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杭州电子科技大学
电子系统设计综合实验
设计报告

1直流电机速度控制
实验名称
1
大组号
小组号

姓名学号徐志朗指导教师

2018年6月15日
目录

一.设计目的

二.直流电机转速控制设计任务
2.1设计内容

2.2设计要求

三.总体设计方案

3.1设计思想

3.2系统框图

四.硬件设计
4.1控制器

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4.2电机速度采集电路设计

4.2.1方案论证
4.2.2方案设计

4.3电机驱动电路设计

4.3.1方案论证与设计

4.3.2主要芯片介绍4.4电机逻辑控制部分的设计

4.5电源设计

五.软件设计

5.1PID算法

5.2软件流程图

六.测量结果与误差分析

摘要：

本方案以MSP430单片机为控制核心以及直流电机、遥控键盘、LCD

和传感器构成的转速闭环控制系统。其中光电传感器负责对电机转速

进行测量，并将测量的结果反馈给控制中心，并由控制中心将之与设

定值进行比较得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。采

用直流电机集成驱动芯片L298N作为直流电机驱动模块。并由单片

机对电机转速和转向进行控制，因为单片机单元和电机供电部分不采

用同一单元的电源为安全起见使用光耦对两部分电路

2/13进行强弱隔离。由光电传感器
TLP521完成实际转速的检测，单片机
对经整形处理后检测信号进行识别并加
以计算由显示模块进行显示。
关键字:MSP430F149直流电动机PWMEPEC3T144C6NPID
一设计目的

1.编制程序，将直流电机的运转状态在LCD上显示出来。

2.掌握直流电机的驱动原理。

3.了解直流电机调速的方法，了解直流电机的工作原

理。

掌握PID算法及PWM控制技术。

4.学会直流电机驱动程序的设计。

5.进一布提高单片机应用系统的设计和调试水平。
二直流电机转速控制设计任务

2.1设计内容：掌握直流电机控制系统的硬件设计方法和直流电机转

速调节。学会编制直流电机驱动程序的软件设计方法。通过PWM脉

宽调制来达到调节直流电机转速的目的。

遥控键盘实现电机的启动、停止、加速、减速、反转的控制，

并在LCD上显示电机运行的当前状态。

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2.2设计要求：设计出电路原理图，说明工作原理，编写程。

序及程序流程图。
三总体设计方案

3.1设计思想：主要由电机驱动电路、电机速度采集电路、电机、遥
控键盘、NOKIA5110、单片机<msp430）组成。电机速度采集电路

反映机械转速的高低，单片机msp430是该系统的

核心部分，一方面负责计算电机的转速，另一方面将计算得到的转速

与设定转速相比较，经过计算处理，得到相应的控制信号，并将该信

号输入到电机驱动电路从而控制电机转速。通过键盘可以设定工作模

式<通过输入设定转速，单片机自动控制电机转速，使其接近设定

值）设定转速。由单片机检测哪一个按键按下，实现设定值的修改，

并通过NOKIA5110实时显示设定值以及测的转速。

3.2系统框图：

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四硬件设计

4.1控制器

用MSP430为控制器，对传感器的输出信号测频计数，将测得数据显

示在液晶NOKIA5110上。单片机通过一系列的数据处理并发出

控制转速的信号。

4.2电机速度采集电路设计

4.2.1方案论证方案一：采用干簧管构成电机转速采集模块电路。方案

二：采用反射式光电耦合器构成电机转速采集模块电

路。

方案三：采用凹槽型光电开光作为电机转速采集模块电

路。

因为考虑到电机转速采集模块安装方便，易于调试。故采

5/13
用方案三作为直流电机转速采集模块电路。

4.2.2方案设计
在本系统中因为要将电机本次采样的速度与上次采样的速度进行
比较，通过偏差进行PID运算，因此速度采集电路是整个系
统不可缺少的部分。本次设计中应用了比较常见的光电测速
方法来实现，其具体做法是将电机轴上固定一圆盘，且其边
缘上有N个等分凹槽如图<a）所示，在圆盘的一侧固定一
个发光

二极管，其位置对准凹槽处，在另一侧和发光二极光平行的
位置上固定一光敏三极管，如果电动机转到凹槽处时，发光
二极管通过缝隙将光照射到光敏三极管上，三极管导通，反
之三极管截止，电路如图<b）所示，从图中可以得出电机每
转一圈在P3.3
的输出端就会产生N个低电平。这样就可根据低电平的数量
来计算电机此时转速了。例如当电机以一定的转速运行时，
P3.3将输出如图<c）所示的脉冲，若知道一段时间t内传
感器输出的低脉冲数为n，则电机转速v=r/s。

R2

Ω
470P3.3

发光二极管圆盘光敏三极管

（a>（b>

电机速度采集方案

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（c>传感器输出脉冲波形