摘 要

近年来，伺服电机的应用越来越广泛，市场占有率越来越高，但由于价格及可靠性等原因，国内品牌的伺服电机在市场中仍处于劣势。本文旨在设计一种简单操作及价格便宜的直流伺服电机检测及控制系统。

本文主的主要研究内容为：一、利用STC 89C52单片机产生可调节占空比的PWM信号来改变电压从而实现对直流电机调速。二、使用三极管组合成H桥电路，使其可以进行正反转切换。三、利用检流电阻和AD模块对电机的电流进行检测，利用霍尔传感器对转速进行检测，并将转速与电流显示到LCD液晶显示上去。

最终，本设计实现了利用单片机产生由独立键盘调节占空比的PWM驱动信号，送入可调节正反转的H桥驱动电路，由霍尔传感器进行测速，AD模块进行电流检测的直流电机控制系统。

关键词：STC89C52，直流电机，PWM信号，霍尔元件，液晶显示

Abstract

In recent years, the application of servo motor is more and more extensive, market share is more and more high, but due to the price and reliability and other reasons, the domestic brand servo motor in the market is still at a disadvantage. This paper aims to design a simple operation and cheap price of DC servo motor detection and control system.

The main research contents of this paper are as follows: firstly, the PWM signal which can adjust duty cycle is generated by using STC89C52 single chip microcomputer to change the voltage so as to realize the speed control of DC motor. Secondly, the use of a combination of transistors into H bridge circuit, so that it can be switched on the positive and negative. Thirdly, using the detection flow resistance and AD module to detect the motor current, the use of Holzer sensor to detect speed, and the speed and current display to the LCD liquid crystal display up.

Finally, the design realized using single chip computer generated by independent keyboard adjust duty ratio of the PWM drive signal and sent into an adjustable positive inversion of the H bridge driving circuit, by the hall sensor is used in measuring velocity of, AD module of current detection for DC motor control system.

Keywords：STC89C52;DC motor; the PWM signal; Hall element; LCD1602

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2国内外研究趋势 2

1.3设计工作内容及预期目标 3

2调速系统总体设计 4

2.1系统总体框图设计 4

2.2直流电机调速原理 4

2.3 PWM调速原理 5

2.4 直流调速系统的PWM方法 5

2.5直流电机PWM控制流程图 7

2.6主要模块功能 7

3系统硬件设计 8

3.1系统纵体设计图及单片机核心控制模块 8

3.1.1单片机简介 8

3.1.2单片机CPU及部分部件的功能 8

3.1.3单片机STC89C52引脚功能 9

3.2驱动模块 10

3.2.1驱动电路分析 11

3.3测速模块 12

3.3.1测速方案选择 12

3.3.2霍尔传感器测速原理 12

3.3.3测量电路 13

3.4键盘模块 14

3.5显示模块 15

3.5.1LCD1602功能介绍 15

3.5.2液晶模块电路 18

3.6数据转换（A/D）模块 19

3.6.1AD7705的参数性能 19

4软件程序设计 20

4.1主程序流程图 20

4.2生成PWM的程序 21

4.3键盘程序 22

4.4显示程序 24

4.5AD转换程序 25

4.6仿真模拟 25

4.6.1仿真结果分析 26

总结 28

致谢 29

参考文献 30

1绪论

1.1 课题背景

现今，自动化控制系统广泛应用并发展于各行各业中，而直流控制系统在现代化生产中占有举足轻重的地位，无论是在工业生产、国防、医疗还是日常生活中都大量应用着各种各样的传动系统，其中很多系统要求有调速：如车辆，机床，各式机械等等。为了满足对运行、生产、工艺的要求往往需要对电机设备进行控制，以达到精确调整、减低运行功耗、节约电能等的目的，这时候就需要对电机进行调速。电机的调速系统的有机整体包括控制部分，功率部分和电动机三大部分，各部分的自由组合可以构建出不同的电机调速系统。

在近些年来，直流电机的驱动技术经历了很多次的更新换代。整流器也得到了更新换代，传统的直流发电机电动机组及水银整流装置被晶闸管整流装置所取代。新一代的驱动技术具有集成化程度高，体积越来越小型化，可靠性提升而成本大大减小的特点，这些技术特点让直流电机的性能得以提升并且可以应用在更多的领域当中。

脉宽调制PWM的发展，为电机驱动控制应用上增添了一种新的方式，同时，更高性能的单片机的推出，进一步为设计更高性能的电机控制系统提供了基础。在高性能电机领域中，伺服电机可以说是一种耀眼的存在，因为伺服电机具有很高的位置精确性，反应十分迅速。

但是目前而言，伺服电机的价格是阻碍其应用于更多领域的阻碍，并别一般而言，伺服电机产商都会配备自己产品专有的驱动器，这导致在配备以及维修上成本进一步上升。因此，设计出一款具有通用意义，简易操作以及价格低廉的驱动非常具有实际意义，这可以让更高精度的伺服电机应用在更多的方面。

本文主要从直流伺服电机方面进行研究，设计一套基于单片机的，通用性高，操作简便，价格低廉的可行驱动办法，实现对直流电机的驱动控制，在研究过程中，了解直流伺服电机的驱动原理，以及了解PWM信号及其驱动电机的原理，并在设计驱动过程中进一步巩固已学习到的知识。

1.2国内外研究趋势

电机的驱动一直以来都是人们研究的重点之一，直电机从发明开始人们就开始热衷于对电机转速自由控制的驱动技术，其研究趋势大致是：第一，采用一个恒定的直流电源，在电枢上串联可调电阻，向直流电动机进行供电，通过改变可调电阻的电阻值来改变加载在电机两端的电压来实现调速。这种方案的电路非常简单，调节也很轻松，但缺点的它的精确性很难保证，而且效率低，电能损耗大，目前采用这种方案的应用极少。