直流电机调速测速按键显示Word格式.docx
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L9110；
一、设计任务
4
二、设计方案
1、设计思路
2、基本原理与总体设计框图
5
三、系统硬件设计
6
1、STC90C51最小系统
（1）STC90C516RD+芯片
（2）系统时钟电路
（3）复位电路
7
（4）最小系统原理图
2、直流电机设计部分
8
（1）直流电机的基本结构
（2）直流电机的工作原理
（3）直流电机PWM调速原理
9
3、电机驱动及测速模块
11
4、液晶显示部分
5、独立按键模块
12
四、系统软件设计
13
1、电机控制流程图
14
2、显示程序流程图
15
3、定时中断流程图
五、调试与结果
16
六、心得体会
17
参考文献
18
附录一
元器件清单
19
附录二
程序清单
20
1、设计任务
以单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统，实现的功能主要包括：
直流电机的正、反转；
直流电机的加速和减速；
直流电机的启动和停止；
以及直流电机的转速在LCD显示屏上显示。
2、设计方案
1、设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括：
直流电机的加速、減速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制，其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续等功能。
该直流电机控制系统由以下电路模块组成：
（1）振荡器和时钟电路：
这部分电路主要由80C51单片机和一些电容、晶振组成。
（2）设计输入部分：
这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。
（3）设计控制部分：
主要由AT89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
（4）设计显示部分：
包括液晶显示部分和LED数码显示部分。
其中液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成;
LED数码显示部分由七段数码显示管组成。
（5）直流电机PWM控制实现部分：
主要由一些二极管、电机和L289直流电机驱动模块组成。
2、基本原理与总体设计框图
主体电路：
即直流电机PWM控制模块。
这部分电路主要由80C51单片机的I/O端口、定时/计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小，能够很方便的实现电机的智能控制，其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续等功能。
直流电机PWM调速方案设计框图如图1所示。
图1直流电机PWM调速方案设计框图
方案说明：
直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为控制核心，由命令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，定时不断的给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正、反转控制；
同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LCD显示模块中去显示，从中不仅能读取其速度，而且能知晓其转向及一些温馨提示。
3、系统硬件设计
1、STC90C51最小系统
（1）STC90C516RD+芯片
STC90C516RD+的引脚如图2所示
图2STC90C516RD+引脚图
（2）系统时钟电路
本系统采用11.0592MKZ的外部石英晶振作为单片机的时钟脉冲输入。
电路图如图3所示。
图3时钟电路
（3）复位电路
本系统采用的是上电复位方式。
如图4所示。
图4复位电路
（4）最小系统原理图
最小系统包括系统时钟电路，复位电路、单片机芯片引脚借口，保证了单片机能够正常的工作。
如图5所示.
图5STC90C51最小系统
2、直流电机设计部分
（1）直流电机的基本机构
直流电机主要由定子、转子和结构件三部分组成。
定子包括机座、主磁极、换向磁极、前、后端盖和电刷装置等几个部分；
转子是直流电动机实现能量转换的枢纽，有称为“电枢”，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。
直流电机的结构如图6所示。
图6直流电机结构
（2）直流电机的工作原理
直流电机电路模型如图7所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。
当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。
根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
图7
直流电动机电路模型
（3）直流电机PWM调速原理
PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。
PWM可以应用在许多方面，比如：
电机调速、温度控制、压力控制等等。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。
也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如图8所示：
图8PWM方波
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为
D=
/T，则电机的平均速度为Va=Vmax*D，其中Va指的是电机的平均速度；
Vmax是指电机在全通电时的最大速度；
D=
/T是指占空比。
由上面的公式可见，当我们改变占空比D=
/T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。
严格来说，平均速度Vd与占空比D并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。
对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为5所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进一步推导。
图9施加在电枢两端的脉动电压
设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。
若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=
/T，则电枢的平均电压为：
U=U×
D………………………………………………（1.4）
≈U×
=KD
在假设电枢内阻转小的情况下式中K
，K是常数。
图10为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比与转速的关系图。
图10
占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全的线性关系（途中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。
由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速，这就是直流电机PWM调速原理。
3、电机驱动及测速模块
直流电机的驱动模块主要由一些二极管、电机和L9110直流电机驱动模块（内含CMOSS管、三态门等）组成。
如图11所示。
图11电机驱动及测速电路图
4、液晶显示部分
1602液晶显示共有16个引脚。
如图12所示。
图121602液晶显示电路图
5、独立按键模块
本系统设计了4个独立按键，低电平有效。
分别用作电机正转按键、电机反转按键、电机加减速按键、电机停止按键。
其电路原理图如图13所示。
图13独立按键电路图
4、系统软件设计
1、电机控制流程图
直流电机控制系统的设计流程图如图14所示
图14系统的设计流程图
2、显示程序流程图
图15显示程序流程图
3、定时中断流程图
图16定时中断服务流程图
七，调试与结果
启动单片机，此时直流电动机处于静止状态，LED灯微亮。
按下按键1启动并实现中速正转，LED灯全亮，按下按键2立即改变转动方向并且有1秒的缓冲，然后以相同的速度反转，LED灯全亮。
按下按键3，电机转速缓慢增加，LED灯亮度缓慢增加，按下按键4，电机转速缓慢减小，LED灯亮度缓慢减小；
按下按键5，电机转速快速增加，LED灯亮度快速增加，按下按键6，电机转速快速减小，LED灯亮度快速减小。
当按下按键7，电机停止转动，LED灯微亮；
按下按键8时，电机回到中速状态，LED灯微亮。
比例调速数据
设置转速：
1000R/MIN
时间/S
1
2
3
4
5
6
转速/R/MIN
1121
945
764
570
411
342
7
8
9
10
11
12
469
584
704
824
983
1096
六、心得体会
本次课程设计的直流电机速度控制系统是以低价位的单片微机AT90C51为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
通过这次设计使我掌握了基于单片机系统设计的基本方法，不仅巩固了自己所学的理论知识，还锻炼了自己的动手能力。
在设计中使我对具体程序的编写过程有了更好的把握，对相应指令的内涵有了更深入的理解。
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