浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文
基于单片机的直流电机转速控制
摘 要
随着现代科技的不断发展，现在的电子产品越来越多，在早期，电子产品一般是纯硬件电路，没有使用单片机，电路复杂难以设计，也难以检查问题，随着微控制技术的不断完善和发展，集成芯片越来越多，单片机便出来了，换言之，单片机的应用是对传统控制技术的一场革命。具有划时代的意义。以前人机界面一般采用LED数码二极管，随着LCD液晶显示器的出现，人机界面更加人性化、智能化，它能显示数字、汉字和图象，控制LCD液晶显示器也很方便，电路设计也比较简单，加上单片机，组合实现的功能也比较强大，还可方便以后电路的升级与扩展。本文结合LCD显示等多种技术，实现了基于51单片机的电机转速测量控制系统的设计。
转速测控方法有频率法和周期法，由于本设计中电机转速较低，所以采用周期法进行计算，保证其精度。在设计中采用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所测转速值。红外线发光二极管负责发出光信号，红外线三极管接受发出的光信号，产生电信号，每转过一圈，光的明暗变化经历了一个方波周期，即产生了脉冲电信号。将处理好的信号接入单片机的T0计数口进行编程计数，最后在液晶显示器上显示结果。
关键词：单片机；电机；转速测控；液晶显示器
I
浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文
Abstract
With the development of modern science and technology, there are more and more electronic products. In the early period, electronic products usually use hardware. Without the single-chip processor, it is too complicated to design the circuit and find the problem. With the improvement and development of micro-control technique, there are more and more system on chips. Single-chip processor has come up. In other words, the application of singe-chip processor is a revolution for traditional control technique, and has time significance. In motor control, it also depends on people’s sense, without and concept of speed test. Before the appearance of LCD Liquid Crystal Display, human-machine interface generally uses LED digital diode. Now the human-machine interface has developed into more intelligence and ability and human naturally. It can display the number, word, and image, control LCD liquid crystal display is very convenient and easy to design the circuit. With the single-chip processor, the function of composition is much stronger, and easy to upgrade and expand for the circuit. This thesis combines techniques for testing LCD, realizes the design of motor speed test control system based on 51 single-chip processor.
Rotating speed measurement method and cycle frequency, as the design of a low motor speed, so the calculation method using the cycle to ensure its accuracy. Used in the design of photoelectric sensor signal acquisition, the sensor is the axis of rotation speed of the pulse into a corresponding frequency, and then measured the frequency measurement circuit, the frequency value can be measured to know the value of speed. Responsible for the issue of infrared light-emitting diode optical signal, infrared transistor to receive the optical signal sent to produce electrical signals, turning every lap, the light ray has undergone a change in the sinusoidal cycle, that is, produced a sinusoidal electrical signal pulse. Will deal with good access to MCU signals T0 I program in the liquid crystal display on the final result will be displayed.
Keywords: Single-chip processor; Motor; Speed test; Liquid crystal display
II
浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文
目录
摘 要 .................................................................... I Abstract ..................................................................... II 第1章 绪论 .................................................................. 1
1.1设计背景与选题 ........................................................ 1 1.2设计内容和技术关键 .................................................... 2 第2章 方案论证 .............................................................. 3
2.1基于嵌入式单片机的设计方案 ............................................ 3 2.2基于EDA为核心的设计方案 .............................................. 3 2.3方案选择 .............................................................. 4 第3章 硬件模块设计.......................................................... 5
3.1 电源设计 ............................................................. 6 3.2 LCD液晶显示设计 ...................................................... 6
3.2.1 LCD概述及特点 .................................................. 7
3.2.2 LCD1602字符型模块 .............................................. 7 3.2.3 LCD显示数字 .................................................... 9 3.2.4 LCD显示设计 .................................................... 9 3.2.5 LCD液晶显示模块 ............................................... 11 3.3 CPU应用系统设计 ..................................................... 11
3.3.1 ATMEL89C51单片机介绍 .......................................... 12 3.3.2 晶振电路设计 .................................................. 18 3.3.3 复位电路设计 .................................................. 19 3.4CPU控制模块 .......................................................... 19 3.5 红外测速模块设计 ..................................................... 20 3.6 键盘设计 ............................................................ 21 3.7 加热控制电路设计 ..................................................... 22 第4章 软件设计 .............................................................. 23
4.1 显示驱动软件设计 ..................................................... 23 4.2控制软件设计 ......................................................... 24 第5章 电路的焊接与调试 ....................................................... 26
5.1硬件电路的焊接与分布 ................................................. 26 小 结 ........................................................................ 27
致谢 ............................................................. 28 [参考文献]： ................................................................. 29 附录A 程序源代码 ............................................................ 30 附录B 电路图 ................................................................ 35 附录C 实物图 ................................................................ 37
III
浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文
第1章 绪论
1.1设计背景与选题
在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。测控转速的方法分为模拟式和数字式两种
【1】
。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信
号是模拟量。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，单片机技术的日新月异，特别是高性能单片机的出现，以其功能强大，价格低廉的显著特点，在测控转速方面具有体积小、性能强、成本低的特点，越来越受到企业用户的青睐。转速测控普遍采用以单片机为核心的数字式测控方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，使系统能达到更高的性能。
随着计算机辅助设计技术、微机电系统技术、光纤技术、信息理论以及数据分析算法不断迈上新的台阶，传感器系统正朝着微型化、智能化和多功能化的方向发展。转速测量是机械产品的研究开发、测试分析、质量检验、安全或优化控制等工作中所必不可少的内容。转速是旋转机械动力输出的重要指标，是检验产品是否合格的标志之一，是计算机械功率和效率的必需参数。
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，单片机系统的应用开发给现代工业领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化都离不开单片机的应用，单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此被广泛应用于各种家电产品、智能化仪表、工业控制系统和过程控制系统中，转速测控系统则是单片机在工业生产中的一个典型的应用
【2】
。将单片机
控制方法应用到转速测控系统中，组合实现的功能比较强大，可以保证测控的精度和抗干扰性，还可方便以后电路的升级与扩展。
转速测控方法有频率法和周期法，这两种测控方法都是对脉冲进行测量，且各有优势。周期法测量的是单位脉冲所需的时间，该方法在被测转速较低(相邻两转速脉冲信号间隔时间较大)时，才有较高的测量精度，其测量精确度随转速的增大而降低，适于低速测控。
1
浙江海洋学院东海科学技术学院本科生毕业论文
1.2设计内容和技术关键
本系统设计用光电传感器采集信号，这种传感器是把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用测量电路测出频率，由频率值就可知道所测转速值。红外线发光二极管负责发出光信号，红外线接收三级管负责接收发出的光信号，产生电信号，每转过一个齿，光的明暗变化经历了一个周期，即产生了脉冲电信号该转速系统的特点如下：
1.硬件电路简单；
2.程序编程简单和运算速度快； 3.测速范围宽，抗干扰性好。 设计主要的性能要求如下:
1.用LCD液晶显示电机每秒的转速；
2.设计中被测电机的转速控制在90～1700 r／min； 3.设置USB电源接口装置，可以插电脑上接电； 4.设置轻触按钮，分别为电源开关键、复位键。
【3】
。然后经过与参考数据作比较，显示在LCD上。
2