论文总字数：25590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

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及研究意义

1.2 国内外电机控制的研究现状及发展趋势

1.3 单片机AT89S51的介绍

1.4 本课题设计内容及目标

1.5 本章小结

第2章 直流电机调速系统设计

2.1系统总体方案设计

2.1.1 设计思路

2.1.2 总体方案比较与选择

2.1.3 电机调速控制模块的选择

2.2 直流电机的结构与调速原理

2.2.1 直流电机的结构

2.2.2 直流电机的控制方法及调速原理

2.2.3直流电机PWM调速原理

2.3 系统各模块的选择

2.3.1 电机驱动芯片的选择

2.3.2 显示方式的选择

2.3.3 测速传感器的选择

2.4 本章小结

第3章 调速系统硬件设计

3.1 直流电源部分

3.2 PWM波形发生原理

3.3 电机驱动电路

3.4 键盘部分

3.5 复位电路和时钟电路

3.6 速度的测量和显示

3.6.1 LED显示部分

3.6.2 霍尔元件测速

3.6 本章小结

第4章 软件系统设计

4.1 主程序

4.2 键盘扫描子程序

4.3 PWM信号发生程序

4.4 测速子程序

4.5 显示子程序

4.6 本章小结

第5章 系统调试与分析

5.1 调试软件介绍

5.2 系统调试

5.3 仿真加载程序图

5.3.1 仿真图简单说明

5.3.2 模拟仿真

5.4 调试结果分析

5.5 本章小结

参考文献

致 谢

附录 硬件电路原理图

附录 PCB版图及PCB预览图

附录 程序清单

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及研究意义

自动化控制系统在各行各业都得到了广泛的应用和发展，其中，直流调速系统更是在现代化生产中起着重要作用。无论是工农业生产、国防、医疗卫生、交通运输、航天航空、还是在日常生活中的家用电器都大量的使用了电气传动系统，车辆、电梯、机床、造纸机械等电气传动系统都有调速要求。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要进行调速控制:为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速。

直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。早期的直流电机控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件复杂，功能单一，而且系统非常不灵活，调试困难，阻碍了直流电机控制技术的发展和应用范围的推广。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Pulse width modulation，简称PWM)已成为直流电动机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能优良、效率高等优点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有良好的发展前景。

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