运动控制系统
课程设计
题 目: 基于单片机的直流伺服电机PWM控制系
统
院系名称: 电气工程学院
专业班级: xxx
学生姓名: xxx
学 号: xxxx
指导教师: 石庆生
摘 要
单片机是应控制领域应用的要求而出现的，随着单片机的迅速发展，起应用领域越来越广。尽管目前已经发展众多种类的单片机，但是应用较广、也是最成熟的还是最早有Intel开发的MCS-51系列单片机（51系列单片机）。51系列单片机应用系统已经成为目前主流的单片机应用系统。
直流电机脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation—简称PWM）调速产生于20世纪70年代中期，最早用于自动跟踪天文望远镜，自动记录仪表等的驱动，后来用于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展，PWM技术得到了高速发展，各式各样的脉宽调速控制器，脉宽调速模块也应运而生，许多单片机也都有了PWM输出功能。而MCS—51系列单片机作为应用最广泛的单片机之一，却没有PWM输出功能，本课设采用配合软件的方法实现了MCS—51单片机的PWM输出调速功能，这对精度要求不高的场合时非常实用的。
目 录
1、前言 ........................................................... 3 1.1 单片机的发展史 ............................................... 3 1.2 本设计任务 ................................................... 4 2、总体设计方案 ................................................... 5
3、硬件电路设计 ................................................... 5 3.1硬件组成 ..................................................... 5 3.2主要器件功能介绍 ............................................. 6 3.2.1直流伺服电机简介 .......................................... 6 3.2.2 PWM简介及调速原理 ........................................ 7 3.2.3 传感器选择 ............................................... 8 3.3 电路组成 ..................................................... 9 3.3.1 晶振电路 ................................................. 9 3.3.2 复位电路 ................................................. 9 3.3.3 单相桥式整流电路 ........................................ 10 3.3.4 调制电路 ................................................ 10 4、系统软件设计 .................................................. 11 4.1系统简介及原理 .............................................. 11 4.2系统设计原理 ................................................ 11 4.3 程序流程图 .................................................. 13 5、建模 .......................................................... 14 5.1控制框图 .................................................... 14 5.2参数计算 .................................................... 15 5.3 PWM变换器环节的数学模型 ..................................... 16 5.4 仿真结果图 .................................................. 17 总 结 ............................................................ 18 参考文献 ......................................................... 18 附件1：汇编设计 .................................................. 19 附件2： .......................................................... 21
1、前言
1.1 单片机的发展史
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。自单片机诞生至今以发展为上百种系列的近千个分支。如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段： （1）第一阶段（1976—1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS—48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola、Zilog等，都取 得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词由此而来。
（2）第二阶段（1978—1982）：单片机的完善阶段。Intel公司在MCS—48的基础上推出了完善的，典型的单片机系列MCS－51.它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。MCS－51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线16位地址总线控制总线及具有很多通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。 ③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （3）第三阶段（1982－1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS－96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器的特征。随着MCS－51系列的广泛应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道AD转换部件、可靠性技术等应用到单
片机中，增强了外围电路的功能，强化了智能控制的特征。
（4）第四阶段（1990－）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位16位32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。
1.2 本设计任务
任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统。 功能主要包括： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
直流电机的正转； 直流电机的反转； 直流电机的加速； 直流电机的减速；
直流电机的转速在数码管上显示； 直流电机的启动； 直流电机的停止；
2、总体设计方案
总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
图1
键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.0与P1.1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、光耦传递，驱动H型桥式电动机控制电路，实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过数码管显示出来。电动机所处速度级以速度
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