51单片机直流电机控制系统设计+仿真效果图+源代码(2)
1.2 本设计课题的目的及意义
近年来，随着工业的快速发展，电动机则是工业领域最不可缺少的装置，基于直
流电机优良的调速特性（平滑、方便、调速范围广）、过载能力强 (能承受频繁的冲击负载)以及可以实现频繁的无极快速启动、制动和反转。鉴于此，本次设计采用脉宽调制(PWM)直流调速技术（调速精度高、响应速度快、调速范围宽和损耗低），按键实时调整转速，通过霍尔器件检测电机速度，数据经单片机处理后由LCD显示。该设计能实现对电机速度良好调控并实时监测速度，可用于数控机床、钻探、工矿等对电机转速要求精确控制并实时监测转速的工程领域，还可以调整设计用于电动玩具汽车，会有很好的市场效果。
1.3 系统总体设计内容
直流电机PWM控制系统的主要功能包括：控制按钮用于向单片机输入控制信号( 正转、反转、制动、停止) ； 状态指示灯用来显示直流电机的运行状态； LCD实时显示电机转速；芯片L298根据单片机输出的控制信号驱动直流电机[2]。
本设计采用霍尔器件实时监测电机的转速，并将数据传回单片机由单片机进行数据处理，然后将电机转速通过LCD现实出来，用户能实时观测到电机的速度，以实现设计的要求。
2. 系统总体设计方案
本次设计前进行了多种方案的论证与筛选，进而找出最佳的硬件与软件设计方案，既能使工程控制更加精确、可靠，又能使预算成本降到最低，使产品有更广阔的市场价值。
本次设计主要对电机驱动部分作了与以往设计不同的改进。以往对电机的控制大多采用调节电位器改变电机电压、继电器控制、达林顿管驱动等方法，但是会出现调速不平滑、分立器件已损坏等问题，鉴于此本次设计采用AT89C51单片机为控制核心，定时不断给L298直流电机驱动芯片送PWM波形来驱动直流电机，能达到调速平滑、精确、稳定输出的优良特性。在测速部分中，测速系统把检测到的数据反馈给单片机，经单片机处理后通过LCD显示转速，可以通过LED更直观地表明转速方向，并且当转速达到规定值时会通过蜂鸣器报警，用户可以通过按键实时控制电机转速，这样设计很好地实现了对电机速度的监控与调整，能精确地完成工程需要。设计框图如图1：
图1 系统总体框图
单片机控制部分：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。其间是通过AT89C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：
设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和急停控制。
电机驱动部分：主要由AT89C51产生 PWM波通过L298来驱动直流电机，实现对电机的驱动控制。
测速部分：用霍尔器件实现对电动机速度的检测。
设计显示部分： LCD显示部分，实现电机转速的实时显示；LED表明电机的转向及启动与停止；转速达到一定转速时由报警器报警。
3. 系统硬件电路设计
3.1 单片机的选型
AT89C51单片机可支持C 语言编程，可移植性好、速度快，已被广泛应用于工业控制、机电一体化、智能仪器仪表等领域。现应用AT89C51单片机对直流电机速度进行有效监测和控制，通过对直流电机转速脉冲的计数，可实现直流电机转速的有效控制[3]。