单片机控制的PWM直流电机调速系统设计

单片机控制的PWM直流电机调速系统设计(论文17000字)
摘  要
本设计主要介绍了使用微控制器AT89S51的直流电机调速系统。论文主要介绍了直流电机调速系统的意义、基于单片机控制的PWM直流电机调速方法和PWM基本工作原理以及实现方法，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。主电路主要采用四个小键盘控制AT89S51单片机，将数据传输给单片机并产生脉宽调制信号，然后通过电机驱动芯片L298对小型直流电机进行控制。本设计还附加了由霍尔开关CS3020、AT89S51单片机、74LS47七段数码管译码芯片和四位LED构成转速检测显示电路。通过按键的调试可以实现控制直流电机启动、停止、方向和速度。设计的整个系统，采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的可靠性和稳定性。
最后在软件方面，介绍了主程序、键盘扫描子程序、PWM信号发生程序、测速子程序和显示子程序的编写思路以及具体的程序实现。
关键词: 单片机AT89S51；直流电机；脉宽调制；转速检测

The Design of PWM Controlled DC Motor Speed Control System Based On Single Chip
Abstract
A speed governing system of DC motor by using AT89S51 micro controller is mainly introduced in my design. This paper introduces the significance of a speed governing system of DC motor, a kind of method of DC motor speed modification, based on PWM theory by the SCM, the basic theory and the way to implement. Through the computation achieves the precise velocity modulation again to the duty factor the goal. The main circuit is adopted four keypads to control AT89S51 mainly, convey data to AT89S51 produce the signal of Pulse Width Modulation and then, control the DC motor through the electrical machinery L298. This design still is added the circuit of rotational speed measuring and showing formed by CS3020 Hall’s switch, AT89S51, 74LS47, and four LED. Through the adjustment of the button can control effectively the DC motor of the start and stop, direction and speed. The design of the whole system has been used the massive integrated circuit module, which can be used to simplify the hardware electric circuit greatly, improve the system reliability, stability.
Finally in the software, the main routine, keyboard scan subroutine, PWM signal producing subroutine, velocity measurement subroutine and the demonstration subroutine compilation as well as the specific program are introduced.
Keywords:  M AT89S51; DC motor; PWM; Measurement of rotating speed

设计思路
本设计是基于AT89S51单片机的直流电机PWM调速系统，其基本原理为：由单片机AT89S51接受键盘的信号并通过计算占空比产生出对应的PWM信号输出和控制信号输出，脉宽调制(PWM)信号经过功率放大后驱动电机,本调速控制系统采用的是L298驱动芯片。
单片机控制的PWM直流电机调速系统的主要功能包括：实现对直流电机的加速、减速和正转、反转以及启动、停止的控制，能够很方便地实现电机的智能控制。
系统的主体电路是直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等来控制直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转，并且还可以调整电机的转速，可以很方便地实现对直流电机的智能控制。该系统是通过AT89S51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机的工作。该单片机控制的PWM直流电机调速系统主要是由以下几个电路模块组成：
输入模块：这一部分主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和启动、停止控制。
控制模块：主要由AT89S51单片机的外部扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分主要由一些二极管、电机和L298驱动芯片组成。
测速显示模块：通过霍尔传感器CS3020和LED数码显示，实现对直流电机转速的实时显示。

总体方案比较与选择
方案一：直接用直流电源来控制电机的转动速度：根据电机在其额定电压时，电机有一定的额定转速。那么若其输入电压减小，其转动速度也会相应地减小。在传统的改变电机转速的方案中，就是利用所给电机的电压的不同，从而达到人们所需的转速。
方案二：以单片机AT89S51为中心，通过D/A转换器，将单片机数字量转化为模拟量，从而起到控制电机的转速问题。其中在单片机控制部分通过按键直接从程序中调出所需的速度值，同时输到数码显示部分和D/A转换部分来实现电机的调速。
 

目录
摘  要    I
Abstract    II
第1章 绪论    1
1.1 课题研究的背景及研究意义    1
1.2 国内外电机控制的研究现状及发展趋势    2
1.3 单片机AT89S51的介绍    3
1.4 本课题设计内容及目标    5
1.5 本章小结    6
第2章 直流电机调速系统设计    7
2.1系统总体方案设计    7
2.1.1 设计思路    7
2.1.2 总体方案比较与选择    8
2.1.3 电机调速控制模块的选择    9
2.2 直流电机的结构与调速原理    9
2.2.1 直流电机的结构    9
2.2.2 直流电机的控制方法及调速原理    9
2.2.3直流电机PWM调速原理    10
2.3 系统各模块的选择    11
2.3.1 电机驱动芯片的选择    11
2.3.2 显示方式的选择    14
2.3.3 测速传感器的选择    15
2.4 本章小结    16
第3章 调速系统硬件设计    17
3.1 直流电源部分    17
3.2 PWM波形发生原理    18
3.3 电机驱动电路    18
3.4 键盘部分    21
3.5 复位电路和时钟电路    22
3.6 速度的测量和显示    23
3.6.1 LED显示部分    23
3.6.2 霍尔元件测速    24
3.6 本章小结    25
第4章 软件系统设计    26
4.1 主程序    26
4.2 键盘扫描子程序    27
4.3 PWM信号发生程序    28
4.4 测速子程序    30
4.5 显示子程序    31
4.6 本章小结    32
第5章 系统调试与分析    33
5.1 调试软件介绍    33
5.2 系统调试    34
5.3 仿真加载程序图    34
5.3.1 仿真图简单说明    34
5.3.2 模拟仿真    35
5.4 调试结果分析    36
5.5 本章小结    36
参考文献    38
致  谢    40
附录  硬件电路原理图    41
附录  PCB版图及PCB预览图    42
附录  程序清单    43