基于单片机的电机转速控制Word文件下载.docx

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4.设计总结10

参考文献11

附录12

1引言

在电气时代得今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。

直流电机作为最常见的一种电机，具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、良好的起动性以及简单的控制电路等优点，因此在社会的各个领域中都得到了十分广泛的应用。

本文设计了直流电机控制系统的基本方案，阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。

本系统采用MCS-51单片机对直流电机的转速进行控制，用脉宽调制方法调节电动机转速。

电子技术的高速发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术进入到一个新的阶段。

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

早期直流电动机的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，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。

采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

2　硬件设计

2．1MCS-51单片机系统简介

80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。

80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

51系列单片机有40个引脚，按引脚功能大致可分为4个种类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

2．1.1电源引脚

电源引脚接入单片机的工作电源。

共有两个引脚⑴VCC-芯片电源，接+5V电源；

⑵VSS-接地引脚。

注：

用万用表测试单片机引脚电压一般为0v或者5v，这是标准的TTL电平。

但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介于0v-5v之间，其实这是万用表的响应速度没这么快而已，在某一个瞬间单片机引脚电压仍保持在0v或者5v。

2.1.2时钟引脚

XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

2.1.3控制引脚

控制引脚共有4个：

⑴ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

②PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN:

外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD:

复位/备用电源。

①RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

②VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp:

内外ROM选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能：

内外ROM选择端。

②Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

2.1.⒋I/O口引脚

80C51共有4个8位并行I/O端口：

P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。

其中P0口为双向口，P1、P2、P3口为准双向口。

P0口作为通用I/O口时需加上拉电阻，这时是准双向口。

P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

2.2硬件电路

寻轨小车硬件电路图如图1所示：

由图1可得寻轨小车硬件电路由开关部分、比较器部分和电动机部分三部分组成。

2.2.1开关部分硬件电路

开关部分硬件电路是通过一按钮控制小车停或走的电路，其硬件电路图如图2所示：

由图2可知电路中的开关按钮的一端连接在P1.1引脚上，另一端接地，通过控制引脚P1.1的高低电平来达到手动控制电动机的停转的目的。

2.2.2比较器部分硬件电路

比较器部分是通过比较器通过比较由于外部环境的改变而导致电路中电压的变化与参考电压线比较并把比较结果送入单片机的部分，其中一个比较器连接电路图如图3所示：

由图3可以看出比较器部分比较将两个光敏电阻两端的电压与参考电压相比较并分别把比较把比较结果送入P1.5，P1.7中。

比较器引脚图如图4所示

2.2.3电动机部分硬件电路

电动机部分电路是通过单片机控制电机转动的部分，其电路连接图如图5所示：

由图4可得该电路中的电动机是通过单片机的P2.0、P2.7控制，电路中的四个PNP三极管在电路中中起开关和电流放大的作用。

2.3寻轨小车的电路原理

寻轨小车硬件电路由开关部分、比较器部分和电动机部分三部分组成。

开关部分电路通过控制单片机一引脚的高低电平来给单片机相应的控制信息，单片机通过查询该引脚的高低电平进行相应的操作，从而实现通过手动控制电机的停或者转；

比较部分将光敏电阻两端电压电压与参考电压相比较，如果光敏电阻两端电压高则比较器输出1，反之则比较器输出0。

并通过电路将比较结果送入单片机中；

电动机部分是通过单片机相应的引脚输出高低电平来控制电机的转动，通过高低电平的占空比，来控制电机两端电压的大小，从而控制了电机的转速。

寻轨小车在小车开关未按下时，则小车车轮不转动，当小车的开关按下时，小车随单片机的控制而转动。

在开关按钮按下情况下小车将按着人们预先规定的轨道行走，此时小车触头处光敏电阻遇到的光较落，其本身电阻较大，比较器将比较结果1送入单片机相应引脚中，当小车出轨道时，其前面相应的触角的光敏电阻将遇见强光使本身电阻变小，从而使其两端电压变小，通过电压比较器比较候，比较器将输出的0送入单片机相应的引脚中，单片机查询到该信息后将通过预载的程序作出相应的操作，通过控制相应电机的转动，以实现调整小车的方向了，使其按轨道行走的目的。

3软件设计

3.1主程序流程

单片机控制程序的流程图如图6所示：

3.2程序设计原理

首先将P1.1口置1，若开关按钮按下则P1.1口为0反之为1，当开关按下时判断单片机的两个输入口来控制输出两端口，若输入端口1为1，输入端口2为0时则输出端口1输出高电平，输出端口2输出一定占空比的方波；

若输入端口1为0，输入端口2为1时则输出端口2输出高电平，输出端口1输出一定占空比的方波；

若两输入端口均输入0，则两输出端口输出相同占空比的方波；

若输入端口均输入1则输出端口均输出高电平。

由于光敏电阻本身电阻特性，使时输入端在一定光变化环境下产生0与1之间的变换，从而使输出端输出有相应的变换，通过输出端是高电平或是一定占空比的方波来控制小车车轮的停与走，通过占空比的大小控制小车走的快慢。

从而实现了通过光的强弱对小车方向控制的目的

3.3设计制作流程

该过程大致可分为4步:

1、在KEI软件中编写程序，编译、连接形成HEX文件。

2、在PROTEUS中设计硬件

PROTEUS软件使用过程如下：

1）选择元器件

2）放置元器件

3）连线

3、在PROTEUS中把HEX文件加载到单片机芯片上。

4、运行仿真看结果。

元器件清单如下：

单片机：

80C51　　按键：

BUTTON　　电阻：

RES　　　　电容：

CAP　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　晶振：

CRYSTAL　　　　地：

GRAND　　　　电源：

POWER　　　PNP三极管：

PNP　　　　比较器：

741　　　　　直流电机：

MOTO-DC

4设计总结

这次单片机课程设计不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的知识，掌握了一种系统的研究方法，可以进行一些简单的编程和硬件调试。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，例如对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，学习了单片机汇编语言以及电压比较器的应用。

经过我们的共同努力，顺利的完成了单片机课设。

这是一个磨练意志的过程。

从课题的选择开始，寻轨小车的设计、硬件和软件系统的设计、到最后Proteus软件仿真完成和硬件调试成功，在这其中我们经历了很多困难，但是更重要的是在这个过程中我们得到了很大的锻炼。

经过一个星期的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有要有扎实的理论基础，还要有坚持不懈的精神。

此次的设计并不奢望一定能成功，但一定要对已学的各种电子知识能有一定的运用能力，我做设计的目的是希望能检查下对所学知识的运用能力的好坏，并且开始慢慢走上创造的道路，这是非常可贵的一点。

这是一个需要不断的尝试，不断的校核，不断的修改，最后完成一个合理的设计的过程。

需要的是细心和耐心。

在很大程度上培养了我拼搏的工作精神。

通过本次课设，我不仅学到了关于单片机技术方面的许多专业知识，同时也让我感觉到团队合作的重要性。

与他人交流思想是取得成功的关键，在交流中，不仅强化了自己原有的知识体系，也扩展了自己的思维。

课设是一个通过思考、发问、自己解惑并动手、提高的过程。

我会在以后的学习中不断学习，积累经验，完善自己。

这里我要感谢指导老师，感谢老师的细致讲解和耐心的检查，使我们在困惑中发现问题，解决问题，最后得到理想的成果。

参考文献

[1]胡学海.单片机原理及应用系统设计. 

电子工业出版社.2005年8月

[2]张鑫主.单片机原理机及应用.电子工业出版社.2008年5月

[3]黄继昌.电子元器件应用手册.人民邮电出版社.2004年

附录

IN1BITP1.5

IN2BITP1.7

ENABITP1.1

OUT1BITP2.0

OUT2BITP2.7

ORG0000H

MAIN:

SETBENA

WAIT:

JNBENA,START

SETBout1

SETBout2

SJMPWAIT

START:

CLR00H

JBIN1,LL

SETB00H

MOVA,#100

MOVB,A

CLROUT1

JNB01H,L5

CLROUT2

SJMPQ1

L5:

SETBOUT2

Q1:

LCALLDELY

MOVA,#255

SUBBA,B

SETBOUT1

SETBOUT2

LCALLDELY

LL:

CLR01H

JBIN2,WAIT

SETB01H

CLRout2

JB00H,LLL

SJMPQ2

LLL:

CLROUT1

Q2:

SETBOUT2

DELY: