一、 设计目标和性能指标

设计任务

完成一个基于单片机的直流电机转速控制系统设计，要求设计的转速控制系统完成以下功能：

1）按键设定并显示转速，实时显示实际转速； 2）按键控制电机起停、正反转； 3）PWM转速闭环控制； 4）PID算法控制。

性能指标

1.转速调节范围：1500转/分--3000转/分 2.测速误差<10%

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二、 设计方案

本设计以STC12C5A16S2单片机为核心，完成转速控制的设计。硬件系统包括单片机控制模块、按键模块、传感器模块、驱动模块、显示模块；软件部分由主函数控制模块、定时中断和外部中断模块、键盘部分、PID控制转速模块、LCD初始化模块、LED指示模块等组成，软件编写由Keil C51完成。设计原理是根据LCD显示原理、按键描显示原理、单片机的定时中断原理、外部中断将霍尔传感器所检测的脉冲进行计数原理。设计了一个可以控制电机的启动和停止，显示当前转速显示，设定转速，通过PID算法计算控制得道相应的PWM，然后改变PWM的值实现对电机的控制。

三个独立按键中Mode键进行模式切换，UP、DN键可以对速度、PID参数进行修改。此外，为方便显示还加了数码管和LED灯做指示。在“实时速度显示”模块中，利用外部中断0对霍尔元件脉冲记数，输出送到单片机，在定时器0下对信号进行周期刷新，调用计算公式算出转速，在LCD上显示实时速度；在转速控制中通过PID算法计算控制得道相应的PWM，然后改变PWM的值实现对电机的控制。

其系统组成结构图如1.1所示：

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三、 系统硬件设计

单片机的最小系统

单片机是一个复杂的同步时序电路。主要包含两部分：时钟电路和复位电路。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。复位电路是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态。

单片机最小系统为转速控制的控制中心，包括一块STC12C5A16S2芯片、复位部分、晶振时间频率控制部分和电源部分。复位部分采用外部复位电路，接在单片机的REST引脚，晶振采用频率为11.0592MHZ和15pF电容，接18、19引脚。电路如图2.1所示：

按键电路设计

本系统采用独立键盘，实现模块切换和一些参数设置。其中MODE键进行模式选择，UP和DN键对参数进行加或者减，它们分别接P20—P22。电路如图2.2所示：

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LED指示灯电路设计

设计中利用了四个发光二极管分别接接P34、P35、P36、P37。当有低电平0来时，相应的发光二极管亮，指示相应的模式。当D1指示灯亮时，表示电机正转；当指示灯熄灭时，表示电机反转。D2、D3、D4指示灯对应于LCD的使用。电路如图2.3所示：

LCD显示屏电路设计

JM12864M-2汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。在设计中，采用的是串行数据传送。串行连接时序图如图2.4所示。

串行数据传送共分三个字节完成：

第一字节：串口控制—格式 11111ABC。A为数据传送方向控制：H表示数据从LCD

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到MCU，L表示数据从MCU到LCD；B为数据类型选择：H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令；C固定为0

第二字节：(并行)8位数据的高4位—格式 DDDD0000 第三字节：(并行)8位数据的低4位—格式 0000DDDD

数码管显示电路设计

数码管主要是用于数字的显示。数码管有共阴和共阳的区分。四位数码管循环电路是由1K的电阻、IN4148二极管和数码管组成，电源+5V通过560的电阻直接给数码管的7个段位供电，P0.0-P0.7对应了两个接数码管的A,B,C,D,E,F,G和小数点位，P2.4，P2.5，P2.6，P2.7接位选码。数码管电路图见图3.2。

电机驱动模块设计

电机驱动采用三极管构成的“桥式电机驱动”，将单片机端口输出的信号放大，用于驱动电机转动。当控制端1、2同为高电平或低电平时，电机两段电平一致，电机停止转动。当控制端1为高，2为低时，电机正转，反之电机反转。电机驱动电路图如图所示。

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