基于89C51电机转速计设计

1、在此处键入 单片机系统单片机系统 计计 程程 设课设课 成绩评定表的 基于89C51 电机转速计设计 设计课题 ： 电气工程学院 学院名称： 专业班级 ： ： 安徽人在河南学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 31-505 设计地点 ： 2018-01-012018-01-14 设计时间 指导教师意见： : 成绩 日年 月 签名： 1 在此处键入 单片机系统 课 程 设 计 基于 89C51 的电机转速计设计 课程设计名称： 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 31-505 课程设计时间： 2018-01-012018-01-14 2 在此

2、处键入 单片机系统单片机系统 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 专业班级 自动 学号 目 题基于 89C51 的电机转速计设计 课题性质 工程设计 课题来源 选题 指导教师 主要内容 （参数）1. 电机起动 2. 多级调速，包括提速、减速 3. 电机停车 开始初始化 任务要求 （进度）第 1-2 天：熟悉课程设计任务及要求，查阅技术资料，确定设计方案。 第 3-4 天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。 第 5-6 天：软件设计，编写程序。 第 7-8 天：实验室调试。 第 9-10 天：撰写课程设计报告。要求内容完

3、整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅合理。 扫描键盘否有键按下？是去抖主要参考 资料1 张毅刚 彭喜元 彭宇 单片机原理及应用（第 2 版） 高等教育出版社 2 程国刚 陈跃琴 崔荔蒙 51 单片机典型模块开发查询手册 电子工业出版社 3 程国刚 杨后川 PROTEUS 原理图设计与电路仿真 电子工业出版社 审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 3 在此处键入 目录目录 1 引言 . 1 2 总体方案设计 . 1 3 硬件电路设计 . 3 3.1 复位电路. 3 3.2 振荡电路. 4 3.3 驱动电路. 4 3.4 键盘电路. 5 3.5 显示电路. 6 4 软

4、件设计 . 7 4.1 软件总流程图. 7 4.2 中断流程图. 8 5 功能开发调试及硬件仿真 . 8 5.1 开发软件介绍. 8 5.2 仿真结果. 9 6 总结 . 10 附录 A 参考文献. 11 附录 B 总原理图 . 11 附录 C 部分原程序 . 13 4 在此处键入 1 引言 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的能量转换效率；二是应能根据生产工艺的要求调整转速。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。 本次设计采用了普中科技 51 单片机开发板，配以 AT89C51 单片

5、机以及ULN2003D 芯片驱动直流电机，并在数码管上显示当前级数。可以实现按键起动、增减速、停车的功能。调速方面，通过单片机发送不同占空比的 PWM 波形，从而改变电机的电枢电压，进而实现对直流电机的调速。 关键词：AT89C51 单片机 PWM 多级调速 数码管显示 2 总体方案设计 硬件方案：以 AT89C51 单片机为核心的直流电机控制系统控制简图如图 2.1 直流电机调速方案方框图所示，由单片机输出 PWM 信号，并由 I/O 口输出，经驱动电路输出给电机，从而控制电机得电、断电以及调整电枢电压。单片机上电后，系统进入准备状态。当按动启动按钮后，根据预设值电机进入一级转速工作；根据不

6、同需求的按下加减速按钮，调整 I/O 口的预定值，从而可以控制PWM 波形的占空比，进而控制电压的大小。控制电机的加减速，并在数码管上显示出当前的预设值。 复位电路驱动电路AT89C51键盘数码管时钟电路 图 2.1 直流电机调速方案方框图 1 在此处键入 and Flash Programmable 字节 4KFLASH 存储器（FPEROMAT89C51 是一种带位微处理器，俗称单片 CMOS 8Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机。2KAT89C2051 是一种带高密度非易失机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1

7、000 次。该器件采用ATMELAT89C51 指令集和输出管脚相兼容。存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51I/O 个字节 Flash 闪速存储器，128 字节内部 RAM，32 提供以下标准功能：4k 一个全双工串行通信向量两级中断结构，16 口线，两个位定时/计数器，一个5 的静态逻辑操作，并支可降至 0Hz 口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51，定时的工作，但允许 RAMCPU 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止中的内容，但振/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。是通过控制固定电压的直

8、流电源开关频率， （脉冲宽度调制）软件方案：PWM 可以应用在 PWM 改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。 许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。并且按一个固定的频率来接通和断开电源，PWM 驱动控制的调整系统中，在通过改变直流电机电根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。从而来控制电动机的转枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，PWM 又被称为“开关驱动装置” 。单片机由软件来实现速。也正因为如此，PWM 不变的情况下，是一个重要参数在电源电压 Ud 在 PWM 调速系统中占空比 D 调整：的值可以改变电枢端电压的改变 D 电枢端电压

9、的平均值取决于占空比 D 的大小， 的值有三种方法：平均值从而达到调速的目的。改变占空比 D ，这样使周期也随之改变。t1 不变，只改变 t2A、定宽调频法：保持 ，这样使周期也随之改变。不变，只改变t1B、调宽调频法：保持 t2 。t1 不变，同时改变和 tT(C、定频调宽法：保持周期或频率)当控制脉冲的频率与)或频率，前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(因此常采用定频调宽法来改变占空比从系统的固有频率接近时，将会引起振荡，利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式而改变直流电动机电枢两端电压。本次设计此种方式可简化硬件电路，操作性强等优点。来实现脉宽的自由调整， 中，采用定时器作为脉宽控

10、制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确。 2 在此处键入 硬件电路设计硬件电路设计 3 3 复位电路复位电路 3.1复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统稳定运行的基本模块和最重要，图的内部因素之一。复位电路通常分为两种：上电复位和手动复位，如图 3.1 3.2 所示。 3.1 图上电复位电路 图 3.2 手动复位电路 有时系统在运行过程中出现程序跑飞的情况，在程序开发过程中，需要经常手动复位。所以本次设计选用手动复位。 3 在此处键入 3.2 振荡电路，并关系振荡电路是单片机系统工作的核心，它提供单片机工作的“动力”一般可以使用晶体或晶振到单片机运行速度的快慢、应用系统稳定性的高低等。

11、而晶振只需要他们的主要区别在于晶体需要外接振荡电路才能够起振，来搭建， 在相应的引脚上提供电源和地信号既可以发出脉冲信号。从也有可以实现更高的信号采样率，高频率的时钟有利于程序更快的运行，而实现更多的功能。但是告诉对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。无源 12.000M 合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取陶瓷电容帮助起振。振荡电路如 2 个 30pFXTAL1 晶振接入和 XTAL2 引脚。并联 3.3 所示图 图 3.3 振荡电路 3.3 驱动电路 在实际的直流电机驱动电路应用中，可以使用

12、H 桥来驱动直流电机，也可以使用相应的驱动芯片来驱动直流电机。H 桥采用 4 个功率 MOSFET 管，两两组成一个桥壁，每个三极管旁边有一个续流二极管，当对角线上两个三极管打开时，电机朝一个方向运转；另一条对角线上的三极管打开时，电机反转。功率MOSFET 4 在此处键入 是单片机系统中最常用的功率驱管可以将微弱的信号放大成幅值较大的电信号， 动器件。还可以使用达林顿管等驱动芯片来驱动直除了使用三极管搭建 H 桥驱动外，组成一原理是将两只三极管适当地连接在一起，流电机。达林顿管又称复合管，常常用于驱动较大驱放大倍数是两只三极管放大倍数之积，只等效的新三极管。 。由于本次设计使 ULN2003

13、 动电流的器件。常见的达林顿集成芯片有和 ULN2803 驱动芯片驱动直流电机。芯片，所以采用 ULN2003 用的开发板上自带了 ULN2003 3.4 驱动电路如图所示。 图 3.4 直流电机驱动电路 3.43.4 键盘电路 起动、停车、加速、减速四个按键分别与单片机的 P1.0，P1.1，P1.2，P1.3 相连，然后再与地相连。其电路如图 3.5 所示。 5 在此处键入 图电机起动、停车、加速、减速按键电路 3.5 3.53.5 显示电路数码本次设计中，因需要显示调速等级，8 段数码管用作显示。故使用一位显管是单片机系统常用的一种外围显示器件，可以显示一些简单的数字或字符。 所示 3.6 示电路如图 3.6 图一位八段数码管显示电路 6 在此处键入 4 软件设计软件设计 4.1 软