霍尔传感器的直流电机测速系统设计与制作
【】本文主要围绕“直流电机控制系统”进行了全方位的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。选用了目前单片机市场上最畅销的STC89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出了一款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直流电机控制系统，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长。另外，由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过Proteus软件对所设计的系统进行了全面的仿真，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 1
（一） 直流电机控制系统的发展背景 1
（二） 直流电机控制系统在国内的发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一）控制器的选取 2
（二）STC89C51单片机简介 3
（三）霍尔传感器模块简介 3
（四）小型直流电机介绍 5
（五）LCD1602型液晶简介 6
三、硬件系统的设计 7
（一） 直流电机控制系统的方案设计 7
（二）STC89C51单片机最小系统设计 7
（三）霍尔传感器电路设计 8
（四）直流电机驱动电路设计 9
（五）液晶电路设计 9
（六）按键电路 10
四、软件系统设计 11
（一）直流电机控制系统的软件流程的设计 11
（二） 测速流程设计 12
（三）直流电机工作流程图设计 13
（四）液晶显示流程设计 13
五、实物安装与调试 14
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 实物图 22
附录四 程序 23
引言 <
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 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。
直流电机控制系统在国内的发展现状
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，让直流电机控制系统也在不断提高它本身性价比。
本文主要研究内容
本课题主要以直流电机控制系统作为研究对象，设计了一款采用51单片机作为主控芯片的自动控制系统，设计的电路模块主要包括51单片机最小系统电路、液晶屏电路、按键电路、霍尔传感器测速模块等电路的设计，通过这些功能模块的有效搭配，实现了如下功能：
1、能够实现直流电机的启动、暂停以及加速和减速的功能。
2、能够实现对直流电机转速的实时准确检测。
3、直流电机的转速大小以及运行状态可显示出来。?
方案选择及元器件介绍
（一）控制器的选取
本文考虑到了对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料、普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
第一，STC89C51单片机这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合我们学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，我们都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
第二，在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
目录
一、 引言 1
（一） 直流电机控制系统的发展背景 1
（二） 直流电机控制系统在国内的发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一）控制器的选取 2
（二）STC89C51单片机简介 3
（三）霍尔传感器模块简介 3
（四）小型直流电机介绍 5
（五）LCD1602型液晶简介 6
三、硬件系统的设计 7
（一） 直流电机控制系统的方案设计 7
（二）STC89C51单片机最小系统设计 7
（三）霍尔传感器电路设计 8
（四）直流电机驱动电路设计 9
（五）液晶电路设计 9
（六）按键电路 10
四、软件系统设计 11
（一）直流电机控制系统的软件流程的设计 11
（二） 测速流程设计 12
（三）直流电机工作流程图设计 13
（四）液晶显示流程设计 13
五、实物安装与调试 14
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 实物图 22
附录四 程序 23
引言 <
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
br /> 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。
直流电机控制系统在国内的发展现状
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，让直流电机控制系统也在不断提高它本身性价比。
本文主要研究内容
本课题主要以直流电机控制系统作为研究对象，设计了一款采用51单片机作为主控芯片的自动控制系统，设计的电路模块主要包括51单片机最小系统电路、液晶屏电路、按键电路、霍尔传感器测速模块等电路的设计，通过这些功能模块的有效搭配，实现了如下功能：
1、能够实现直流电机的启动、暂停以及加速和减速的功能。
2、能够实现对直流电机转速的实时准确检测。
3、直流电机的转速大小以及运行状态可显示出来。?
方案选择及元器件介绍
（一）控制器的选取
本文考虑到了对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料、普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
第一，STC89C51单片机这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合我们学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，我们都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
第二，在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用；在片内集成的功能模块资源上，STM32有不但具有STC89C51单片机所拥有的所有资源，另外还集成了ADC、DAC、DMA等一些高端功能模块；在GPIO管脚的数量方面，STM32单片机的GPIO管脚高达上百个，几乎任何一个管脚都有外部中断能力；在成本方面，STM32单片机的市场均价为20元一片，配合昂贵的仿真器等设备，需要上百元的成本；开发资料具有同样的普及度和丰富度。
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