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基于单片机的直流电机调速系统设计

52
2020年4月19日
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毕业设计(论文)

基于单片机的直流电机调速系统设计
Dc motor speed control system design based on single chip microcomputer

学生姓名
李亚妮
学院名称
信电工程学院
专业名称
电子信息科学与技术
指导教师
田大伟

5月
25日

摘要
本课题是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电动机的控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式以及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面的阐述。
为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89S52单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示，驱动模块，实现对电动机的转速的显示和测量；由命令输入模块，光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序的控制下，不断给H型驱动电路发送PWM波形，使完成电机的正反转控制。在设计中，采用PWM调速方式，经过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大的简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

关键词AT89S52单片机；PWM基本原理；H型驱动电路

Abstract
This topic is on the research of the dc motor PWM speed controller design, the main implementation of the control of the motor so in the design, principle of dc speed control, dc speed control and speed control characteristic, the basic principle of PWM and implementation approach are comprehensively described.
For the realization of the system of microcomputer control, in the design, adopted AT89S52 single chip microcomputer as the core part of the whole control circuit of the control system, match with all kinds of display, driver module, realize display and measurement of the rotational speed of the motor; By the command input module, photoelectric isolation module and H driver module.Adopt independent type keyboard with interruption as command input, monolithic integrated circuit under the control of the program, constantly send H drive circuit PWM waveform, the complete motor and reversing control in the design, using PWM speed control mode, by changing the PWM duty cycle to change the armature voltage of the motor, and then realize to the speed of the motor.On the design of the whole control system, the hardware structure by a large number of integrated circuit module, greatly simplify the hardware circuit, improve the stability and reliability of the system, improve the performance of the whole system

Keywords AT89S52 single chip microcomputer Pulse Width Modulation Basic principle H drive circuit

目 录
1 绪论 6
1.1 单片机简介 6
1.2 选题的目的和意义 8
1.3 研究背景与方法 8
2硬件系统设计 9
2.1 技术基础 9
2.1.1直流电机的结构 9
2.1.2直流电机的工作原理 10
2.1.3 直流电机的主要的技术参数 10
2.1.4 直流电机的调速的技术指标 10
2.2 系统总体方案设计 11
2.3 硬件系统设计 12
2.3.1 控制电路的设计 12
2.3.2 PWM驱动模块电路的设计 12
2.3.3 光电开关测速部分电路的设计 13
2.3.4 电机控制正反转电路设计 14
2.3.5 数码管显示设计 15
2.3.6 整个电路原理图 16
3 软件系统设计 17
3.1 主程序设计 17
3.2 按键控制程序设计 19
3.3 PWM软件程序设计 19
3.4 数码管显示程序设计 20
4 系统功能调试 21
4.1 调试软件介绍 21
4.2 软件设计与功能 22
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录 27
附录1硬件实物图 27
附录2 元件清单 28
附录3 源程序代码 29

1 绪论
1.1 单片机简介
单片机是单片微型计算机的简称，是指在一块半导体芯片中集成有中央处理器、存储器、基本I/O接口以及定时/计数器等必要部件的完整的微型计算机。
单片机技术作为计算机技术的一个分支，广泛地应用于工业控制、智能仪器仪表、机电一体化、家用电器、智能玩具等各个领域，极大地提高了相关产品的智能化程度和技术水平，已经成为当今社会十分重要的技术。单片机具有体积小、集成度高、可靠性强、功能全、性价比、重量轻、运算速度快等诸多优点，利用单片机能够较方便地构成控制系统。
如果说C语言程序设计课程设计的基础课，那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点，成为工科学生硬件设计基础课。本课题中采用芯片AT89S52，其是一款低功耗空闲、低电压、掉电模式、高性能CMOS的8位单片机，片内含8KB（可经受1000次擦写周期）的FLASH可编程可重复擦写的只读程序存储器（EPROM），器件采用CMOS工艺和ATMEL公司的高密度，与MCS-51系列单片机兼容，可方便的应用在各个控制领域。AT89S52管脚图见图1-1。

图1-1 AT89S52管脚图
P0.7---P0.0：8根I/O线，每根线能够单独做输入或者输出。单片机内部有Flash内存，P0口能够作为通用I/O口，此时控制端为低电平，转换开关MUX把输出级与锁存器的
Q端接通。在I/O模式下作为输出口使用时，P0口外接上拉电阻，否则P0口无法输出高电平。在I/O模式下作为输入口使用时，在输入操作前向端口写“1”。输出级两个场效应管均截止，能够作为高阻抗输入，经过三态输入缓冲器读取引脚信号，从而完成输入操作。P0口可作为低8位地址/数据复用总线使用。
P1.7---P1.0：P1口是一个内部有上拉电阻的准双向口，作通用I/O口使用。P1口作为输出口使用时，已能向外提供推拉电流负载，无需再外接上拉电阻。P1口作为输出口使用时，和P0口一样，须将“1”写入锁存器，场效应管T2截止。
P2.7---P2.0：P2口作为通用I/O口使用时，是一个准双向口。P2口作为高8位地址总线口使用时，用于输出高8位地址A15~A8，和P0口引脚的第二功能相配合，但不能像P0口传送存储器的读写数据。
P3.7---P3.0：作为第一功能使用时功能同P1口，第二功能是系统具有控制功能的控制线。
VCC为+5V电源线，GND为接地线。
ALE/地址锁存允许/编程脉冲：在访问片外存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址。在对Flash内存编程时，这条引脚用于输入编程脉冲PROG。一般情况下，ALE是振荡器频率的6分频信号，可用于外部定时或时钟。但在每次存取外部数据存储器的过程中，会跳过一个ALE脉冲。在单片机处于外部执行方式时，对ALE屏蔽位置“1”并不起作用。
/VPP：外部程序存储器访问允许端/编程电源线，能够控制8051使用片内ROM还是片外ROM。如果=1，那么允许使用片内ROM；如果=0，那么允许使用片外ROM。
XTAL1和XTAL2：接外部晶体的两个引脚，XTAL1是构成片内振荡器的反相放大器的输入端，XTAL2是构成片内振荡器的反相放大器的输出端。若采用片内的振荡电路，在XTAL1和XTAL2间连接一个石英晶体或陶瓷谐振器，若连前者，C1、C2的取值范围为22~33pF；若连后者，C1、C2的取值范围为40~47pF。
1.2 选题的目的和意义
直流电动机的起动、制动性能好，适合平滑调速于大范围内，广泛应用于许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中。从控制的这一层面来看，交流拖动系统以直流调速为基础。早期，模拟电路是直流电动机的控制的基础，由运放、不是线性的集成电路和少量的数电构成，控制系统的系统部分非常不灵敏、调试很难，而且硬件部分非常不简单，功能较单一，在推广直流电机控制技术的运用范围及其发展的方面受到了阻碍。因为单片机芯片技术日新月异，采用软件技术能够来完成许多控制及算法功能，使直流电机的控制灵活性得到了更大的提高，并使系统性能更好。采用单片机构成控制系统，可节约人力资源，降低系统成本，提高工作效率。
传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，可是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，而且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。
当前，直流电动机调速系统已经由数字化向实用化慢慢转变，随着电子技术的快速发展，促使直流电机调速逐步由模拟化转变为数字化，特别是因为单片机技术的普及，使直流电机调速技术又上升到一个新的阶段，其发展更趋于智能化、高可靠性。
1.3 研究背景与方法
现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，当前在直流电动机拖动系统中取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，而大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统。与交流电机相比，直流电机调速基本原理是比较简单的，经过改变电机的电压就能够改变转速了。改变电压的方法很多，本设计中使用最常见的一种，即PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就能够控制电机的平均电压，控制转速。
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，经过PWM方式控制直流电机调速的方法。PWM控制技术因为控制简单、灵活和动态响应好的优点，因此成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，成为人们研究的热点。
设计的功能主要包括：
1) 直流电机的正转；
2) 直流电机的反转；
3) 直流电机的加速；
4) 直流电机的减速；
5) 直流电机的转速在数码管上显示；
6) 直流电机的启动；
7) 直流电机的停止；

2硬件系统设计
2.1 技术基础
2.1.1直流电机的结构
直流电机的结构组成分定子和转子两大部分。定子指直流电机运行时不运动静态的部分。转子指直流电机运转的部分。直流电机的结构见图2-1。

图2-1 直流电机结构图

2.1.2 直流电机的工作原理
磁极N,S间装着一个能够转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面固定着线圈abcd。当线圈流过电流的时候，线圈受到电磁力的作用，产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受力方向也将改变，因此经过改变线圈电流的方向实现改变电机的方向。直流电动机电路模型见图2-2。
2.1.3 直流电机的主要的技术参数
额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。
额定电压Ue：长期运行的最高电压。
额定电流Ie：长期运行的最大电流。
额定转速n：单位时间里面电机转速的快慢。
励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。

图2-2 直流电动机电路模型
2.1.4 直流电机的调速的技术指标
1）调速范围：指最低可控转速到最高可控转速的范围，最低可控转速对最高可控转速的比值，叫电机的调速比。本课题的调速范围为0~120转/秒。
2）相对稳定性：指负载转矩在给定的范围里面变化所引起的速度的变化，它决定于机械特性的斜率。
3）静差度（又称静差率）是指当电动机在一条机械特性上运行时，由理想空载到满载时的转速降落与理想空载转速n0的比值。静差度的公式见式（2.1）。
式（2.1）
在一般的情况下，取额定转矩下的速度落差，静差度的公式见式（2.2）。

式（2.2）
式中 ——表示静差度；
4）调速的平滑性：是在一定的调速范围内，相邻两极速度变化的程度，平滑系数的公式见式（2.3）。
式（2.3）
式中和相邻两极，即i级与i-1级的速度
5）调速时的容许输出：是指电动机在得到充分利用的情况下，在调速的过程中轴能够输出的功率和转矩。
2.2 系统总体方案设计
单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。
系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并经过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。
键盘向单片机输入相应控制指令，如单片机经过P1.3输出与转速相应的PWM脉冲，P1.4输出低电平，经过信号放大、光电开关、驱动H型桥式电动机控制电路，进而控制电动机转向与转速。反之亦然。数码管显示电动机的运转状态。正转时最高位显示“C” ，其它三位为电机转速；反转时最高位显示“A”，其它三位为电机转速。每次电动机启动后开始显示，停止时数码管显示出“C000”。
总体设计方案的硬件部分详细框图见图2-3。

单片机（速度的测量计算、输入
设定及系统控制）

单片机（
PWM模拟发生器）
电机
速度采集电路
电机驱动电路
键 盘
显示器

图2-3 硬件部分详细框图
2.3 硬件系统设计
2.3.1 控制电路的设计
控制电路主要由单片机来控制，编写一段程序使单片机发出的PWM脉冲来实现对驱动的控制。新一代的单片机增加了很多的功能，其中包括PWM功能。单片机经过初始化设置，使其能自动的发出PWM脉冲波，只有在改变占空比的时候CPU才干预。当有按键按下时，电机转动。
2.3.2 PWM驱动模块电路的设计
电动机PWM驱动模块的电路设计与实现具体电路见下图。本电路采用的是基于PWM原理的H型桥式驱动电路。电路图见图2-4。

图2-4 PWM驱动模块电路图
PWM电路由复合体管组成H型桥式电路构成，四个部分的晶体管，以一个对角的组合被分成两组：根据两个输入端的低高电平，决定晶体管导通与截止。4个二极管在电路中的作用是防止晶体管产生反向电压，防止电动机两端和晶体管上的电流过大，起保护电路的作用。
在实验中的控制系统电压统一为5v电源，因此若复合管基极由控制系统直接控制，则控制电压最高为5V，且由于三极管本身压降，结果加到电动机两端的电压差不多只有4V，严重削弱了电动机的驱动力。综合上述，我们运用了itr-9608光耦集成块，隔开控制部分与电动机的驱动部分。输入端各经过一个三极管增大光耦的驱动电流；电动机驱动部分经过外接12V电源驱动。这样不但使各系统模块之间的隔离度增加，也大大的增强了驱动电流。
在电动机信号驱动这一层面，我们采用周期矩形信号控制，周期矩形信号的特点是占空比可调。脉冲频率是电动机转动速度的影响因素，脉冲频率越高，带负载能力就越差，但连续性越好，反之亦然。经实验发现，当电动机转动很平静时加负载后，速度明显下降，速度很低时甚至会停止转动；在脉冲频率低于10Hz这一情况下，电动机跳动现象明显。而具体使用的频率可随着个别电动机性能在此范围内调节。经过PWM2输入高电平信号，PWM1输入低电平，电机正转；经过PWM2输入低电平信号，PWM1输入高电平，电机反转；PWM1、PWM2同时为高电平或低电平时，电机不转。经过对信号占空比的调整来对电机转速进行调节。
由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若忽然将电流切断将在功率管两端产生巨大的电压，损坏器件。我们应用二极管来续流，利用二极管的单向导通性。二极管的选用必须要根据PWM的频率和电机的电流来决定。二极管要有足够迅速的恢复时间和足够的电流承受能力。
为保护芯片而加上续流电路，其电路原理图见图2-5。

图2-5 续流电路原理图
2.3.3 光电开关测速部分电路的设计
红外测速部分，R6用来限制发射二极管的电流。发射管的电流大则发射功率大，但不能超过它的极限电流，它的极限输入正向电流为50mA。红外测速原理图见图2-6。

图2-6 红外测速原理图
2.3.4 电机控制正反转电路设计
H桥部分控制电路设计：
知道经过调节直流电机的电压能够改变电机的转速，可是一般我们设计的电源大都是固定的电压，而且模拟可调电源不易于单片机控制，数字可调电源设计麻烦。因此这里用脉宽调制（PWM）来实现调速。方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们能够经过占空比实现改变有效电压。一般用软件模拟PWM能够有延时和定时两种方法，延时方法占用大量的CPU，因此这里采用定时方法。
电路因它的形状酷似字母H，因此叫“H桥驱动电路”。电机是字母H中的一横，而4个三极管组成字母H的上下左右的一竖（注意：图2-7，图2-8,图2-9只是示意图，画出大概，没有画出三极管的完整的驱动电路图）。从图中看出，H桥直流电机驱动电路包含2个NPN三极管、2个PNP三极管和一个电机。当Q1和Q4或者Q3和Q2都导通时，电机才会运转。根据第二对或第一对三极管的导通情况，电流会从右至左或者从左至右流过电机，从而控制电机的转向。典型的直流电机控制电路见图2-7。

图2-7 H桥驱动电路图

电机要想实现运转的功能，必须使对角线上的两个三极管导通。
例如，如图2-8所示，当Q4管和Q1管导通时，电流就从VCC正极出发，从左至右的方向，经Q1穿过直流电机M，再经Q4流回VCC负极。如图所示，直流电动机顺时针转。H桥驱动直流电动机顺时针转动图见图2-8。

图2-8 H桥电路驱动电机顺时针转动
同样道理，如图2-9所示，当Q2管和Q3管导通时，电流就从VCC正极出发，从右至左的方向，经Q3穿过直流电机M，再经Q2流回VCC负极。如图所示，直流电动机以逆时针的方向转。H桥驱动直流电动机逆时针转动图见图2-9。

 图2-9 H桥驱动电机逆时针转动

2.3.5 数码管显示设计
LED数码管（Light Emitting Diode）是一种固态的半导体器件，能够直接把电转化为光，经过对其不同的管脚输入相正确电流，会使其发亮，从而显示出数字。能够显示：时间、日期、距离等能够用数字代替的参数。
数码管实际上是由7个发光管加上小数点组成8字形，将8个发光管分别记作a,b,c,d,e,f,g,h。按能显示“8”的个数可分为1位、2位、4位等等数码管，本设计采用四位一体的共阳极LED，即把4个LED的阳极接到一起，接+5V电源，当某一字段发光单元的阴极为高电平时，相应字段就不亮；当某一字段的阴极为低电平时，相应字段就点亮。常见LED显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。
动态驱动是连接所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端，另外，为每个LED的公共极COM增加控制电路，而且经过相互独立的I/O线控制位选通电路，当单片机的P2口输出字时，所有LED会收到相同的字，单片机对P0位选通COM端电路的控制决定哪个数码管会显示出结果，因此我们只要打开需要显示的数码管的选通控制，该位就显示出字形，而没有打开选通控制的数码管就不亮。经过不同时刻依次控制各个LED的COM端，就轮流受控显示各个数码管，这就是动态驱动。
在本设计中采用了四位七段数码管，用动态驱动来显示数值，因为单片机的输出端口输出的电流小，点亮数码管的能力不大，因此需要采用三极管放大输出电流，此次三极管采用的是C9012，显示设计电路图见图2-10。

图2-10 显示设计电路图

2.3.6 整个电路原理图
整个电路原理图见图2-11。

图2-11 整个电路原理图
3 软件系统设计
3.1 主程序设计
系统主程序流程图见图3-1。

系统初始化
是否有按键按下
开始
按键处理

结束
Y
N
电机转动
光电开关测速
数码管显示

图3-1 主程序流程图

本系统编程部分工作采用KELI-C51语言完成，采用模块化的设计方法，与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口，完成键盘输入、按键识别和功能、PWM脉宽控制和数码管显示等部分的设计。单片机资源分配表见表3-1。
P0
显示模块接口
键盘中断
P1
键盘模块接口
P1.3/P1.4
PWM电机驱动接口
系统时钟

表3-1 单片机资源分配表

3.2 按键控制程序设计
共4个按键，分别为加速键、减速键、正反转键、复位键，手动按不同的键，电路实现不同的功能。按键控制流程图见图3-2。

图3-2 按键控制流程图
3.3 PWM软件程序设计
经过控制总中断使能EA控制电机的开关，同时使能对红外对接头输出的方波在单位时间内脉冲个数的计数。其中定时器T0,T1分别对脉冲的宽度、红外对接头输出的脉冲数对应的1秒时间定时。对脉冲宽度的调整是经过改变高电平的定时长度，由变量PWM_ON控制。变量K1、 K2 、K3分别实现电机的加速、减速、正反转。
PWM程序流程图见图3-3。
K1/K2/K3是否按下
数据初始化
调整PWM波占空比/转向
复位键是否按下
电机停止转动
开始
结束
Y
Y
N、
N

图3-3 PWM流程图
3.4 数码管显示程序设计
按键按下后，直流电机的转速经过数码管显示出来，并根据数据的变化，变化显示。流程图见图3-4。

数据初始化
是否有键按下
按键释放检测
数据显示
N
N
Y
Y
开始
结束

图3-4 数码管程序流程图

图3-4 数码管显示流程图

4 系统功能调试
4.1 调试软件介绍
Protel99SE是一种EDA设计软件，应用于Windows9X/ /NT操作系统，能够进行联网设计，采用设计库管理模式，数据交换能力和开放性及3D模拟功能很强。Protel 99SE 由（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）两大部分组成。其中电路原理图设计由电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）两部分组成。按照系统功能来划分，Protel99se主要包含6个功能模块：电路工程设计部分、印刷电路板设计系统、自动布线系统、电路模拟仿真系统、可编程逻辑设计系统、高级信号完整性分析系统。
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4.2 软件设计与功能
1）直流电机调速功能：运用PWM脉宽调制原理。PWM（脉冲宽度调制）是经过控制固定电压的直流电源开关频率，进而改变负载两端的电压，进而实现直流电动机的调节速度的功能。
在PWM脉宽调制的驱动系统中，按一个特定的频率来断开和接通电源，而且要求不同，断开和接通电源的时间不同。为达到调节平均电压的目的，能够经过改变电压的“占空比”这一方法，从而来控制电动机的转速,本设计中占空比为0%，10%，40%,70%,100%。也正因为如此，PWM又被称为“开关驱动装置”。PWM方波图见图4-1。

图4-1 PWM方波
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。
由上面的公式可见，当我们改变占空比D = t1 / T时，就能够得到不同的电机平均速度Vd，进行调速。严格来说，平均速度Vd 与占空比D并非严格的线性关系，可是在一般的应用中，我们能够将其近似地看成是线性关系。
PWM波能够由具有PWM输出的单片机经过编程来得以产生，也能够采用PWM专用芯片来实现。当PWM波的频率太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中，当PWM波的频率在18KHz左右时，效果最好。在本系统内，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行计数器4040组成了PWM信号发生电路。
2）直流电机测速功能：运用光电红外槽型开关来测直流电机转速。光电开关（光电传感器）全称是光电接近开关，它是利用遮挡或反射光束，经过同步回路选通电路，检测物体有或者无。物体不但仅是金属，可检测所有能反光体。在发射器上，输入的电流变为光信号，光电开关射出此信号，接收器根据接收光线的有无或强弱探测目标体。
光电开关分三部分，分别为发射器、接收器、检测电路。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于激光二极管、发光二极管（LED）、半导体光源及红外发射二极管。不间断地发射光束，或者改变脉冲宽度。在发射中多次选择受脉冲调制的光束辐射强度，朝着目标不间接地运行。接收器由光电二极管或光电池、光电三极管构成。在接收器的前面是光学元件如透镜和光圈等。在接收器的后面是检测电路，它能滤出有效信号，且应用该有效信号。另外，光电开关结构中还有三角发射板和光导纤维这两个元件。反射板是一种发射装置，结构牢固，组成：三角锥体反射材料，能够从反射板中准确地返回光束，具有实用意义。它能够在与光轴0至25的范围内改变发射角，使光束几乎是从一根发射线在反射后，从这根反射线返回。
光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动，驱动器的输出状态也不会受到影响，从而可使光电开关保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还能显示受光状态、稳定工作区，达到随时监视光电开关的工作的目的。
本课题中使用的光电开关是以光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的器件，当它发出的光被被检测物体反射或阻断时，则接收器反应出相应的电信号。它包含调制光源，光学系统、放大器、开关或模拟量输出装置（由光敏元件等组成）。光电式传感器由光发射器和收光器组成，两者独立且相对放置。当目标经过光发射器和收光器中间，并阻断光线时，传感器输出信号。槽形（U形）光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光轴。其工作原理见图4-2 。

图4-2 光电传感器原理图

结论
经过本次毕业设计，我学到了许多书本上无法学到的知识，也深刻领会到单片机技术应用领域的广泛。不但巩固了我学过的单片机知识，同时对单片机这门课产生了很大的兴趣，在毕业设计之中，体会良多，受益匪浅。
在程序编写的过程中，出现了很多问题，包括按键子函数、PWM信号发生电路的控制、以及速度数据采集等问题，虽然问题不是特别大，可是也花费了我很多时间，在解决这些问题的时候，我不断向老师和同学请教，希望能经过大家的一起努力把软件编写的更完整，让系统的功能更完备。经过多天的努力探索，也经过老师的指导，大部分问题都已经解决，就是程序还是不能实现应该实现的功能，这让我很茫然。后来经过我一点一点的耐心调试，并认真总结，发现了问题，其实在编写中断处理程序时出现了错误，修改后即可实现直流电机调速的目的。总结这次软件调试，让我认识到了做软件调试的基本方法与流程：
（1）认真检查源代码，看是否有文字或语法错误
（2）逐段子程序进行设计，找出错误出现的部分，重点排查
（3）找到合适的方法，仔细检查程序，分步调试直到运行成功

致谢
这次毕业设计，凝结了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有她们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。
首先，我要特别感谢田老师对我的悉心指导，在毕业设计期间田老师指导我、帮助我收集文献资料，理清设计思路，完善操作方法，并对我所做的设计提出有效的改进方案。老师渊博的知识、严谨的作风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神让我受益终生。作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。因此，特别需要感谢田老师给予耐心细致的指导，在此，再一次向田老师以及关心帮助我的教师同学表示最诚挚的谢意！
其次，学校在这方面也给我们提供了很大的支持和帮助，学校领导比较重视，每个设计小组配有专门的指导老师，帮助我们能顺利完成整个设计。对于学校和老师为我的毕业设计所提供的极大帮助和关心，在此我致以衷心的感谢！
最后，还要感谢同学四年来对我的关心与支持，感谢各位老师在学习期间对我的严格要求。同时也要感谢身边朋友的热心帮助，没有你们的关心与支持，我不可能这么快完成我的毕业设计！这几个月的岁月是我学生生涯中最有价值的一段时光，也将会成为我以后永远的美好的回忆，在这里有治学严谨而不失亲切的老师，也有互相帮助情同骨肉的同学，更有和谐、融洽的学习生活氛围，这里将是我永远向往的地方。借此论文之际，我想向所有人表示我的最诚挚的谢意，愿我们将来都越来越好。

参考文献
[1]张友德等.单片机原理应用与实验[M].复旦大学出版社1992.
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[3]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，
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[6]陈锟.基于单片机的直流电机调速器控制电路[J].中南民族大学学报(自然科学版)， .9.
[7]李维军.基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[M].国防工业出版社 .9
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[13] 潘新民．《微型计算机控制技术》．北京：电子工业出版社，

附录
附录1硬件实物图

附录2 元件清单

附录3 源程序代码
/****************************************************

========= 直流电机控制+速度显示 ==========

****************************************************/

#include<reg52.h> //头文件
#define uchar unsigned char //宏定义
#define uint unsigned int
#define CYCLE 10 //定义PWM的周期T为10ms
uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0Xff,0xc6,0x88};//0-9 R 共阳数码管段选数据
/***************************************************
端口定义
***************************************************/
sbit PWM1=P1^4; //PWM输出口1（电机正转）
sbit PWM2=P1^3; //PWM输出口2（电机反转）
sbit K1=P1^0; //加速
sbit K2=P1^1; //减速
sbit K3=P1^2; //正反转
//sbit W1=P2^3; //数码管位选
/*******************