基于AT89S51控制的直流电机调速与测速系统设计与实现

第11卷第33期2011年11月1671—1815（2011）33-8178-04

科学技术与工程

ScienceTechnologyandEngineering

Vol.11No.33Nov．20112011Sci.Tech.Engrg.

机电技术

基于AT89S51控制的直流电机调速

与测速系统设计与实现

张文初

谢永超

（湖南铁道职业技术学院电气系，株洲412001）

摘要直流电机是工业现场中常用的驱动设备。提出了以AT89S51单片机为核心的直流电机调速与测速系统的设计方

法，给出了系统的主电路结构，以及驱动电路设计和系统软件设计。本系统的设计顺应了电子技术的发展趋势，充分利用了单片机的优点，具有频率高、响应快的特点。关键词

直流电机

AT89S51单片机

调速

A

测速

中图法分类号

TM381；

文献标志码码

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制直流调速还是交流拖动系统的基础。的角度来看，

早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成。控制系统的硬件部分复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件为直流电动机的控制提供了更大的灵技术来完成，

活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率

［1—3］

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。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变。这种方式能使电源的输是利用微处理出电压在工作条件变化时保持恒定，

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。

2调速和测速系统的主体电路设计

PWM和FPWM调制电整个系统由输入回路、

。本文设计的系统能

测速电路、驱动电路、控制部分及显示等部分组路、

成，在PWM和FPWM调制电路中选用了AT89S51单片机来完成频率和占空比的调节，在测速模块中采用红外对管加LM358放大信号，驱动电路用光耦隔离保护电路采用L298芯片驱动，控制部分用单片机和复杂的外围电路实现单片机管理系统并实现而复杂的外围电路主要完成对输入各种控制要求，

操作，对速度进行控制，显示部分采用信号的采集、

三位共阳数码管。系统电路图如图1所示。

够驱动12V，额定电流为1A的直流电动机。

1基于单片机的PWM直流调速和测速原理

脉冲宽度调制（PWM）脉宽调制，是利用微处理

2011年8月29日收到，9月2日修改湖南铁道职业

技术学院科研项目资助

第一作者简介：张文初（1971—），男，湖南攸县人，讲师，研究方向：应用电子学。

33期张文初，等：基于AT89S51

控制的直流电机调速与测速系统设计与实现

8179

图1系统电路图

路图如图3所示

：

3控制信号输入电路分析

控制信号的作用是对电机的速度进行调节及

显示，它由六个按键开关组成，实现系统功能的控K1、K2、K3、K4、K5、K6是各种控制如图2所示，制，量的输入

。

图3

图2

前向通道组成框图

系统驱动电路图

K1：系统启动；K2：系统停止；K3：功能键，选择调速、显示速度；K4：功能键，当K3选择在调速时，K4为个位、十位、千位的选择；K5：功能键，当K4选K5选择速度上调；K5：功能键，当K4选择速度是，

K6选择速度下调。择速度是，

5测速系统的测速电路设计

通过红外对管检测到电机转速的变化，将物理

通过放大电路发送到控制器，实量转变成电信号，

现电机速度的监测。测速模块由放大电路、红外对码盘及外围电路组成，电机转动时带动码盘转管、

动，红外对管在对射和阻挡后返回给接收管的电压不同，由此可以把电机转动的物理量转换成变化的经过放大电路的放大后输送到单片机进脉冲信号，

行计数，实现对电机速度的监测。测速电路如图4所示。

4调速和测速系统的驱动电路设计

从单片机直接输出的控制信号无法直接驱动

12V直流电机，驱动模块采用光电耦合器对控制电路和主电路进行隔离，达到保护作用。采用常用的直流电机驱动芯片L298驱动直流电机。能有效地对电机进行驱动及对控制电路进行保护。驱动电

8180

科学技术与工程11卷

将会调用相应的子程序进行处理（程序流程图如图6所示

）

图4系统测速电路图

6显示电路设计

速度显示是一个人机交流的界面，通过三位数

图6

系统软件流程图

码管可以对电机的实际转速的测量转速进行监控，方便系统的控制，该模块用三位数七段数码管采用PNP三极管放大电路驱动数码管的显示，方便实时监控。显示电路图如图5所示

：

8小结

基于单片机控制直流电机的测速与调速系统

设计（直流电机的测速与调速）是将输入的信号通过单片机转换后输出控制信号通过驱动电路调节并且能实时监控直流电动机的直流电动机的速度，

（普通的直流电机调速到达人机统一的目的，速度，

系统一般成本都比较高而且速度控制灵敏度不高）。由于采用的是PWM控制（调宽、调频）可以达到高精度的速度控制。同时采用单片机控制，驱动成本可以降低很大幅度，测速采用采用普通芯片，

光电对管加放大电路，轻松实现速度的检测。为所设计的直流电机的测速与调速系统应具有速此，

度输入、检测、显示、脉宽调制、频率调制，电机驱动以便对电机速度进行控制与显示。在等主要器件，

频率调节上范围为（100～1）kHz，占空比调节范围额定电流为1A为（0～100）%。并且能驱动12V，

的直流电动机。计算出功率放大器的的具体参数并且功率要大于50%，用键盘控制电机速度，并且用三位数码管显示出电机每分钟误差率小于5%，

的圈数，并且误差率同样小于5%。

（下转第8185页）

图5系统显示电路图

7调速和测速系统的软件设计

在主程序初始化之后，开始反复检测各模块相

关部分的位置，如果相关位置有信号，说明有相应的数据需要处理，然后主程序调用相应的处理子模块。当各个模块有相应的数据传到主程序，主程序

33期吴菲菲，等：一种LFMCW雷达目标距离范围的划分方法

8185

AMethodofDividingtheRangeofaTargetBasedonLFMCWRadars

WUFei-fei1，CHENWen-hui1，LIUXiao-min2，LILi-zhe3

（SchoolofElectronicsandInformation，NorthwesternPolytechnicalUniversity1，Xi'an710129，P．R．China；

ShaanxiMaihangTrafficControlLtd．Co2．Xi'an710061，P．R．China；

SchoolofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity3，Xi'an710129，P．R．China）

［Abstract］IntheLinearFrequencyModulatedContinuousWave（LFMCW）radarsystem，theleakageofthefront-endofradarsensorwhichcausedbythewavemodulationhadastrongimpactonthemeasurementresultsoflong-rangegoal．Intradition，thedivisionofthedistanceoftheradartargethappenedaftertheprocessofanalyzingspectrumoftheechosignal．Todividetherangeofatargetbeforethespectrumanalysis，amethodbasedonsimi-therangeoflaritymatchingwasputforward．Accordingtothethresholdwhichcomputedonthestandardizedtarget，

thetargetisjudged．AnexperimentforanexistingLFMCWradarsystemisdesignedtoverifythefeasibilityofthemethod．［Keywords］

LFMCWradarsystem

leakage

similaritymatching

threshold

檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸（上接第8180页）

2

苗

锋，赵荣珍，门日秀．基于AT89S51的光电读卡机设计．振动

参

1

赵

考文献

3

2008；（27）：46—48与冲击，

操文祥．基于单片机的超声测距系统．安徽大学硕士学位论2007文，

丽，缪志农，伍维根，等．基于单片机AT89S51烟叶烘烤温度

2009；（28）：247—249控制系统的研究．测控技术，

TheDesignandImplementationofAT89S51-based

ControlofSpeedControlandTestSystemofDCMotor

ZHANGWen-chu，XIEYong-chao

（DepartmentofElectricalHunanRailwayProfessionalCollege，Zhuzhou412001，P．R．China）

［Abstract］TheDCmotoriscommonlyusedasdrivingequipmentintheindustrialscene．AspeedcontrolandtestsystemofDCmotorareproposedwhosecoreisthesinglechipcomputerAT89S51．Thedesignstructureofthedrivingcircuitandsystemofsoftwareisgiven．Thesystemconformstothecurrenttrendino-system'smaincircuit，

chip，andhasthecharacteristicsofhighfrequencyandverseasdevelopment，fullyutilizestheadvantagesofsingle-fastresponse．［Keywords］

DCmotor

AT89S51singlechipcomputer

speedcontrol

speedtest

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bdoi.html