基于单片机的直流电机控制系统设计.docx

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1、本科毕业论文论文题目：基于单片机的直流电机控制系统设计ty随着自动化技术的不断发展和应用，直流电机广泛应用于工业自动化、机器人、电动车辆、家电等领域，对其控制要求越来越高。所以直流电机控制系统设计成为自动化领域的重要研究方向之一。例如，需要实现精准的速度控制、位置控制、负载调节等功能，以满足不同应用场景的需求。直流电机控制系统对实时性和稳定性有较高的要求。单片机作为控制系统的核心，需要具备足够的处理能力和响应速度，能够实时地获取传感器数据、计算控制信号并输出到电机驱动电路，以确保控制系统的稳定运行。单片机作为集成度高、功能强大的微控制器，广泛应用于嵌入式系统和控制系统中。它具有低成本、易编程、

2、高灵活性和可靠性等优点，因此成为直流电机控制系统设计的主要平台之一。构建单片机控制的直流电机系统，设计以单片机为核心控制，应用相关理论知识，联系电路等相关的知识，构建出单片机控制的直流电机的系统设计。用软件模拟PWM输出调制，本单片机控制的直流电机设计使用AT89C51单片机，用直流电机来充当的执行部分，来完成设计。本文详细介绍了单片机控制直流电机系统的设计，包括其主要组成部分：数码管显示电路、控制按键、电机和超声波传感器。阐述了各部分的工作原理及各部分的流程图，并描述了这些元件如何协同工作以达到最优效果。最后设计出该设计的仿真，在仿真中验证仿真的结果并得出结论。首先设计出仿真的硬件图，在pr

3、oteus软件构造出仿真图，然后编写出直流电机控制系统设计的程序。进行前进、后退、左转、右转、遇到障碍距离大于50cm、遇到障碍小于50Cm的仿真结果，最后得出相应的结论。关键词：控制系统；单片机；直流电机论文类型：工程设计AbstractWiththecontinuousdevelopmentandapplicationofautomationtechnology,DCmotorsarewidelyusedinindustrialautomation,robots,electricvehicles,homeappliancesandotherfields,andtheircontrolreq

4、uirementsaregettinghigherandhigher.Therefore,thedesignofDCmotorcontrolsystemhasbecomeoneoftheimportantresearchdirectionsinthefieldofautomation.Forexample,itisnecessarytoimplementprecisespeedcontrol,positioncontrol,loadregulationandotherfunctionstomeettheneedsofdifferentapplicationscenarios.DCmotorco

5、ntrolsystemshavehighrequirementsforreal-timeandstability.Asthecoreofthecontrolsystem,thesingle-chipmicrocomputerneedstohavesufficientprocessingpowerandresponsespeedtoobtainsensordatainrealtime,calculatethecontrolsignalandoutputittothemotordrivecircuittoensurethestableoperationofthecontrolsystem.Ashi

6、ghlyintegratedandpowerfulmicrocontrollers,microcontrollersarewidelyusedinembeddedsystemsandcontrolsystems.Itslowcost,easyprogramming,highflexibilityandreliabilitymakeitoneofthemainplatformsforDCmotorcontrolsystemdesign.Buildasingle-chipmicrocomputer-controlledDCmotorsystem,designasingle-chipmicrocom

7、puterasthecorecontrol,applyrelevanttheoreticalknowledge,contactcircuitandotherrelatedknowledge,andbuildasingle-chipmicrocomputer-controlledDCmotorsystemdesign.UsingsoftwaretosimulatePWMoutputmodulation,theDCmotordesigncontrolledbythissingle-chipmicrocomputerusesAT89C51single-chipmicrocomputer,andthe

8、DCmotorisusedastheexecutionparttocompletethedesign.Thisarticleintroducesindetailthedesignofthesingle-chipmicrocomputercontrolDCmotorsystem,includingitsmaincomponents:digitaltubedisplaycircuit,controlbutton,motorandultrasonicsensor.Itexplainshoweachpartworks,aflowchartofeachpart,anddescribeshowthecom

9、ponentsworktogethertoachieveoptimalresults.Finally,thesimulationofthedesignisdesigned,andthesimulationresultsareverifiedandconclusionsaredrawninthesimulation.First,thesimulatedhardwarediagramisdesigned,thesimulationdiagramisconstructedinthePROTEUSsoftware,andthentheprogramforthedesignoftheDCmotorcon

10、trolsystemiswritten.Thesimulationresultsofforward,backward,left,right,obstacledistancegreaterthan50cm,obstacleencounterlessthan50cmarecarriedout,andthecorrespondingconclusionisfinallydrawn.KeyWords:Controlsystem;Singlechip;DCmotorPapertype:EIlgineerillgdesign摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 研究背景11.2 研究目的和意

11、义22直流电机控制系统的主要组成部分42.1 数码管显示电路42.2 控制按键52.3 直流电机62.4 超声波传感器72.5 本章小结83综合控制系统的设计与实现93.1 显示电路与实时更新技术93.1.1 数码管显示电路的工作原理93.1.2 显示速度、位移和障碍物距离的实时更新技术103.2 控制按键与电机控制实现113.3 电机控制系统与转速/转向控制技术123.4 超声波传感器与自动避障实现143.4.1 超声波传感器的工作原理153.4.2 基于超声波传感器的自动避障实现163.5 各部分协同工作163.6 本章小结184控制系统的实验仿真194.1 实验和设备194.2 实验仿真

12、过程194.3 仿真结果及分析254.4 本章小结265结论275.1 总结275.2 展望27参考文献29致谢30附录程序编程311绪论1.1 研究背景单片机具有集成度高、体积小，可靠性高、实用温度范围宽，有优良的性能价格比,控制功能强,外部总线丰富,功能扩展性强及低功耗等特有的优良性能，因而得到了广泛应用。它推动了嵌入式系统的发展并深入到各个领域，已经成为工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活的各个领域的智能化工具，也是现代电子系统中重要的智能化工具，对各行各业的技术改造以及产品的更新换代起到了极大的推动作用。在精密仪器仪表的制作过程中，单片机也得到了相应的应用，与单片机的诞生时间相比，

13、仪器仪表的应用时间相对较早，在早期进行仪器仪表应用和生产的过程中，一般会使用机械原理和电磁原理，但是因为基于这些原理制造的仪器仪表设备在使用过程中误差相对较大，并且体积也相对较大，在使用过程中的便捷程度较低，所以逐渐被单片机取代。常用的典型的单片机有Intel公司的MCS-51系列单片机、Motorola公司的M68系列单片机、Philips公司的P系列单片机、WinBond（华邦）公司的W77、W78系列单片机、AtmeI公司生产的AT89系列单片机、EPSON公司的单片机等。单片机控制的重要性在于其能够实现人工智能与物理世界的交互，是一种载体，它能够把计算机程序中的智能转化为现实世界中的行

14、动。因此，单片机的设计和控制系统对其功能和性能有着至关重要的影响。单片机自身的特点决定了其应用非常广泛，对各行业的技术改造以及产品的更新换代起到了极大的推动作用。直流电机控制系统的设计与实现面临着诸多挑战。一方面，直流电机需要在各种环境条件下稳定运行，这就要求控制系统具有良好的稳定性和适应性；另一方面，需要在执行任务时具有一定的自主性和智能性，这就要求控制系统能够实现复杂的决策和控制算法。直流电机的设计和控制系统的研究，也提供了一个理论与实践相结合的机会。可以将理论知识应用到实际的系统设计中，同时，通过实际的设计和实验过程，也可以检验和深化理论知识。这种理论与实践相结合的研究方法，不仅可以提高

15、实践能力，也能够促进理论水平。直流电机的应用领域广泛且重要性不言而喻，其控制系统的设计和研究具有重要的理论意义和实践价值。本文的目标是设计一个高效、稳定、具有一定智能性的直流电机控制系统，并通过实验验证其性能，希望能为直流电机控制的研究和应用提供一种可行的参考。1.2 研究目的和意义基于单片机的直流电机控制系统设计的研究背景源于自动化技术的发展、单片机的普及应用、直流电机控制需求的增加、控制算法的研究和发展、实时性和稳定性的要求，以及系统集成和智能化的趋势。这些因素共同推动了基于单片机的直流电机控制系统设计的研究和应用。设计直流电机的控制系统，目标主要是实现自主导航、自动避障、实时反馈和高效控

16、制。具体来说，希望通过设计一个高效且稳定的控制系统，使直流电机能够在不同的环境中自主运行，能够自动检测并避开前方的障碍物，同时，能够实时地反馈电机的运行状态，包括速度、位移、电量等信息，从而使操作者能够更好地掌控直流电机的运行情况。直流电机的控制算法涉及到闭环控制、速度估计、电流控制等方面的技术。在控制算法的研究和发展过程中，需要结合单片机的特性和性能，设计和优化适用于直流电机控制的算法和方法。实现这些目标并非易事，直流电机控制系统的设计面临着诸多挑战。首先，如何设计一个既能够实现复杂控制算法，又能保持高效稳定的控制系统，这是一个重大的挑战。需要考虑到处理器的计算能力、内存容量、能耗等因素，以确保控制系统能够在满足功能需求的同时，保持高效稳定的运行。如何实现高效的传感器数据处理