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1、摘 要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。本设计通过PWM方式控制直流电机调速，采用了C语言来控制单片机产生PWM信号，将信号输入L298N芯片驱动电机，通过改变输入电压的占空比，从而实现
2、直流电机速度的控制。论文针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以AT89S51单片机为核心的硬件构成，对调速电路、检测电路、显示电路等作了详细阐述；软件部分采用模块化设计思想，论述了软件的设计思想和方法；实现了对直流电机的快速启动和停止，电机转速的设置、调控和显示功能。利用AT89S51芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。关键词：单片机；PWM；直流电机；转速控制AbstractNowadays, automatic control system has been w
3、idely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production. For a long time, DC motors hold a dominant position in transmission field with the characteristics of more flexible and simple spee
4、d adjustment, smoothly timing in a large scale, and good control performance. DC motors are widely used in factory equipment of numerical control machine, industrial robot, etc. With the constant expansion of modern production, the demand for DC motors is increased and a higher request is put forwar
5、d. Thus, it is of great practical significance to research and make a high performance and reliability DC motor control system.The design controls DC motors speed regulation through the method of PWM, uses C language to control the microcontroller and then generates PWM signals. It is to input the s
6、ignals into L298N drive chip, by using the control method of changing the duty ratio of the input voltage, and then make the DC motor speed control come true. The paper makes a detailed discussion on software and hardware of controlling system on the basis of the designed control system. After a dis
7、sertation on the whole design of, hardware structure with AT89S51 microcontroller as the core is introduced, and then speed control circuit, detection circuit and display circuit are expounded. In the part of software, module idea is adopted, the design idea and method is discussed and setting, star
8、t, stop, controlling and display functions of the DC electrical motor rotation parameters are achieved. The design of using AT89S51 chip to do low cost DC electrical motor control system can simplify system structure, reduce system cost, enhance system performance and meet more application needs.Key
9、 words：microcontroller; PWM; DC electrical motor; speed control 目 录引言11 总体方案设计11.1 任务要求11.2 方案论证11.2.1电机调速控制模块的选择方案11.2.2电机测速模块的选择方案21.2.3电机转速显示模块的选择方案21.2.4控制器的选择方案31.3 总体方案选择32 硬件电路的设计42.1 AT89S51单片机最小系统电路42.1.1AT89S51单片机芯片简介42.1.2AT89S51的管脚排列42.1.3晶振电路52.1.4复位电路52.2 转速检测电路62.2.1霍尔元件3144简介72.2.2霍尔
10、元件的使用注意事项72.2.3霍尔元件3144的电路设计72.3 数码管显示电路82.3.1数码管简介82.3.2数码管的驱动方式82.3.3数码管显示电路设计92.4 单片机ISP下载电路92.5 电机驱动电路102.5.1L298N芯片简介102.5.2驱动电路设计112.5.3保护电路设计123 电机调速设计123.1 PWM控制技术123.1.1PWM简介123.1.2PWM优点133.2 电机调速控制133.2.1调速原理133.2.2实现方法144 系统软件设计144.1 程序设计流程图144.2 单片机片内定时计数器介绍154.2.1定时计数器的结构154.2.2定时计数器的工作
11、寄存器TMOD和TCON154.3 片内中断系统简介164.3.1中断的概念164.3.2中断控制寄存器IE、IP174.4 数码管显示程序的设计184.4.1转速显示的程序设计184.4.2转速显示实时更新的程序设计194.5 直流电机启动、停止程序的设计204.6 电机自动调速程序设计215 系统调试与数据测试235.1 系统调试235.1.1元件焊接与整板测试235.1.2系统软件调试245.2 系统实验245.2.1测试方法245.2.2测试结果分析246 结论25谢辞26参考文献27附录28附录一：系统原理图28附录二：系统PCB28附录三：程序清单29桂林电子科技大学信息科技学院毕
12、业设计（论文）说明书 第39页 共38页引言 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，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，这时通过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
13、要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，能避免上述的缺点，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
14、机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。1 总体方案设计1.1 任务要求（1）单片机进行设定并驱动直流电机转动（2）直流电机的转速显示在数码管上（3）对直流电机转速进行控制（4）直流电机的启动（5）直流电机的停止1.2方案论证1.2.1电机调速控制模块的选择方案方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采用集成芯片L298N。L298N是SGS（通标标准技术服务有限公司）公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二
15、相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。其有控制精度高、稳定性好、响应速度快等优点，使用它和PWM技术可控制驱动电流大小以达到电机速度的调整。鉴于方案二调速特性优良、调整平滑、调速范围广、外围电路少、过载能力大，因此本设计采用方案二。1.2.2电机测速模块的选择方案方案一：使用霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。其对硬件电路要求也要高。方案二：使用光电码盘。光电码盘是由光学玻璃制成，在上面刻有许多同心码道，每个码道上都有按一定规律排列的透光和不透光部分。工作时，光投射在码盘上，码盘随运动物体一起旋转，透过
