单片机的直流电机控制系统设计
摘 要本课题选用了“基于AT89C51单片机的直流电机控制系统”作为研究对象，选用了ATMEL公司推出的AT89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够实现直流电机启动/暂停、加/减速、转速测量以及液晶显示等功能的智能系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对直流电机以及霍尔传感器等模块的控制，与此同时电机可通过红外遥控进行控制。本文在硬件和软件两个层面上对直流电机控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向直流电机控制系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目 录
第一章 绪论 1
1.1直流电机控制系统的发展背景 1
1.2直流电机控制系统的国内外发展现状 1
1.3本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍 3
2.1系统主控核心的选取 3
2.2 AT89C51控制芯片简介 3
2.3 霍尔传感器模块简介 4
2.4 红外遥控介绍 6
2.5 小型直流电机介绍 7
2.6 LCD1602型显示器概述 8
第三章 硬件系统设计 9
3.1 直流电机控制系统的硬件结构框图设计 9
3.2 AT89C51单片机最小系统设计 9
3.2.1 晶振电路设计 10
3.2.2 复位电路设计 10
3.3 霍尔传感器电路设计 11
3.4直流电机驱动电路设计 11
3.5 红外一体接收头与单片机连接电路设计 12
3.6 显示器外围电路设计 12
3.7 按键电路 13
第四章 软件系统设计 14
4.1 直流电机控制系统的软件工作流程设计 14
4.2 测速流程设计 15
4.3 红外遥控模块工作流程设计 15
4.4 直流电机工作流程图设计
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
16
4.5 显示器工作流程设计 17
4.5.2 写数据流程 17
4.5.3 写指令流程 18
第五章 实物制作 19
5.1 实物制作 19
5.2调试问题总结 20
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 25
第一章 绪论
1.1直流电机控制系统的发展背景
直流电机控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配直流电机驱动器、高精度PWM波生成器、测速装置、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种直流电机控制系统主要为了完成转速改变、转速测量等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的直流电机控制系统在组成上以继电器控制占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统直流电机控制系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如速度自动测量、负反馈调节以及PID等算法的加入，使得传统直流电机控制系统更加具有实用性，使用者在用这种传统直流电机控制系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统直流电机控制系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统直流电机控制系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的直流电机控制系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将PWM生成器、驱动器以及测速器等模块的搭配，实现了直流电机转速快速调节、快速稳定以及高精度转速测量等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型直流电机控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能直流电机控制系统的最佳搭配。
1.2直流电机控制系统的国内外发展现状
高性能直流电机控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到直流电机控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于直流电机控制系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于直流电机控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进直流电机控制系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得直流电机控制系统也在不断提高其性价比。
1.3本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统直流电机控制系统的发展基础上，设计出一款能够实现直流电机功能的智能直流电机控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对直流电机控制系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
本系统实现了如下功能：
（1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对直流电机以及液晶屏的驱动等；
（2）通过液晶屏实现对电机运行状态以及转速大小等参数的显示；
（3）通过单片机输出不同类型的PWM波来实现对直流电机的速度以及转速等控制；
（4）实现对红外遥控信号的接收、解码以及指令处理。
第二章 方案选择及元器件介绍
2.1系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
目 录
第一章 绪论 1
1.1直流电机控制系统的发展背景 1
1.2直流电机控制系统的国内外发展现状 1
1.3本文主要研究内容 2
第二章 方案选择及元器件介绍 3
2.1系统主控核心的选取 3
2.2 AT89C51控制芯片简介 3
2.3 霍尔传感器模块简介 4
2.4 红外遥控介绍 6
2.5 小型直流电机介绍 7
2.6 LCD1602型显示器概述 8
第三章 硬件系统设计 9
3.1 直流电机控制系统的硬件结构框图设计 9
3.2 AT89C51单片机最小系统设计 9
3.2.1 晶振电路设计 10
3.2.2 复位电路设计 10
3.3 霍尔传感器电路设计 11
3.4直流电机驱动电路设计 11
3.5 红外一体接收头与单片机连接电路设计 12
3.6 显示器外围电路设计 12
3.7 按键电路 13
第四章 软件系统设计 14
4.1 直流电机控制系统的软件工作流程设计 14
4.2 测速流程设计 15
4.3 红外遥控模块工作流程设计 15
4.4 直流电机工作流程图设计
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
16
4.5 显示器工作流程设计 17
4.5.2 写数据流程 17
4.5.3 写指令流程 18
第五章 实物制作 19
5.1 实物制作 19
5.2调试问题总结 20
总 结 21
参考文献 22
致 谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 25
第一章 绪论
1.1直流电机控制系统的发展背景
直流电机控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配直流电机驱动器、高精度PWM波生成器、测速装置、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种直流电机控制系统主要为了完成转速改变、转速测量等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的直流电机控制系统在组成上以继电器控制占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统直流电机控制系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如速度自动测量、负反馈调节以及PID等算法的加入，使得传统直流电机控制系统更加具有实用性，使用者在用这种传统直流电机控制系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统直流电机控制系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统直流电机控制系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的直流电机控制系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将PWM生成器、驱动器以及测速器等模块的搭配，实现了直流电机转速快速调节、快速稳定以及高精度转速测量等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型直流电机控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能直流电机控制系统的最佳搭配。
1.2直流电机控制系统的国内外发展现状
高性能直流电机控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到直流电机控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于直流电机控制系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于直流电机控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进直流电机控制系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得直流电机控制系统也在不断提高其性价比。
1.3本文主要研究内容
本次的毕业设计将在传统直流电机控制系统的发展基础上，设计出一款能够实现直流电机功能的智能直流电机控制系统，并选用目前市场上使用最为广泛的51单片机作为控制系统的主控器件，在文章结构上，第一章主要对直流电机控制系统的发展背景和当前的发展背景做了主要阐述；第二章对智能控制系统的整体结构进行了设计，并且确立了结构中各模块所要使用到的元器件；第三章将对各模块的电气原理图进行了设计，并且对设计原理以及设计思路进行了详细的描述；第四章对系统的软件程序进行了设计，通过了Visio绘图软件绘制了流程图进行了软件的工作流程描述。
本系统实现了如下功能：
（1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对直流电机以及液晶屏的驱动等；
（2）通过液晶屏实现对电机运行状态以及转速大小等参数的显示；
（3）通过单片机输出不同类型的PWM波来实现对直流电机的速度以及转速等控制；
（4）实现对红外遥控信号的接收、解码以及指令处理。
第二章 方案选择及元器件介绍
2.1系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能，这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验，所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得拥护能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分，如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。然而如果将其运用在该系统所带来的难题主要是我目前对该单片机不是非常熟悉，如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/1866.html
