2022年单片机的无刷直流电机速度伺服系统设计方案.docx

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1、精品学习资源论文名称：基于单片机的直流伺服电机测速系统设计学科专业：申请人： 指导老师：摘 要在工程实践中，常常会遇到各种需要测量电机转速的场合，例如在发动 机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和掌握中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度；当前主要流行的测速方法有霍尔测速、磁电式测速和光电编码测速等，但是霍尔测速不仅价格相对较高，而且信号杂波大，需要额外的滤波电路开销；而磁电式测速简洁受外界环境干扰，因此不适合用于强电磁干扰的工业环境，本系统采纳光电编码测试进行速度伺服系统设计；为了能精确地测量转速，且保证测量的实时性，本文提出了一种基于单片机的直流伺服电机测速系统设计方案；该系统

2、通过定时器模拟PWM 掌握电机转速，采纳外部中断的边沿触发功能捕捉测速脉冲，并以此分析运算出电机转速，然后显示到 LED 数码管上面；此外，为了达到更精确的电机掌握，设计的串行通信方案，通过PC 机下传指令转变 PWM 输出占空比，以此掌握电机转速；系统软件在 Keil C51 集成开发环境中采纳 C 语言编写，并在 Proteus软件中搭建电路，仿真验证了方案的可行性；关键词： 测速； 单片机；直流伺服电机； 串行通信ABSTRACT欢迎下载精品学习资源目 录摘 要1 ABSTRACT2目 录3第一章绪 论51.1 课题讨论意义 51.2 国内外进呈现状 51.3 论文组织 6其次章系统方案

3、设计 72.1 硬件设计方案 72.2 软件设计方案 8第三章硬件设计 93.1 硬件框图设计 93.2 主掌握器模块 93.2.1 掌握器芯片选型 93.2.2 最小系统设计 10 3.3与PC机通信模块 11 3.4电机驱动模块 133.4.1 引脚排列 133.4.2 L298N电路原理图 13欢迎下载精品学习资源3.5 电机测速模块 143.6 LED 显示模块 153.7 本章小结 16第四章软件设计 174.1 软件框架 174.2 电机掌握 184.3 LED 显示204.4 RS232串口通信 21 4.5本章小结 22第五章系统测试 235.1 电机测试 235.2 串行通信

4、测试 255.3 本章小结 28第六章 结 论296.1 已完成工作 296.2 后续工作 29致 谢31参考文献 32附 录33第一章 前 言欢迎下载精品学习资源课题讨论意义电机测速在工程实际应用中必不行少，当前的电机测速主要分为直接法和间接法；直接法即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；间接法即由于机械转动导致其他物理量变化，测量这些物理量的变化与转速的关系来得到转速；当然，电机测速方法1.1欢迎下载精品学习资源仍可以分为轮轴测速方法和非轮轴测速方法，其中轮轴测速运用发电机和光电变换原理，而非轮轴测速采纳多普勒雷达和加速度计；随着微型运算机

5、的广泛应用，单片机技术的日新月异，特殊是高性能单片 机的显现，转速测量普遍采纳以单片机为核心的数字式测量方法，使得很多掌握功能及算法 可以采纳软件技术来完成，使系统能达到更高的性能；在工农业生产和工程实践中，常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、运转和掌握中，常需要测量和显示其转速；测量转速的方法分为模拟式和数字式两种；模拟式采纳测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量；数字式通常采纳光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号；讫今为止，已在现代汽车上广泛应用的霍尔器件有：在分电器上作信号传感器、ABS 系统中的速度传感器

6、、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、各种开关等等；1.2 国内外进呈现状目前见到的很多关于直流电机的测速与掌握类文献中，以讨论无刷直流电机较多，采纳电涡流式传感器，磁电式传感器，光电式传感器作为测速电机的重要元件；霍尔传感器的电机测速装置由单片机掌握，能够做出访电机加速， 减速的动作，仍能够精确测速电机的转速，来掌握电机的工作情形等多种功 能；因此，霍尔传感器的电机测速装置可以看成简洁的“计数器”，可广泛的应用于工厂电机的工作监控，汽车行驶速度显示，温室机器人的精密掌握等技术领域，也可应用于复杂恶劣的航天航空工作环境，具有良

7、好的民用和军用应用前景，从进展趋势上看，总体的讨论方向是提出质量更精确的测速方案，以及在考虑在复杂的环境中工作也能保持性能的稳固性；更加广泛的应用国民的生活生产中去；在讨论方法上，有的采纳软件仿真，从理论作深化的讨论；有的通过实践总结提出一些具有使用价值的实践方法；欢迎下载精品学习资源1.3 论文组织本文提出一种基于单片机的无刷直流电机速度伺服系统设计方案，并在Proteus 软件中仿真验证了方案的可行性；针对该方案的具体实施方法，本文完成了以下工作：1）提出了一种无刷直流电机测速方案；即通过增量式光电编码器测量电机转速，并采纳单片机的外部中断管脚捕捉光电编码器的输出脉冲，通过分析运算单位时间

8、内脉冲个数确定电机转速；2）完成了系统的软硬件设计；硬件设计通过 Protues 软件搭建电路连接图，软件通过 Keil C51 集成开发环境编写 PWM 、串行通信、电机驱动、电机测速及 LED 显示等各级模块驱动程序；3）仿真验证了方案的可行性；在Protues 软件中通过 LED 数码管显示所测转速与实际转速误差在 3%以内；此外，通过 VPSD 软件虚拟串口对，模拟串行通信实现了 PC 机对电机转速的掌握；论文具体章节支配如下：第一章，介绍了本课题的讨论背景、意义及相关国内外进呈现状；其次章，分硬件和软件两部分介绍了系统的总体设计方案；第三章，具体表达了系统硬件设计的原理、方案及方法；

9、第四章，具体表达了系统软件设计的流程；第五章，在 Protues中搭建仿真平台，对系统方案进行了测试和分析；第六章，总结课题的讨论工作，并指出了存在的问题和进一步的讨论方向；其次章 系统方案设计2.1 硬件设计方案本 系统 设计 的是 一个 无刷 直流 电机 测速 装 置， 该系 统由 主控 模块MCU ）、电机驱动模块、电机测速模块、LED 显示模块和PC 机掌握模块组欢迎下载精品学习资源LED 显示PC机掌握MCU电机驱动电机电机测速成；通过微掌握器产生PWM 及电机驱动模块掌握电机转动，然后通过电机测速模块测得当前电机转速，并显示到LED 显示器上； PC 机掌握模块可以用于调剂电机转速

10、；系统方案设计框图如图2-1 所示；图 2- 1 系统方案设计框图1）系统掌握模块的核心部件采纳AT89C51 单片机，用于掌握电机的顺时针、逆时针转动，同时通过测速模块采集电机转速等信息并显示到LED 数码管上；此外，仍可通过串行口接收PC 机下传的指令，转变电机转速；2） LED 显示模块用于显示当前电机的转速信息，考虑到所使用电机转速不大，每分钟转动圈速在1000 以内，因此通过 4 位 7 段 LED 数码管进行显示；3）电机驱动模块可采纳专用直流电机驱动芯片，通过单片机的 I/O 口来掌握电机驱动芯片的掌握信号，从而达到掌握直流电机的目的；也可采纳 H 型桥式驱动电路，这种驱动电路可

11、以很便利地实现直流电机的四象限运动，分别对应正转、正转和制动、反转、反转和制动；经分析，专用直流电机驱动芯片电路规模较小，且简洁使用单片机来掌握，完全可以实现预期的功能，成本相对较低；因此采纳 L298N 来掌握小车的运行；2.2 软件设计方案软件设计特别重要，它是系统的中枢，影响着整个系统性能的优劣；本系统软件设计方案是以上述硬件电路为基础的，包括电机掌握模块、电机测速模块、串口通信模块及 LED 显示模块的程序设计与实现；程序设计采纳C 语言编写，编程环境是集成 Keil C51 编译器的集成编译环境；语音导航小车设计的软件设计结构框图如图 2-2 所示；欢迎下载精品学习资源电机顺时针转动

12、程序电机驱动模块电机逆时针转动程序基于单片机的无刷直流电机测速系统软件框图电机测速模块电机测速程序LED 显示模块LED 显示程序串口通信模块串行口通信程序图 2- 2 系统软件设计框图电机驱动模块程序的设计实现了对电机转动方式和转动速度的掌握；电机测速子程序的设计实现了对电机实际转速的采集，并通过液晶显示子程序将采集后分析运算的实际转速显示出来；串行口通信程序通过与PC 机接入，实现对电机转速的上行掌握；软件的设计应尽量采纳函数化、模块化，便于主函数的调用，便于系统调试；具体设计过程及具体内容见第四章；第三章 硬件设计硬件框图设计1.1本文选用 AT89C51 单片机作为系统的主掌握器，用

13、L298N 电机驱动芯片驱动直流电机转动，用外部中断 1 捕捉电机转动圈速的脉冲，然后交给主掌握器分析运算得到当前电机转速，并通过 4 位 7 段数码管显示出当前转速；此外， 一个按键通过外部中断 0 掌握电机转动方向，且 PC 机通过串行通信掌握电机转动速度；系统硬件框图如图 3-1 所示；欢迎下载精品学习资源P1和P2口串行口PC机掌握LED 显示转速转速PWMOUT1MCUIN1IN2电机驱动OUT2电机按键掌握转向外部中断 0外部中断 1光电编码器电机测速图 3- 1 硬件设计框图3.2 主掌握器模块主掌握器模块是系统硬件设计的核心，本节通过掌握芯片选型和搭建最小系统两部分阐述；3.2

14、.1 掌握器芯片选型3.2.2 最小系统设计3.3 与PC机通信模块RS-232 是美国电子工业协会 EIAElectronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准； RS-232 总线标准设有 25 条信号线，包括一个主通道和一个帮助通道，在多数情形下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线；RS-232 标准规定的数据传输速率为每秒50、 75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200 波特； RS-232 标准规定驱动器答应有 2500pF的电容负载，通信距离将

15、受此电容限制，例如采纳150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为15m； 如每 M 电缆的电容量减小，通信距离可以增加；传输距离短的另一缘由是RS- 232 属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 20m 以内的通信；欢迎下载精品学习资源3.4 电机驱动模块电机的驱动采纳双向PWM 脉宽调制方式掌握；采纳这种掌握方式可以便利地实现电机的正反转和转速变化；驱动芯片采纳L298N，内部包含 4 通道规律驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 规律电平信号，在 646V 的电压下， 可以供应 2A 的额定

16、电流； L298N 仍有过热自动关断功能，并有反馈电流检测功能；3.4.1 引脚排列引脚排列如图 3-4 所示， 1 脚和 15 脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号； L298 可驱动 2 个电机， OUT1 、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接 2 个电机； 5、7、10、12 脚接输入掌握电平，掌握电机的正反转，利用单片机产生 PWM 信号接到 ENA 、ENB 掌握使能端，掌握电机的转速和停转；图 3- 2 L298N实物图3.4.2 L298N 电路原理图由于小车电机为 7.2V，故 L298N 的 VSS 接 7.2V 电源；由单片机直接输出两路 PWM 驱动

17、 L298N，转变 PWM 调制脉冲占空比，可以实现精确调速；脉冲频率对电机转速有影响，脉冲频率高、连续性好，但带负载才能差；脉冲频率低就反之；为了保证 L298N 的正常工作，加装了片外续流二极管；图3-5 所示为电机驱动 L298N 电路原理图；欢迎下载精品学习资源图 3- 3 电机驱动 L298N原理图3.5 电机测速模块一般情形下电机均采纳光电编码器测速；光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器；一般的光电编码器主要由光栅盘和光电探测装置组成；在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转经发

18、光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出如干脉冲信号；通过运算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速；此外，为判定旋转方向，码盘仍可供应相位相差90的 2 个通道的光码输出，依据双通道光码的状态变化确定电机的转向；依据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式；依据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、肯定式以及混合式 3 种；由于本文采纳 Proteus软件对整体设计进行仿真，因此在Proteus 中采纳带转速编码输出的电机 模型 进行 仿真 ， 该 类电 机在 Proteus 软件中的关键字为MOTOR-ENCODER ；该模型采纳增量式旋转编码测试电机转速，并供应

19、两路具有 90相位差的编码脉冲，可利用其中任何一个实现对转速的检测；电机模型下面实时显示了当前的转速信息，单位为圈/分钟；此外，为便利测速，可通过电机属性窗口的Pulses per Revolution 选项设置电机每转动一圈输出的脉冲欢迎下载精品学习资源数；3.6 LED 显示模块LED 又称为数码管，它主要由 7 段发光二极管组成的不同组合，可以显示ag 为数字和字符显示段， h 段为小数点显示，通过a g 为 7 个发光段的不同组合，可以显示 0 9 和 AF 共 16 个数字和字母； LED 可以分为共阴极和共阳极两种结构；共阴极结构即把8 个发光二极管阴极连在一起；这种装入数码管中显

20、示字形的数据称字形码，又称段选码；点亮 LED 显示器有两种方式：一是静态显示：二是动态显示；所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止； 如图 3-6 所示为 4 位静态 LED 显示电路；该电路每一位可单独显示；只要在要显示的那位段选线上保持段选电平，该位就能保持显示相应的显示字符；这种 电路的优点是：在同一瞬时可以显示不同的字符；但缺点就是占用端口资源较多；从下图可以看出，每位 LED 显示器需要单独占用 8 根端口线，因而，在数据较多时不采纳此中设计，而是采纳动态显示方式；图 3- 4 LED 静态显示电路P1.0 P1.1 P1.2P1.3P1.4

21、P1.5 P1.6 P1.7AT89C51P2.0 P2.1 P2.2 P2.3+5V欢迎下载精品学习资源图 3- 5 LED 动态显示电路所谓动态显示，就是将要显示的多位LED 显示器采纳一个 8 位的段选端口，然后采纳动态扫描方式一位一位地轮番点亮各位显示器；如下图3-7 所示为 4 位 LED 动态显示电路；本设计用到的是LED 显示器动态显示方式；3.7 本章小结本章具体表达了基于单片机的无刷直流电机速度伺服系统的硬件设计方案；系统挑选低成本的AT89C51 单片机做为微掌握器，通过L298N 驱动芯片驱动直流电机，并采纳光电编码器进行电机测速，LED 数码管采纳动态显示方式显示当前所

22、测得的电机转速，最终通过RS232 与上层 PC 机通信，实时接收PC 机下传的 PWM 占空比设定值，以掌握电机转动速度；整体的硬件设计在保证系统牢靠运行的前提下，以最小化硬件成本为目标进行规划；第四章 软件设计4.1 软件框架基于单片机的无刷直流电机速度伺服系统软件主要由主程序体和中断服务 程序两部分组成，如图4-1 所示；主程序体先进行初始化，然后判定相应标志位确定电机的转动方向，最终运算并显示电机转速值，电机转速单位为圈/分钟；其中：初始化程序包含定时器初始化、外部中断初始化及变量初始化等，初始化定时器 0 工作于方式一，用于产生 PWM 驱动电机转速，定时器 1 工作于方式二，为串行

23、通信供应9600bps 的波特率，串行通信初始化为无奇偶校验位、8 位数据位、 1 位停止位和答应接收中断的工作模式，外部中断0 和外部中断 1 均初始化为边沿触发，分别用于捕捉按键和电机转速脉冲；初始化之后判定并驱动电机程序、电机转动与运算程序组成了主程序的主循环体；此外，中断服务程序分别完成相应的中断响应功能，外部中断0 的中断服务程序用于改变转向标志位的状态，外部中断1 的中断服务子程序用于捕捉电机的转速脉欢迎下载精品学习资源冲，串行口的中断服务子程序用于接收并设定PC 机下传的 PWM 占空比，而定时器 0 的中断服务子程序完成技术初值的重新装载，并生产相应占空比的PWM 波，用于掌握

24、电机转动；开 始外部中断 0服务定时器 0中断服程序务程序N转向标志位取反生成PWM 调剂转速逆时针转动初始化转向标志位置位？Y欢迎下载精品学习资源顺时针转动转速运算转速显示外部中断 1服务程序捕捉转速脉冲串口中断服务程序转变占空比欢迎下载精品学习资源图 4- 1 系统软件框架4.2 电机掌握电机掌握子程序包括 PWM 脉宽调制）函数、前进函数和后退函数等部分组成，用于掌握小车的运行方式及运行速度；利用软件产生 PWM 信号的基本思想是：单片机上电后，定时器T0 初始化后开头计时，产生定时器溢出中断后，计数值加1，当计数值达到基准时间 时，清计数寄存器；当计数值小于预定占空比值时，输出高电平，

25、反之，就输出低电平；可以通过调整预定占空比值，掌握输出高低电平常间/定时器 0 初始化欢迎下载精品学习资源TMOD=0x01 ；/定时器 0 工作在方式 1 ET0=1 ；/ 开定时器 0 中断TR0=1 ；/开定时器 0EA=1 ；/开中断PWM = 1 ；/开头输出高电平void time_0 interrupt 1/定时器 0 中断服务子函数TH0 = 65536 - 10000/256 ； /10ms 计数初值赋值TL0 = 65536 - 10000%256 ；dida+ ； / 计数变量加一ifdida = DutyCyclePWM = 0 ； /电平转换elsePWM = 1 ；

26、ifdida = 100 / 计数变量超出就清零dida = 0；MotorSpeed = MotorPluse ；/统计脉冲MotorPluse = 0 ；通过掌握 L298N 两个输入口的的高低电平来编写电机的顺时针和逆时针转动程序，假设 IN1=1， IN2=0 电机顺时针转动，就 IN1=0, IN2=1 电机逆时针转动；其规律功能如表 4-1 所示，转动掌握程序如清单 4.2 所示；表 4-1 L298N 的规律功能ENAENBIN1电机运转情形HHL顺时针HLH逆时针H同 IN2IN4同 IN1IN3快速停止LXX停止程序清单 4.2 电机的顺时针和逆时针转动函数void Turn

27、ClockR = 1 ；L = 0 ；欢迎下载精品学习资源void TurnAntiClockR = 0 ；L = 1 ；挑选电机的顺时针或逆时针转动是通过一个按键实现的，该按键接入单片机的外部中断 0，当外部中断0 检测到一个边沿跳变后即进入中断服务子函数，在中断服务子函数中转变电子转动方向标志位的状态，这样一来便可以在 主程序中通过该标志位的状态判定电机转动方向；电机转向掌握的程序如清单4.3 所示；程序清单 4.3 电机转向掌握void InitIT0 = 1 ；/边沿触发方式EX0 = 1 ； / 答应外部中断0 触发EA = 1 ；void main欢迎下载精品学习资源Init ；w

28、hile1ifFlagelseTurnAntiClock ；TurnClock ；欢迎下载精品学习资源void Ex0 interrupt 0 / 外部中断 0 中断服务函数Flag = .Flag ； / 转变标志位状态综上所示，电机掌握部分由 Flag 标志位掌握电机的转动方向、 PWM 掌握电欢迎下载精品学习资源机的转动速度，而外部中断 0 的按键和定时器 0 分别转变 Flag 标志位的状态及生成 PWM；4.3 LED 显示第三章已经提及，本系统的LED 采纳动态方式显示，即四位数码管共用一套段选接口，通过位选选中点亮的位；仿真采纳共阴极数码管，P1 为段选接口， P27 P24 分

29、别为个位、十位、百位和千位的位选编码；由于人眼的视觉停留，保持不同位显示之间的短暂延时，即可给视觉带来同时显示的成效，本系统在不同位显示之间延时1ms 以达到此成效； LED 数码管显示程序如清单4.4 所示；程序清单 4.4 LED 数码管显示void delayuint i / 延时 1ms子程序uint j ；fori ； i 0 ； i-forj = 110 ； j 0 ； j- ；void LEDDisplayP1 = tableMotorSpeed / 100 ；P2 &= 0x20 ；delay1 ；P2 |= 0xf0 ；P1 = tableMotorSpeed % 100 /

30、 10 ；P2 &= 0x40 ；delay1 ；P2 |= 0xf0 ；P1 = tableMotorSpeed % 10 ；P2 &= 0x80 ；delay1 ；P2 |= 0xf0 ；欢迎下载精品学习资源4.4 RS232串口通信串行口程序的设计主要是配置UART 的工作模式和编写串行口中断服务子函数；配置寄存器 TMOD 的定时器 1 工作方式和定时器 1 的计数初值 TH1、TL1 等可以设定串口通信的波特率；配置寄存器SCON 可以设定串口通信的奇偶校验方式、数据位和停止位等参数；在数据收发方面，本系统通过中断方式接收上层 PC 机下传的 PWM 占空比指令，通过判定寄存器RI

31、的状态判定是否为接收中断；串行口掌握程序如清单4.5 所示；程序清单 4.5 串行口掌握void InitTMOD = 0x21 ；TH1 = 0xfd ；TL1 = 0xfd ；SCON = 0x50 ；TR1 = 1 ；ES = 1；EA = 1 ；/TMR1 工作于方式 2/波特率为 9600/方式 1，10位可变波特率，答应接收/启动 T1/答应串行中断void Serial_ISRvoid interrupt 4 /串行口中断服务子函数EA = 0 ；ifRIRI = 0 ；DutyCycle = SBUF ；EA = 1 ；4.5 本章小结本章第一表达了本文软件设计的框架，并给出了

32、相应的程序流程图，然后分模块具体阐述了电机掌握、 LED 显示和 RS232 串口通信等的程序设计思路和欢迎下载精品学习资源具体实施方案，并给出了对应的程序清单；第五章 系统测试本章拟在 Proteus 软件中仿真分析系统的性能；在该软件中，MCS-51 单片机的关键字为 AT89C51，电机驱动芯片 L298N 的关键字为 L298，编码电机的关键字为 MOTOR-ENCODER ， 4 位 7 段数码管的关键字为7SEG-MPX4-CA ，9 针串口的搜寻关键字为COMPIM ，单位按钮的关键字为 BUTTON ；依据所设计的方案搭建硬件电路如图5-1 所示，下面主要分别就电机和串行通信两

33、部分进行性能测试分析；图 5- 1 Proteus硬件连接电路5.1 电机测试本文 3.5 节已经提及，电机测速过程中的每转脉冲数可在属性窗口设置；在 Proteus中双击电机模型即可进入其属性设置界面，在该界面可轻松的设置所仿真电机的额定电压、线圈电阻、线圈电感、空载转速、负载率和每转的 脉冲数等参数；在本文的仿真过程中，电机各参数的设定如表5-1 所示；欢迎下载精品学习资源表 5- 1 电机参数设置参数名额定电压线圈电阻线圈电感空载转速负载率每转的脉冲数设置值12V12100mH360RPM50%60由第 4 章软件设计可知，外部中断1 用于捕捉测速模块获得的脉冲，定时器 0 每 10ms

34、 产生一次中断，每中断 100 轮刷新一次电机编码脉冲MotorSpeed 的值，那么 MotorSpeed 即表征了 MCU 每秒捕捉的脉冲个数；由表5-1 可知， 电机每转动一圈产生 60 个脉冲，那么 MotorSpeed / 60 就为电机每秒转动的圈数，也就是说， MotorSpeed / 6060 = MotorSpeed 为电机每分钟转动的圈速， 即 MotorSpeed 为测速单元得到的电机实际转速；将该值显示到LED 数码管上如图 5-2 所示；图中电机模块下面显示了PWM 占空比为 90%时，电机的实际转速值为 63.2 r/min ，而测试单击测得的转速值为65 r/mi

35、n ，光电编码测量值的误差率小于 3%；欢迎下载精品学习资源图 5- 2 仿真结果5.2 串行通信测试串行通信用于 PC 机通过下传 PWM 占空比的值给单片机，以此掌握电机的转速；仿真测试串行通信需通过VSPD 软件虚拟出一对串口，分别与Proteus 中的串口和 PC 机绑定；串口绑定需在 Keil 集成开发环境与 Proteus软件中同时进行，具体操作按如下步骤执行；Step1：打开 VSPD 软件，新建一对虚拟串口 COM2 和 COM4由于作者主机已有物理端口 COM1 和 COM3 ，因此虚拟的串口对为 COM2 与 COM4 ），本系统将 COM2 与单片机绑定， COM4 与

36、PC 机Start/Stop Debug Session，然后点确定进入 Debug 模式，在左下角的 COMMAND 窗口中输入“ MODE COM2 9600,0,8,1 回车”和“ ASSIGNCOM2 SOUT 回车”，然后退出Debug 模式，重新编译链接，生成的欢迎下载精品学习资源hex 文件即与 COM2 绑定了；其中这两行指令的具体说明为MODE COM2 9600,0,8,1 % 分别设置 COM2 的波特率、奇偶校验位、数据位、停止位ASSIGNCOM2SOUT% 把单片机的串口和COM2 绑定到一起；由于所用的单片机是 AT89C51 ，只有一个串口，所以用SIN ， S

37、OUT ，假如单片机有多个串口，可以挑选 S0OIN ， S0OUT ， S1IN， S1OUT ；Step3： 在 Proteus软件中绑定 COM2；双击 AT89C51 单片机元件，在弹出的对话框中选定晶振为 11.0592MHz，以协作 9600bps 的波特率，如晶振设定不对会显现乱码现象；然后双击 COMPIM 虚拟串口元件，在弹出的编辑对话框中选定端口，并设置通信的波特率、数据位等参数如图5-3 所示；然后点击运行按钮，运行单片机程序；Step4： 设置 PC机串口参数； PC机通过串口调试助手与 COM4 绑定，并将其波特率、校验位、数据位和停止位等通信参数设置成与COM2 相

38、同，如图 5-4 所示；然后在发送数据区内输入“ 1”，单击手动发送，以此下传PWM 占空比值49%给单片机；再次观看电机转速为43 r/min ，如图 5-5 所示，明显叫 90%占空比时的 65 r/min 小，可知占空比设定指令正确下达，电机转速转变；图 5- 3 COMPIM 虚拟串口属性设置欢迎下载精品学习资源图 5- 4 PC 机串口通信参数设置图 5- 5 串口转变占空比仿真结果此时再观看 VSPD 软件右侧发送与接受数据，如图5-6 所示，可以看到不但所虚拟的串口分别胜利地与Protues和 PC 机的串口调试助手绑定，而且两者之欢迎下载精品学习资源间能正常通信， PC机每次下

39、传的数据都被单片机所接收到；图 5- 6 VPSD 串口连接情形综上所述，本系统所提出的基于单片机的无刷直流电机测速方案具有肯定 的可行性；不仅如此， PC 机仍可随时通过串口下传指令给单片机，实现对电机的伺服掌握；5.3 本章小结本章在 Proteus软件中搭建了系统硬件电路，并加载了软件生成的单片机hex 文件，掌握系统运行；系统测试分电机测速和串行通信测试两部分实现， 由试验结果可知：1）单片机模拟的PWM 能通过 L298N 驱动芯片正确掌握电机转动，并且所设计的测速方案运行牢靠，误差能掌握在3%以内；2） PC 机与单片机通信正常， PC 机下传的占空比指令能被单片机正确接收并执行，

40、最终电机转速转变；欢迎下载精品学习资源第六章 结 论6.1 已完成工作本文提出了一种基于单片机的无刷直流电机速度伺服系统设计方案，并在Proteus 软件中仿真验证了方案的可行性；该系统通过定时器模拟PWM 掌握电机转速，采纳外部中断的边沿触发功能捕捉测速脉冲，并以此分析运算出电机转速，然后显示到LED 数码管上面；此外，为了达到更精确的电机掌握，设计的串行通信方案，通过 PC 机下传指令转变 PWM 输出占空比，以此掌握电机转速；针对该方案的具体实施方法，本文完成了如下工作：1）提出了一种无刷直流电机测速方案；即通过增量式光电编码器测量电机转速，并采纳单片机的外部中断管脚捕捉光电编码器的输出

41、脉冲，通过分析运算单位时间内脉冲个数确定电机转速；2）完成了系统的软硬件设计；硬件设计通过 Protues 软件搭建电路连接图，软件通过 Keil C51 集成开发环境编写 PWM 、串行通信、电机驱动、电机测速及 LED 显示等各级模块驱动程序；3）仿真验证了方案的可行性；在Protues 软件中通过 LED 数码管显示所测转速与实际转速误差在 3%以内；此外，通过 VPSD 软件虚拟串口对，模拟串行通信实现了 PC 机对电机转速的掌握；6.2 后续工作当然，由于时间和才能的限制，论文不行防止地存在一些问题，本文仍需进一步的改进和完善；1）当前情形下， PC 机只下达了 PWM 占空比调剂指

42、令，后续工作中可以设计更加复杂的通信协议，下达更加丰富的掌握指令；2）所设计的方案只是在 Proteus 仿真软件中仿真验证通过，如能搭建具体的硬件电路进行验证分析，就更具说服力；3）电机掌握是一个经典问题，后期最好能依据测得的转速设计相应的PID 掌握算法，提升被控对象的响应时间和超调量等性能指标，以期达到更加欢迎下载精品学习资源精确的伺服跟踪成效；致 谢参考文献1 谭浩强. 高级程序设计 第三版） . 北京：清华高校出版社 ,2005.7.2 周兴华. 手把手教你学单片机 C 程序设计 . 北京：北京航空航天高校出版社，2007.10.3 李全利，迟荣强 . 单片机原理及接口技术 . 北京：高等训练出版社， 2004.1.4 李广弟，朱月秀，王秀山 . 单片机基础 . 北京：北京航空航天高校出版社，2001.7.5 秦志强，陈伟，王文斌. 基础机器人制作与编程 . 北京：电子工业出版社，2007.86 边春元，李文涛等 . C51 单片机典型模块设计与应用 . 北京：机械工业出版社， 2021.47