2014单片机课程设计单片机课程设计报告题目微型直流电机控制系统设计专业班级学号实现形式Proteus姓名分数指导老师学院名称电气信息学院目录1 绪论...................................................................... 错误!未定义书签。

1.1 课题背景 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

1.2 课题要求 (1)2 方案论证 (2)2.1 系统组成 (2)2.2 单片机选型 (2)2.3 驱动方案论证 (2)2.4 监测方案论证 (4)2.5 人机接口方案 (5)3 硬件设计 (5)3.1 单片机最小系统设计 (5)3.2 I/O分配 (6)3.3 驱动电路设计 (7)3.4 转速检测电路设计 (8)3.5 人机接口电路设计 (9)4 软件设计 .......................................................................................... 错误!未定义书签。

4.1 主程序流程 ..................................................................................... 错误!未定义书签。

4.2 按键扫描子程序流程 ..................................................................... 错误!未定义书签。

5 问题与分析 ................................................................................... 错误!未定义书签。

2 5.1 设计问题......................................................................................... 错误!未定义书签。

5.2 答辩问题......................................................................................... 错误!未定义书签。

参考文献................................................................................................ 错误!未定义书签。

附录一（原理图） ........................................................................... 错误!未定义书签。

附录二（程序清单） (16)附录三（器件清单） (18)1 绪论现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，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又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。

改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

1.1课题背景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。

传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。

目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，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又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

1.2课题要求以AT89C51单片机作为主控制器、对微型直流电机进行控制。

利用霍尔元件设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。

单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统，并实现以下功能：1)直流电机的正转；2)直流电机的反转；3)直流电机的加速；4)直流电机的减速；5)直流电机的转速在数码管上显示；6)直流电机的启动；7)直流电机的停止；2 方案论证2.1 系统组成微型直流电机控制系统由单片机、显示电路、直流电机及其驱动电路组成。

2.2单片机选型单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。

PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。

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”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

因此，PWM 又被称为“开关驱动装置”。

本系统以89C51单片机为核心，通过单片机控制，C 语言编程实现对直流电机的平滑调速。

2.3驱动方案论证L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。

可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。

4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。

输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。

1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。

L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。

5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。

EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。

同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。

下图是其引脚图：引脚介绍：第1、15脚：可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也可直接接地。

第2、3脚：A电机输出端口。

第4脚：接逻辑控制的+5V电源。

第6脚：A桥使能端口。

第5、7脚：输入标准TTL电点平对A桥的输出OUT1、OUT2进行控制。

第8脚：接电源地。

第9脚：接电机驱动电源，最高可达50V。

第11脚：B桥使能端口。

第10、12脚：输入标准TTL电平对B桥的输出OUT3、OUT4进行控制。

第13、14脚：B电机输出端口。

2.5人机接口方案采用开关，开关一端接单片机，另一端接地，一旦按下，就会向单片机输入低电平。

还有一种方法就是采用矩阵键盘。

矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。

这样，当按键没有按下时，所有的输入端都是高电平，代表无键按下。

行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。

其图形如下：在本系统中，需要输入的信号比较简单，采用独立键盘接线简单，实现容易，所以就用了开始所说的用一个开关。

3 硬件设计3.1单片机最小系统设计如图所示，单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.3.2 I/O分配STC89C51有四组接口：P0口，P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口，P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。

P2口，P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。

在本系统中，P0口输出数码管的段选信号；P1口作为人机交互口，接开关；P2口输出数码管的位选信号。

3.3 驱动电路设计本系统采用89C51控制输出数据，由单片机发生电路产生PWM信号，送到芯片L298，并通过L298电源驱动直流电机，并通过单片机程序控制L298，改变直流电机的占空比，进而实现电机的加减速，正反转控制。

其驱动电路如下面部分电路所示。

3.4 转速检测电路设计转速检测电路如图所示，电机自动根据转速输出对应的脉冲数，通过74LS386将脉冲转化成方波，然后由单片机的T1计数器对方波进行计数，最后通过一定的算法转化成转速并输出。