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基于单片机的直流电机控制系统设计

摘 要

以AT89C51单片机为核心,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 :AT89C51单片机;转速控制;直流电机

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目录

1引言 .................................................................................................................................... 2 2 设计思路 ........................................................................................................................... 2 3 硬件部分的设计 ............................................................................................................... 3

3.1硬件设计总体思路 .................................................................................................. 3 3.2单片机控制直流电机部分的硬件设计 .................................................................. 3 4 电机驱动模块的电路设计 ............................................................................................... 5

4.1 单片机与直流电机接口部分 ................................................................................. 5 4.2各部分硬件结合原理及构造 .................................................................................. 5 5 软件程序设计 ................................................................................................................... 6 5.1系统软件设计的总体概述 ....................................................................................... 6 5.2系统各部分软件设计的思路 ................................................................................... 6 6 系统的调试与现象分析 ................................................................................................... 9 7课设总结 .......................................................................................................................... 11 参考文献 ............................................................................................................................. 12 附录I ................................................................................................................................... 13 附录II ................................................................................................................................. 21

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1引言

本文讨论的单片机多功能定时器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机,配置了外围设备,构成了一个可编程的计时定时系统,具有体积小,可靠性高,功能强等特点。不仅能满足所需要求而且还有很多功能可供开发,有着广泛的应用领域。

20世纪80年代中期以后,Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家,如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品,准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构(主要是指令系统)相同,采用CMOS工艺,因而,常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机,它们对8051单片机一般都作了一些扩充,更有特点。其功能和市场竞争力更强,不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机,因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容,主要在内部结构上有些区别。目前使用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类:基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。

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2设计思路

直流电机PWM控制系统的主要功能包括:直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转,并且可以调整电机的转速,还可以方便的读出电机转速的大小,能够很方便的实现电机的智能控制。其间,还包括直流电机的直接清零、启动(置数)、暂停、连续功能。该直流电机系统由以下电路模块组成:振荡器和时钟电路:这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。设计输入部分:这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分:主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分:包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由LCD液晶显示模块组成;LED数码显示部分由七段数码显示管组成。直流电机PWM控制实现部分:主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。

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3 硬件部分的设计

3.1硬件设计总体思路

根据本次课程设计的具体要求为,使用LCD显示出直流电机的转速,由题目可以分析出,这个题目实际是由多个部分组成的。

第一个部分用单片机控制直流电机的转速,并且应提供直流电机驱动、测速电路,使用单片机驱动直流电机,测量直流电机的转速,控制直流电机稳定运行在一个范围内。

第二个部分使用LCD显示系统显示出直流电机的具体转速,并且单片机控制的电机实际转速与液晶显示器显示出的转速应该时时对应。

其三,本系统应该具有数模和模数转换的部分,因为这个模数转换部分在这个系统中是不可缺少的,单片机控制的直流电机转速,在实际中无论是对电机控制的信号,还是电机输出的信号都应该是数字信号,因为只有数字信号才能被单片机所识别,而最重要的是,单片机控制的直流电机输出的转速的信号只有是数字信号时才能被液晶显LCD模块所识别,并最终准确的显示出直流电机的转速。

调速系统的硬件设计原理方框图如下图3-1所示, 以AT89C51单片机为控制核心,包括测速电路、PWM波形发生器和PWM功放电路以及LCD显示部分。

图3.1 硬件设计方框图

3.2单片机控制直流电机部分的硬件设计

直流电动机结构由定子和转子两大部分组成。转子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。直流电动机的结构是由直流电源、直流电机、控制开关和调速器组成。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变

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