，电机的速度和功率也随之提高。

因此，通过改变PWM信号的高电平占空比，可以实现直流电机的调速、调功等功能，极大地提高了电机的效率和可控性。

二、硬件电路搭建根据上述PWM调速原理，我们需要搭建一个控制板，将51单片机的PWM输出与直流电机相连。

具体电路如下：1、选择合适的电源供电，一般为12V/24V直流电源。

2、使用L298N模块作为直流电机驱动模块，将模块的电源接到电源供电上，将模块的IN1和IN2引脚分别接到51单片机的P1^0和P1^1引脚上，将直流电机的正负极分别接到模块的OUT1和OUT2引脚上。

3、将51单片机的P1^2引脚连接到一个脉冲宽度计波形滤波器（LCF）的输入端，并将输出端接到L298N模块的ENA引脚上。

4、调整脉冲宽度计波形滤波器的参数，以达到合理的PWM输出波形。

5、建立一个按键，将按键的一端接到51单片机的P3^2引脚上，将另一端接到单片机的地端。

6、根据需要进行其他接线。

三、软件程序设计根据上述硬件电路，我们需要进行相应的软件程序设计，以实现基于51单片机的PWM 直流电机调速。

以下是程序设计的主要步骤：1、在程序中定义需要使用的IO口。

2、调用定时器初始化程序，设置定时器的时钟频率、计数器值和工作方式等参数。

3、编写一个PWM输出函数，实现对PWM信号的输出。

4、编写一个ADC采样函数，读取ADC转换器的值，并根据采样值输出一定的PWM信号。

基于单片机的行车测速系统XX(XXXX，XXXX)摘要本设计采用AT89S52单片机作为控制芯片，利用霍尔传感器采集被测信号，将被测信号通过单片机计算在LCD上进行显示，另外通过矩阵键盘设置计算参数，并使用存储芯片储存重要数据和参数，构成了基于单片机的行车测速系统。

该测速系统除了可以测量车辆行驶速度，还可以记录车辆行驶里程，而且具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，并能够有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性，在日常生活运用中具有独特的优势。

关键词AT89S52；测速系统；霍尔传感器1 绪论如今随着半导体技术的不断发展，微控制单元MCU （MicroControllerUnit）以其集成度高、功能强、速度快、可靠性好等特点被电子系统开发人员广泛的运用到控制系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品等领域。

单片机的突出特点是体积小，抗干扰性好，功耗小，可靠性好，有较强的模拟接口，代码保密性好，所以得到了官方的应用[1]。

采用单片机作为主芯片可以有效的解决对采样信号的处理问题，并能够降低开发成本，提升开发的效率和开发的质量。

现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置[2]，这些装置都需要汽车车速信号。

速度是一个很重要的物理量，获取准确的速度能够保证车辆行驶的安全性，而基于单片机技术的测速系统具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，能有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性。

因此本文提出了一种基于单片机的行车测速系统，有效速度范围为10~300 km/h，完此，其可用于机动车的测速，为机动车的安全驾驶提供安全保障和技术支持。

2方案的设计与论证2.1测速系统主要组成器件的选择与论证2.1.1微控制器的选择方案一：采用80C52单片机实现。

80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）、32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路[3]。

单片机原理及应用课程设计报告设计题目：学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日目录设计题目 (3)1 设计要求及主要技术指标： (4)1.1 设计要求 (4)1.2 主要技术指标 (5)2 设计过程 (6)2.1 题目分析 (9)2.2 整体构思 (10)2.3 具体实现 (12)3 元件说明及相关计算 (14)3.1 元件说明 (14)3.2 相关计算 (15)4 调试过程 (16)4.1 调试过程 (16)4.2 遇到问题及解决措施 (20)5 心得体会 (21)参考文献 (22)附录一：电路原理图 (23)附录二：程序清单 (24)设计题目：PWM直流电机调速系统本文设计的PWM直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。

电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。

通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LED实现对测量数据（速度）的显示。

电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。

关键词：直流电机调速；定时中断；电动机；PWM波形；LED显示器；51单片机1 设计要求及主要技术指标：基于MCS-51系列单片机AT89C52，设计一个单片机控制的直流电动机PWM 调速控制装置。

1.1 设计要求（1）在系统中扩展直流电动机控制驱动电路L298，驱动直流测速电动机。

（2）使用定时器产生可控的PWM波，通过按键改变PWM占空比，控制直流电动机的转速。

（3）设计一个4个按键的键盘。

K1:“启动/停止”。

K2：“正转/反转”。

K3：“加速”。

K4:“减速”。

（4）手动控制。

在键盘上设置两个按键----直流电动机加速和直流电动机减速键。

在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。

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。

直流电机调速控制和测速系统设计摘要：在电机结构之中，直流型的电机在性能上具有极高的优势，随着时代的飞速发展，有关直流电机的应用范围也越发广泛。

但是，传统的直流电机的工作性质决定它会面临有关运转方面的问题，如何进行转速控制便成为困扰直流电机发展与应用的重要原因。

而直流电机控制系统的出现，很好地缓解了这方面的问题，不但提高了直流电机的稳定性与精准性，同时还能够对直流电机开展有效的调速控制，以此来满足我国对相关设备的应用需求。

正因如此，本文就直流电机调速控制加以分析，并以此为基础开展相应的测速系统设计。

关键词：直流电机；调速控制；测速系统电子技术是新时代发展的基础，对于人们的日常生活有着极为重要的影响，随着我国科学技术的不断提升，有关直流电机的成本也在不断降低，在这一过程中，直流电机本身所具备的优良特性也会得到有效发挥，在发展前景方面也会更加乐观。

此外，由于直流电机本身在控制方面相对简单，且自身所具备的应用性比较强，在进行设计的过程中，只需要对其自身调速稳定内容进行优化即可。

但是，当前我国在有关这方面的控制技术上还存在着一定程度的问题，很多计算过程十分复杂，很难将直流电机的调速控制工作完全发挥出来。

正因如此，本文就这方面进行调速与测速系统的控制与设计，以此来确保整个电机设备的稳定性与安全性能够得到有效提升。

一、电机调速原理及其实现电机调速原理主要是指对电机两端所存在的电压进行数据上的更改，以此来完成对电机转速的调节工作，对于电机而言，当自身的电压方向出现改变，那么电机的旋转变化发生改变[1]。

而PWM在调速原理方面则是以脉冲信号为主，利用脉冲信号的输出特性来进行传输，并改变原本存在于电机内部空间的脉冲信号，通过间接或速度按钮来完成有关电机电压的更改工作，从而来确保电机的转速能够因此发生改变。

在这一过程中，电机内部的脉冲占比越大，转速也就越慢[2]。

本文针对直流电机进行相应的系统设计，整个电路主要是以H桥为主，为了确保整个驱动电机能够得到有效控制，将三极管进行单片机的引脚安装，将基极部分分别安装在P3.4以及P3.7这两部分，从而来确保当电机处于运行状态时，能够利用垫片机来对其自身的转速内容进行控制。