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设计要求1要求有设计说明书，画出控制系统结构图2直流电机200W,电压：24V,调速范围-30%3闭环转速测控系统的具体设计，包括所选传感器、执行器和控制器的类型、原理、输入输出接口和工作电路等4系统流程图及控制算法5控制系统界面的软件设计，包括程序流程图和实现代码6控制算法的实现，包括程序流程图和实现代码或仿真代码设计内容1以AT89C52单片机为核心，设计一个能够测量直流电机当前转速，通过数码管等显示出来。2能够对电机的转速进行控制，0.7倍的额定转速到额定转速的调速范围。3电机转速可以作成具有正反转速的控制。目录目录.............................................3第1章前言......................................4第2章总体设计方案..............................5第3章硬件电路的设计方案........................63.1AT89S52单片机电路..........................73.2LED显示和按键电路...........................83.3霍尔电路测速.................................93.4电机驱动电路................................113.5整流电路....................................12第4章软件设计方案.............................144.1显示部分....................................144.2控制部分....................................15第5章系统调试.................................165.1软件调试....................................165.2硬件调试....................................16第6章使用说明.................................17第7章总结与体会...............................17第8章参考文献.................................19附录一（原理图）................................20附录二（c程序）................................21附录三（器件清单）..............................27第一章前言随着电子技术的发展和工程实际的需求，单片机在计算机工程应用中起着越来越重要的作用。从计算机的应用发展来看，通用计算机和嵌入式系统应用已成为两大热门发展技术。特别是在工业测控、智能家电和通讯终端等应用领域更是单片机的一统天下，单片机取代了过去复杂的电路设计，完善了系统的功能，大大提高了系统的可靠性，降低了成本，从而使得单片机系统的开发应用成为计算机工程应用的一个重要领域，而且打破了计算机专业人员垄断计算机工程应用的局面。计算机软硬件技术的发展使使工程技术人员掌握计算机应用系统设计、组装和调试等变得非常容易。单片机应用系统已成为电子工程师实现工程设计的常规首选方案。本课程设计采用AT89S52单片机作为设计的核心部分，与51单片机相比，内核还是51内核，不过52的内部资源比51多，增加了一个16位的计数器T2，相应的特殊寄存器(SFR)也有了一点变化，另外52的内存也从51的128字节提高到了256字节，ROM也从2K提高到4K，可以装下更大的程序，运行速度并没有太大变化，和51运行速度相当。考虑到内存的增加对较复杂的程序带来的好处，52的总体性能是要比51好不少。如今，嵌入式系统已经应用非常广泛，技术已经很成熟。各种家用电器和工厂的大多数设备都有嵌入式系统。而这些嵌入式系统中所用的核心部分大多数是单片机。因此单片机在嵌入式系统内部的使用已经相当成熟。此系统用单片机作为核心，系统的稳定性和调试都会很方便简单，通用性会大大提高。在当前科学技术日新月异的时代，各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现，已不再是单纯某一门学科的发展，而是各门相关学科，多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。机电一体化技术就是一种这样的新技术，它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。其实质是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机地组合，实现整体最佳化。机电一体化已经成为当今电机控制的大趋势。将小型系统和电机组成嵌入式系统，不需要外部再加其它控制设备，减去不少不必要的麻烦，方便对电机的控制。早先用的电机不具备嵌入式系统，存在很多问题。如用户需自行配置控制系统，自配系统与电机配合不是很理想，需要很麻烦的调试。而嵌入式系统的出现解决了这个不必要的麻烦，生产厂家将控制系统与电机制成一个整体系统，这样用户就无需自配系统，同时不用调试，直接使用就可以，非常方便。第二章总体设计方案1、此系统是以单片机AT89S52为核心展开设计的，主要功能有两个：（1）测得电机当前工作时的转速，同时可以显示出来；（2）通过显示的转速是否符合使用者的需求，可以调整电机转速，范围是0.7倍额定转速到额定转速。但这样的要求不够灵活，负载更换时系统要重新设计。因此本系统设计时考虑让此控制系统的应用具有灵活性，因此采用调电压法，使电压从零到电机额定值，这样具有很宽的调速范围，用户可以灵活使用，换负载时只需调电压。便可得到自己想要的转速。不必因调速范围的设置而使系统不能通用。2、系统测速使用的传感器是霍尔开关传感器，在电机转轴上安装一个圆盘，圆盘上放一个磁铁，当磁铁与霍尔传感器接近时，霍尔传感器便发出一个相应的负脉冲，经过电路的处理。就会有理想脉冲产生，将此脉冲输入到单片机，单片机用T1作定时器，定时时间为一秒，用T1作计数器，当T2定时结束时，计算T1所测得的脉冲个数。便可求出相应的转速。再用数码管动态扫描，显示相应的转速。3、系统采用控制电机电压的方式来控制直流电机的转速，使用者可以通过调节相应的按键来增加和减少电机的转速。电机的转速n=(U-Ra*Ia)/CeΦ,其中除了U是变量，其它的都是定量。相应的解释在后面的具体硬件分析里详细介绍。4、用PWM方式调节电机的输入电压，脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。霍尔电路输出脉冲驱动电机第三章硬件电路设计方案根据设计任务和自身设计的结合，硬件电路共分六部分。1、单片机、上电指示灯、报警器和下载口等组成的电路。2、由一个四位一体数码管动态扫描显示转速电路。3、有六个按键组成的系统按键控制电路。4、以霍尔传感器为核心的转速测量电路。5、驱动电机电路。6、整流电路（220V交流电到24V直流电）按键电路输入控制单片机处理数码管显示PWM控制光电耦合电机3.1AT89S52单片机电路P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89S52C1C218pX1GNDVCCGNDC30.1uR110kC410uK1VCCGNDVCCp00p01p02p03p04p05p06p07p10p11p12p13p14p15p16p17p20p21p22p23p24p25p26p27GNDp30p31p32p33p34p35p36p37rstTCK1GND2VCC4TDO3TMS5NC6NC7NC8TDI9GND10P1JTAG10GNDGNDVCCp17p16rstp15R26330DS1GNDVCCU4BuzzerQ59012VCCR324K7P14GNDD11、AT89S52为此系统的核心，上图未单片机管脚图和外围基本的连接电路。2、JTAG10为单片机下载口。3、上电指示灯指示单片机是否通电。AT89S52单片机单片机下载口上电指示灯蜂鸣器4、蜂鸣器用于报警使用。3.2LED显示和按键电路f10g5e1d2A12c4DP3b7a11A9A8A6DSA1R2330R3R4R5R6R7R8R9p00p01p02p03p04p05p06p07Q19012Q29012Q39012Q49012R104k7R114k7R124k7R134k7VCCVCCVCCVCCp10p11p12p13K2K3K4K5K6K7R1410kR15R16R17R18R19R20330R21R22R23R24R25VCCVCCVCCVCCVCCVCCGNDp30p31p32p33p36p371、采用四位一体数码管，动态扫描显示数据。相应的标号与单片机相对应。2、共有六个按键：按键1关闭电机；按键2启动电机；按键3正转；按键4反转；按键5减速；按键6加速。按键1按键2按键3按键4按键5按键63.3霍尔电路测速VCC1GND2OUT3U53144VCCGND245312U6ALM339ADVCCGNDR3710kK3A21VREFU7TL431GNDR38500VCCp351、霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点。如图9所示，，在非磁性材料的圆盘边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转速。2、TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高,近年来在国外已经得到了广泛应用。接法如以下两图。第一图输出：Vout=(R1+R2)*2.5/R2第二图直接输出2.5V电压它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。同时R3的数值应该满足1mA(Vcc-Vout)/R3500mA本电路采用的第二种接法，直接输出2.5V电压，用于比较器正端的参考电压。3、LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体