51单片机直流电机测速Proteus仿真

今天准备分享的仿真是基于51单片机的直流电机测速Proteus仿真。仿真是在Proteus7.7软件下创建的，有需要的小伙伴下载后可以使用比7.7高的版本打开仿真源文件。

接下来上仿真静态图。

仿真电路图

老规矩首先还是分析一下电路。该仿真使用L298来驱动直流电机。L298N是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，与L293D的差别是其输出电流增大，功率增强。其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N的实物图是长这个样子的。

L298N

从仿真中具有电机驱动芯片可以看出来，这个仿真不但可以测速，还可以控制电机的转速。那剩下的部分就是人机交互接口了。显示部分使用的是PG160128A，液晶显示点阵是160X128的，可以显示更加丰富的内容。仿真中的输入设备为4X4矩阵键盘。剩下的就是虚拟示波器等测量工具。仿真电路很简单，接下来运行仿真看一下动态效果。

动态仿真

上电以后显示屏上介绍了该如何操作仿真进行测量。

显示器显示内容

仿真驱动部分

仿真可以控制电机正反转及PWM调速。这一部分使用的是单片机的P1.0和P1.1引脚。其中P1.0引脚主要作用是控制直流电机的正反转。仿真中P1.0引脚与L298的一个输入端口相连，同时该引脚经过反相器后去另外一个输入引脚相连，与输入引脚相对应的输出引脚直接与电机的电源相连，这样通过改变P1.0的状态就可以实现直流电机正反转的控制。而P1.1脚L298的A通道使能端口相连，该仿真中通过对P1.1引脚进行通断控制实现直流电机的调速。

仿真中将直流电机的脉冲输出端口与单片机的P3.4引脚相连，该引脚是定时器0的外部输入引脚。显示软件部分是使用定时器0完成的计数功能。仿真测得的转速与实际转速还是比较接近的。整理来说仿真效果还是不错的，仿真运行也是比较流畅的。

最后贴一下程序截图。程序使用的是KEIL C51UV2创建的工程，可以使用高一点的版本打开。主要包括两个部分，一个是主程序部分，一个是显示驱动部分。程序比较简单，不复杂，但是注释部分较少，有需要的小伙伴可以下载参考。

部分程序

如果有需要该仿真和程序的朋友可私信。该仿真源于网络。

基于51单片机的电机测速及显示系统设计

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本设计是基于 51 单片机的电机测速与显示系统，主要方案是利用 STC 公司推出的8051内核单片机作为系统的控制单元，用单片机内部的定时器功能生成 PWM 信号，对电机进行调速控制；用 PCA 模块进行电机转速的反馈。电机采用直流电机，转速反馈用霍尔传感器，当电机旋转后，根据霍尔效应，霍尔传感器会根据转速线性输出脉冲，用单片机进行脉冲捕获，根据恒定时间内脉冲捕获的数量得到电机的转速信息，霍尔传感器的 AB 相位差得到电机的转向。电机的驱动与控制采用双 H桥电路控制，系统的输入电源是 12V 直流电，经过开关型稳压器得到 5V 电，供给单片机与电机驱动芯片的逻辑参考电压，当单片机向电机驱动输出可变的 PWM 信号时，电机会根据当前的 PWM 信号进行转速的调节。经过理论分析与实物的制作，电机转速能够按照目标设定值进行运转，当电机负载发生变化时，电机也能根据扰动量变化实时调节转速大小，不仅强化了微机与电路的设计知识，而且对动手能力也有很大的提升。

主要研究内容

进行系统建模。根据系统的物理模型，得到系统的微分方程，然后进行拉普拉斯变换，得到传递函数，将时域转换成复数域然后分析系统的稳定性。加入 PI 校正网络，改良系统的暂态与稳态性能，将系统的稳态误差控制在一定的范围内，使电机转速和预设的靠近。当理论分析能够实现目标要求后，将传递函数进行 Z 变换，使其能够在单片机这种的纯离散系统中能正确实现[6]。

以 STC12C5A60S2 单片机作为控制单元，通过编写 C 语言程序，配置内部寄存器使其能够实现控制功能。由于 STC12C5A60S2 属于离散型控制器，需要将传递函数进行 Z 变换，然后将修正后的 PID 计算公式让单片机能够正确反应，从而实现精准控制。

按照需求，设计电路原理图，然后根据原理图绘制 PCB。使系统能够按照预期工作，从而实现目标功能。本设计针对电机测速与显示系统实现，利用自动控制原理与微处理器应用技术相结合，完善自身的理论分析与动手能力，拓展眼界。

系统设计框图如所示：