单片机控制直流电机调速系统设计论文大学论文Word下载.docx
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最后对系统的功能进行测试，并记录测试结果。
关键词
PWM；
微处理器；
自动控制技术；
Singlechipmicrocomputercontroldcmotorspeedcontrolsystemdesign
Abstract
Withthedevelopmentofthesociety,adjustablespeedmotoriswidelyusedinindustryandagriculture,transportation,andourdailylife.Gettingupearlyismainlybasedontheanalogcircuitofmotorspeedcontrol.Analogcircuitdesignontheonehand,difficultandcomplexdebugging,aging,ontheotherhand,combinedwiththecomponentsforthespeedcontrolsystemwidelypopularizeplayedarole.Astheelectrictechnology,microprocessortechnology,thedevelopmentofautomaticcontroltechnology,thePWMpulsewidthmodulationtechnologygetunprecedenteddevelopment.ThedesignofthissystemisthePWMpulsewidthmodulationtechnologyintheapplicationofdcmotorspeedcontrol.Researchthetechnology,hasapositivemeaningforproductionandlife.
Thispaperintroducesthesystemarchitecture,letthereaderfromonmacroscopictograspthedesignideasofthesystem.Thenintroducedrespectivelyconstitutethecontentofeachmoduleandthechoiceofthesystem.Thenintroducesthedesignofhardwarecircuitandsoftwareprogramdesignthought.Finallytestthefunctionofthesystem,andrecordtestresults.
Keywords
microprocessor；
automaticcontroltechnology;
目录
绪论1
（一）本课题研究的背景及意义1
（二）本课题拟要解决的问题与预期达到的目标1
（三）本课题的行文结构安排2
一、系统架构与方案选择2
（一）系统架构2
（二）方案选择性3
二、硬件电路设计6
（一）单片机系统电路设计6
1.单片机最小系统电路设计6
2.液晶显示电路设计10
（二）电机驱动电路与光电计数电路设计11
（三）按键电路设计12
三、软件设计14
（一）软件总流程图14
（二）LCD1602程序设计15
四、系统测试17
（一）按键面板定义17
（二）系统测试17
五、结论18
致谢19
参考文献20
绪论
（一）本课题研究的背景及意义
电气传动可以简单的分为两大类，第一类是直流电气传动，第二类是交流电气传动。
电机作为一种动力装置，在直流电气传动与交流电气传动中扮演重要角色。
交流电气传动，顾名思义，就是用交流电机作为动力输出装置的电气传动，直流电气传动是采用直流电机作为动力输出装置的电气传动。
交流电机，由于无需换向器的设计，因此使得结构简单，这对于生产和使用普及、维护维修方面都优于直流电机。
但是交流电机本身不能进行调速，必须借助变频设备得以调节转速。
直流电机由于其构造机理与交流电机不同，使得直流电机能进行平滑的调速，而且重要的一点是无需增加额外的调速装置，只要改变直流电机励磁电压即可实现速度的调节。
随着微处理技术的发展，使得数字化的调速成为现实。
微处理器，可以进行复杂的逻辑分析、处理，强大的数据处理能力，这些使得模拟电路不能与之媲美，同时让数字电路在一定范围内更加真实的接近模拟电路。
微处理器，由于其自身的集成性，使得在很大程度上不受外界因素，如温度、湿度、噪音等影响，极大的提高了系统的稳定性。
更重要的一点是基于微处理器的系统，能更好的自动化控制，解放劳动了，提高生产效率。
单片机是微处理器的一大分支，从早期的8位单片机发展今天的16位，甚至32位。
从早期CPU外围需搭载较多复杂的功能电路到今天的一片单片机即是一个系统。
基于单片机控制的直流电机调速系统，使得电机调速由模拟走向数字化，这使得电机调速又进了一个新的台阶。
（二）本课题拟要解决的问题与预期达到的目标
本课题，主要有一下几点需要解决的问题
（1）针对系统的难易程度、控制方便、性价比等因素选型单片机，学习单片机的相关理论知识、开发流程、开发言语、开发工具等。
（2）研究PWM脉宽调制技术理论知识，结合单片机的硬件资源，用编程语言实现PWM脉宽调制，最终对直流电机的速度进行调节。
（3）一般单片机IO口的驱动能力有限，不能直接驱动直流电机，因此就要设计直流电机驱动电路，在设计中，要充分考虑系统的功能，如直流电机的正反转、起停等进行电路设计。
本课题预期达到的目标
能通过键盘输入装置改变电机枢电压的波形的占空比，从而实现调速。
能在电机运行的过程中实现正反转的切换、能在任何时候实现电机的起停。
能在液晶上实时显示直流电机转速和当前枢电压的占空比（PWM）。
（三）本课题的行文结构安排
1．系统架构与方案选择：
从整体上把握系统架构的设计，使读者在研究本论文的伊始能有一个较为清晰的系统概念。
同时这也是至上而下、模块化的设计思想。
对系统中设计的模块进行分析说明。
2．硬件电路设计：
在分析完系统架构中每个模块的功能后，针对具体的功能进行具体的电路设计。
3．软件设计：
在搭好的硬件平台上进行软件设计，进行软硬件的联合调试，不断修改设计，最终满足设计要求。
4．系统测试：
系统设计完成以后要对功能呢进行评估、测试。
一、系统架构与方案选择
（一）系统架构
图1：
基于单片机的直流电机调速系统架构图
如上图所示为本系统主要由六个模块组成，分别是单片机系统模块、液晶显示模块、按键模块、电机驱动模块、直流电机模块、光电技术模块。
单片机系统模块：
为本系统的核心。
这也是是嵌入式系统的共性之一，将微处理器嵌入到系统之中，系统的功能可裁剪。
可以根据不同的应用领域需用不同架构、不同等级的单片机。
在本系统中，单片机主要用于产生PWM波形，通过改变占空比，使得电机枢电压的平均值改变，从而达到调速的目的。
同时，本系统需要对电机速度进行检测，这就要求单片机具有测速功能。
一个系统需要具有良好的交互性和用户体验，故本系统设置有按键输入，用户可以通过按键切换不同的功能。
同时，用户可以通过液晶显示屏，实时的观察直流电机枢电压的占空比以及电机当前的速度。
键盘模块：
一个良好的嵌入式设计需要具有输入输出系统，键盘模块即使本系统的输入系统。
当用户按下按键，单片机IO通过检测按键的状态（电平值）得知用户触发的是哪一个按键，继而转向对应的功能。
拥有键盘的设计，还能在软件调试起到很大的帮助，可以通过按键改变程序的流向，通过按键的触发，知道程序运行到哪里了。
液晶模块：
为输出系统。
单独一个单片机，虽然在运行着，但是却不能向外界传达直观信息，这样的系统是需要改进的。
用于液晶显示屏的系统，可以将必要的信息实时的显示在液晶屏上，用户一是可以获取信息，二是可以判断系统的运行状态。
电机驱动模块：
因为单片机IO口的驱动能力很小，不能直接驱动直流电机，所以必须设计电机驱动电路。
电机驱动电路属H桥电路较为常见，采用H桥电路，使得电路的换向更加方便。
直流电机模块：
电机作为PWM脉宽调制的对象，可以模拟该技术真实环境下的使用，同时可以验证本系统的设计是否正确。
光电计数模块：
当前较为常用的测速的方式有测周法与测频法。
不管哪一种方式，都需要在直流电击上取得反馈信息。
光电技术模块上有一对红外光电对射管、一个编码盘，这样电机转动的时候就是让光电技术模块对外输出脉冲。
通过技术或者测量脉冲宽度即可达到测速的目的。
（二）方案选择性
1．微处理器选型：
方案一：
ARM：
ARM既是一个公司的名字，也是该公司推出的一种微处理器架构。
早期ARM公司也出售ARM架构的芯片，后来将这一方案出售给各大公司，使得ARM架构的芯片百花齐放，涌现出ARM7、ARM9、ARM11等系列产品。
ARM是RISC（精简指令集）设计，本身属于32位的微处理器，但其兼容16位指令集。
单周期指令、流水线执行、大多数据都在寄存器中执行等特点使得ARM具有更高的处理速度。
ARM应用于高端的嵌入式、教育、移动应用等领域。
ARM虽说有这么对有点，但是开发在一定程度上有难度，开发周期较长，且相对于中低端的嵌入式领域，ARM没有性价比方便的竞争力。
方案二FPGA：
FPGA是在可编程器件的基础上发展起来的新型产物，作为一种半定制电路出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
FPGA芯片具有容量大、集成度高、灵活性强等优点，可以完成极其复杂的时序和组合逻辑电路功能。
在信号处理方面、数据传输方面、视屏图像处理等领域中得到广泛的运用。
不过FPGA的开发投资大，只适用于产品研发验证阶段，不适合量产。
且同样具有开发平台搭建复杂、开发难度较大等不足。
方案三单片机：
是将计算机的功能部件裁剪后在一块半导体硅片上集成CPU、存储器、各种输入输出接口的芯片，结构框图为图二所示。
单片机产生于20世纪70年代，从当时的4位8位单片机发展到现的16位、32位。
单片机已经渗透到我们生活的各个
图2单片机内部结构框图
领域，有它作为控制核心开发的产品比比皆是。
单片机具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，对运行环境要求不高
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