单片机电机控制系统的设计与实现
摘 要 电机在生活生产中的应用十分广泛，在生活中，家用电器、玩具、电子产品、汽车中都有电机，而在生产上，机械、建筑、机电、农牧业、医疗等方面，电机应用更加多元。伴随着电子技术的发展，人们对电机控制的要求越来越高。本论文介绍了单片机电机控制系统的设计与实现，设计采用AT89C51单片机输出PWM波调节电机转速。电路图以单片机最小系统加上H桥驱动电路、霍尔传感器A3144转速测量电路以及LCD1602液晶显示电路，形成整体的设计方案。在具体实施的时候，先进行 Proteus 和Keil的联合仿真，在其成功的基础上，搭建硬件电路，最后实现包括加速、减速、正传、反转的功能并且测量和显示了转速，顺利完成了任务书上的设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文研究的背景和意义 1
1.2论文的研究内容 1
第二章 系统总体结构 2
2.1系统的任务规划 2
2.2系统结构框图 2
2.3 系统方案论证和比较 2
2.3.1 控制模块 2
2.3.2传感器模块 3
2.3.3显示模块 3
2.3.4 PWM驱动模块 4
2.3.5其他 4
2.4最终方案 4
第三章 硬件设计 5
3.1单片机最小系统 5
3.1.1 AT89C51单片机 5
3.1.2单片机复位电路 7
3.1.3单片机晶振电路 7
3.1.4单片机的中断系统介绍 8
3.2电机驱动模块 8
3.2.1电机介绍及调速原理 8
3.2.4 H桥驱动电路设计方案 10
3.2.3硬件电路设计与分析 10
3.3显示模块： 11
3.3.2 LCD 1602性能参数和引脚 12
3.3.3 LCD 1602的显示与控制命令 13
3.4霍尔传感器电路 14
3.4.1霍尔传感器电路的工作原理及应用说明 14
3.4.2 霍尔传感器测量原理 15
3.5按键电路 15<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
br /> 第四章 软件设计 17
4.1 Proteus 17
4.2 KeilC 18
4.2.1 Keil C 编译环境 18
4.2.2 软件设计流程图 18
4.3 Proteus和Keil C混合仿真 18
第五章 实物调试及总结 22
5实物操作 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 26
附录B 27
附录C 34
附录D 35
附录E 36
第一章 绪论
1.1论文研究的背景和意义
电动机在生活中随处可见，它具有很多的优点，比如它结构轻巧，携带方便，效率比较高，费用低且噪音小，最重要的是它便于实现控制。因此，他在生活生产中的应用十分广泛，在生活中，我们随处可见它的身影，家用电器、玩具、电子产品、汽车中都有电机，而在生产上，机械、建筑、机电、农牧业生产、医疗等方面，电机运用更加多元。伴随着电工电子技术的发展，电机在电能转化、运用、控制方面的要求越来越高。
传统的电机控制电路完全采用模拟元器件，但模拟元器件经常受到外界干扰信号的影响，用模拟器件做成的电路系统结构复杂，受元件性能和温度等因素的影响很大。因此，使用模拟电路控制电机的系统可靠性差,还存在安全问题。
现在社会已经进入数字时代，伴随着电子技术的发展，电机控制领域，数字电路已逐步取代模拟电路。电机控制的数字化有很重大的意义，特别是单片机技术的发展，对推进电机智能化和可靠性上有很大的作用[1]。
1.2论文的研究内容
本课题是：单片机电机控制系统的设计与制作，其旨通过单片机实现对电机的控制，主要内容是单片机通过驱动电路驱动电机转动，电机通过传感器将转速反馈给单片机，单片机输出在LCD显示屏上显示。具体实验过程：
LCD1602初始化，按下开始暂停键，电机开始正转，将转速通过霍尔传感器反馈到单片机上，输出到LCD上显示。还可以通过按键控制电机实现正传、反转、加速、减速以及暂停。
六脚开关开启电源。
复位按键实现程序重启。
由于研究开发的不确定性，方案选择的多样性，我们在进行设计阶段需要用Proteus绘制原理图，Keil C编写相应的程序，并在Proteus和Keil C下联合仿真。随后完成实物电路板，在电路板上调试，运行。
第二章 系统总体结构
2.1系统的任务规划
制作一个直流电机控制系统，由单片机小系统产生PWM波，通过驱动电路驱动直流电机转动，再通过霍尔传感器将转速反馈到单片机上，单片机将转速传递给LCD显示。同时可以增加别的功能，提高该系统的实用性。
2.2系统结构框图
该系统设计可以把它分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件设计是由单片机最小系统、电机驱动电路、LCD显示电路、按键电路和霍尔传感器组成的。软件部分画出程序流程图，用C语言进行编写。硬件设计部分的系统结构框图如图21所示。
图21 单片机电机控制系统框图
2.3 系统方案论证和比较
2.3.1 控制模块
控制电机我可以使用单片机和DSP（数字信号处理）芯片，它们都可以实现多种功能，下面就两个方案进行比较:
方案一：采用89C51的单片机芯片，它有4K字节容量的闪速可擦除存储器，128字节内部随机存储器,32个可编程IO口线，两个最高位是16位的定时/计数器,5个中断源，分别是两个外部中断，两个定时器中断，一个串行口中断，内部时钟电路和外部时钟接口。
方案二：采用数字信号处理芯片，它的运算速度较快。它的数据和程序是分开存放在不同的存储器中，这就可以实现访问程序的同时，也可以访问数据，加快了它程序运行速度。
本设计主要是实现对直流电机的控制，只需要实现一些基本的控制功能，没有复杂的运算。在功能的全面上，普通微处理器胜过DSP芯片，DSP芯片价格比单片机要贵一些，处于设计要求和价格的考虑，我选择方案二。
2.3.2传感器模块
电机以一定的转速转动，我需要把电机的转速通过一个传感器以数据的形式，反馈到单片机中，我可以采用光电传感器和霍尔传感器，下面就两个进行比较：
方案一：采用光电传感器，就要使用光电码盘，即在电机上固定一个码盘，在码盘的两侧放置有发光元件和受光元件。码盘上有孔隙，打开发光元件，电机转一圈，光从孔隙穿过一次，受光元件收到光信号后，触发一个脉冲，然后将信号反馈给单片机，单片机根据所得信号得出电机转速。
方案二：采用霍尔传感器，在电机转动轴上固定一个转杆，杆的两边沿固定两个磁铁，磁极相反，在磁铁运动的最低位置相平行位置，放置霍尔传感器，霍尔传感器感应磁力线，产生脉冲信号，将其反馈给单片机，单片机读出信号，得到转速。
目 录
第一章 绪论 1
1.1论文研究的背景和意义 1
1.2论文的研究内容 1
第二章 系统总体结构 2
2.1系统的任务规划 2
2.2系统结构框图 2
2.3 系统方案论证和比较 2
2.3.1 控制模块 2
2.3.2传感器模块 3
2.3.3显示模块 3
2.3.4 PWM驱动模块 4
2.3.5其他 4
2.4最终方案 4
第三章 硬件设计 5
3.1单片机最小系统 5
3.1.1 AT89C51单片机 5
3.1.2单片机复位电路 7
3.1.3单片机晶振电路 7
3.1.4单片机的中断系统介绍 8
3.2电机驱动模块 8
3.2.1电机介绍及调速原理 8
3.2.4 H桥驱动电路设计方案 10
3.2.3硬件电路设计与分析 10
3.3显示模块： 11
3.3.2 LCD 1602性能参数和引脚 12
3.3.3 LCD 1602的显示与控制命令 13
3.4霍尔传感器电路 14
3.4.1霍尔传感器电路的工作原理及应用说明 14
3.4.2 霍尔传感器测量原理 15
3.5按键电路 15<
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br /> 第四章 软件设计 17
4.1 Proteus 17
4.2 KeilC 18
4.2.1 Keil C 编译环境 18
4.2.2 软件设计流程图 18
4.3 Proteus和Keil C混合仿真 18
第五章 实物调试及总结 22
5实物操作 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
附录A 26
附录B 27
附录C 34
附录D 35
附录E 36
第一章 绪论
1.1论文研究的背景和意义
电动机在生活中随处可见，它具有很多的优点，比如它结构轻巧，携带方便，效率比较高，费用低且噪音小，最重要的是它便于实现控制。因此，他在生活生产中的应用十分广泛，在生活中，我们随处可见它的身影，家用电器、玩具、电子产品、汽车中都有电机，而在生产上，机械、建筑、机电、农牧业生产、医疗等方面，电机运用更加多元。伴随着电工电子技术的发展，电机在电能转化、运用、控制方面的要求越来越高。
传统的电机控制电路完全采用模拟元器件，但模拟元器件经常受到外界干扰信号的影响，用模拟器件做成的电路系统结构复杂，受元件性能和温度等因素的影响很大。因此，使用模拟电路控制电机的系统可靠性差,还存在安全问题。
现在社会已经进入数字时代，伴随着电子技术的发展，电机控制领域，数字电路已逐步取代模拟电路。电机控制的数字化有很重大的意义，特别是单片机技术的发展，对推进电机智能化和可靠性上有很大的作用[1]。
1.2论文的研究内容
本课题是：单片机电机控制系统的设计与制作，其旨通过单片机实现对电机的控制，主要内容是单片机通过驱动电路驱动电机转动，电机通过传感器将转速反馈给单片机，单片机输出在LCD显示屏上显示。具体实验过程：
LCD1602初始化，按下开始暂停键，电机开始正转，将转速通过霍尔传感器反馈到单片机上，输出到LCD上显示。还可以通过按键控制电机实现正传、反转、加速、减速以及暂停。
六脚开关开启电源。
复位按键实现程序重启。
由于研究开发的不确定性，方案选择的多样性，我们在进行设计阶段需要用Proteus绘制原理图，Keil C编写相应的程序，并在Proteus和Keil C下联合仿真。随后完成实物电路板，在电路板上调试，运行。
第二章 系统总体结构
2.1系统的任务规划
制作一个直流电机控制系统，由单片机小系统产生PWM波，通过驱动电路驱动直流电机转动，再通过霍尔传感器将转速反馈到单片机上，单片机将转速传递给LCD显示。同时可以增加别的功能，提高该系统的实用性。
2.2系统结构框图
该系统设计可以把它分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件设计是由单片机最小系统、电机驱动电路、LCD显示电路、按键电路和霍尔传感器组成的。软件部分画出程序流程图，用C语言进行编写。硬件设计部分的系统结构框图如图21所示。
图21 单片机电机控制系统框图
2.3 系统方案论证和比较
2.3.1 控制模块
控制电机我可以使用单片机和DSP（数字信号处理）芯片，它们都可以实现多种功能，下面就两个方案进行比较:
方案一：采用89C51的单片机芯片，它有4K字节容量的闪速可擦除存储器，128字节内部随机存储器,32个可编程IO口线，两个最高位是16位的定时/计数器,5个中断源，分别是两个外部中断，两个定时器中断，一个串行口中断，内部时钟电路和外部时钟接口。
方案二：采用数字信号处理芯片，它的运算速度较快。它的数据和程序是分开存放在不同的存储器中，这就可以实现访问程序的同时，也可以访问数据，加快了它程序运行速度。
本设计主要是实现对直流电机的控制，只需要实现一些基本的控制功能，没有复杂的运算。在功能的全面上，普通微处理器胜过DSP芯片，DSP芯片价格比单片机要贵一些，处于设计要求和价格的考虑，我选择方案二。
2.3.2传感器模块
电机以一定的转速转动，我需要把电机的转速通过一个传感器以数据的形式，反馈到单片机中，我可以采用光电传感器和霍尔传感器，下面就两个进行比较：
方案一：采用光电传感器，就要使用光电码盘，即在电机上固定一个码盘，在码盘的两侧放置有发光元件和受光元件。码盘上有孔隙，打开发光元件，电机转一圈，光从孔隙穿过一次，受光元件收到光信号后，触发一个脉冲，然后将信号反馈给单片机，单片机根据所得信号得出电机转速。
方案二：采用霍尔传感器，在电机转动轴上固定一个转杆，杆的两边沿固定两个磁铁，磁极相反，在磁铁运动的最低位置相平行位置，放置霍尔传感器，霍尔传感器感应磁力线，产生脉冲信号，将其反馈给单片机，单片机读出信号，得到转速。
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