唐山学院单片机原理及应用课程设计题目直流电机控制器设计系 (部) 信息工程系班级 12点本2班姓名李**学号指导教师张国旭田红霞吴铮2015 年 6 月 8 日至 6 月 19 日共 2 周2015年 6月 17日课程设计成绩评定表目录1 引言.....................................................................2 设计内容及要求...........................................................2.1 设计内容............................................................2.2 设计要求............................................................3 设计方案.................................................................3.1系统分析 ............................................................3.2系统构成 ............................................................3.3工作原理 ............................................................4 硬件电路设计.............................................................4.1 硬件分析与设计......................................................4.2 AT89C51芯片简介 ....................................................4.3 多位数码管简介......................................................4.4复位电路与时钟电路 ..................................................4.5 直流电机驱动电路设计................................................4.6 键盘电路设计........................................................5 软件设计与仿真...........................................................5.1 应用软件的编制和调试................................................5.2 程序总体设计........................................................5.3 仿真图形............................................................6 设计总结与体会........................................................... 参考文献................................................................... 附录一源程序代码.......................................................... 附录二电机原理图.......................................................... 附录三仿真电路图..........................................................1 引言现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。

现在国内外工业上对电机的调速基本已经不再使用模拟调速，而采用数字调速系统，而数字调速系统大部分都是用单片机来进行控制，数字调速系统具有控制精确度高，非常稳定，受环境影响小，效率高等优点，所以在国内外的使用越来越广泛。

与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。

直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。

近年来，直流电动机的机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件的不断出现，PWM调速已成为直流电机新的调速方式。

PWM调速具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。

2 设计内容及要求2.1 设计内容（1）以单片机为控制核心，用PWM控制技术实现对直流电机的速度及转向进行控制。

（2）选择合适驱动芯片（3）在数码管上显示当前转速（4）分别用按键进行加、减速及正反转控制。

2.2 设计要求所设计的直流电机控制器需要满足以下要求：(1)进行系统总体设计(2)完成系统硬件电路设计(3)完成系统软件设计及仿真3 设计方案3.1系统分析针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次课程设计以AT89C51单片机为核心，以5个按键作为输入端，达到控制直流电机的正转、反转、停止、加速、减速。

在设计中，采用PWM 技术对电机进行控制。

3.2系统构成该直流电机控制系统的设计，在总体上可分为以下5个部分组成：输入模块，AT89C51单片机，电源模块，驱动模块，直流电机。

3.3工作原理 对于直流电机来说，机械特性方程式为：N U ，N φ 额定电枢电压、额定磁通量e K ，t K 与电机有关的常数ad R ，a R 电枢外加电阻、电枢内电阻n ，n ∆ 想空载转速、转速降分析公式可得，当分别改变N U 、N φ和ad R 时，可以得到不同的转速n ，从而实现对速度的调节。

由于φ=T ，当改变励磁电流If 时，可以改变磁通量φ的大小，从而达到变磁通调速的目的。

但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流If 和磁通量φ只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。

而对于调节电枢外加电阻ad R 时，会使机械特性变软，导致电机带图3-1 系统构成负载能力减弱。

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。

PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。

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。

在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。

只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。

当改变占空比时，可以得到不同的电机平均速度，从而实现调速。

4 硬件电路设计4.1 硬件分析与设计键盘向单片机数日相应控制指令，由单片机通过P3.0与P3.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出低电平，经过信号放大，驱动电动机来控制电路，实现电动机转向和转速的控制。

4.2 AT89C51芯片简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

其引脚图如下：4.3多位数码管简介LED 显示器由七段发光二极管组成，排列成8字形状，因此也称为七段LED 显示器。

为了显示数字或符号，要为LED 显示器提供代码，即字形代码。

其段发光二极管，再加上一个小数点位，共计8段，因此提供的字形代码的长度正好是一个字节。

4.4复位电路与时钟电路复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块，复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位。

本次设计选用手动复位。

图4-3 复位电路与时钟电路图4-1 AT89C51芯片引脚图4-2 数码管4.5 直流电机驱动电路设计 驱动芯片采用L298驱动直流电机，L298具有驱动能力强，外围电路简单等优点。

由于单片机P3口输出的电压最高才有5V ，难以直接驱动直流电机。

所以我们需要使用恒压恒流桥式2A 驱动芯片L298来驱动电机。

L298可接受标准TTL 逻辑电平信号，可接4.5~7V 电压。

4脚接电源电压，电压范围+2.5~46V 。

输出电流可达2.5A ，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。

本设计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。

同时需要加四个二极管在电机的两端，防止电机反转的时候产生强大的冲击电流烧坏电机。

具体驱动电路如下：4.6 键盘电路设计ZHENG 、FAN 、JIA 、JIAN 、STOP 五个开关分别与单片机的图4-4 驱动电路P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4相连，然后再与地相连。

正转实现直流电机的正转，反转实现直流电机的反转，停止实现直流电机的停转，加速实现直流电机的加速，减速实现直流电机的减速，具体键盘电路如下：图4-5 键盘电路5 软件设计与仿真5.1 应用软件的编制和调试使用Keil软件编程时，项目开发流程和其它软件开发项目的流程较为相似。