本系统要求用单片机的输出脉冲来控制风扇转速。但是单片机的脉冲是数字信号，而控制直流电动机的必须是模拟信号，因此首先需要将数字信号转化为模拟信号。考虑到这一点首先想到的是D/A数模转换器，但是无论是串行的还是并行的D/A转换器都需要单片机多口输出一对一的二进制码来代表电压，这与本系统的设计方法不符。在数模转换中另一常用的仪器便是晶体管器件，对于小功率系统来说最常用的便是光电耦合器。直流电动机的驱动电路如图2.5所示，通过在光电耦合器二极管负端输入低电平的方式来驱动光电耦合器，进而驱动NPN型达林顿管（本系统采用了TIP122达林顿管），使达林顿管导通，电动机接地，电动机在12V的电压下开始旋转。用PWM形式进行斩波调压，通过改变加在风扇上的电机电枢平均电压进行直流电动机的单向调速。光电耦合器件选用晶体管输出型（4N25）。对于小功率的研究对象来说，也可以不用光耦，而改用7407与门芯片来驱动达林顿管，不过干扰的影响势必加大，这将加重软件的负担。
由于电动机里有电感，所以最好在电动机两端接一个续流二极管，将停止后的电动机里的电流续流掉，以防止它损坏仪器。
（2）参数的计算：
光电耦合器的输入端是发光二极管，不可能承受5V的电压，因此需要加一个限流电阻。一般的二极管1到10mA电流都可以承受，而二极管的导通电压一般为0.7V，通过算式（5-0.7）/0.01可得需要430Ω的电阻，系统选用的是560Ω电阻。
光电耦合器的接收端为NPN型的三极管，三极管的电阻不导通时很大，一般在发射极加一个远小于三极管电阻值的电阻，系统选用3K电阻。若此时VDD用的是+5V的电压，集电极可不接任何电阻，若三极管导通，+5V的电压将全加到R2上，

在设计开始阶段，由于对自己要做的系统不是很了解，因此查找的资料很多且很杂。在基本了解系统后，问题变的清楚起来。除了测速电路部分，其它资料都很好找。考虑到经济因素，测速部分的传感器我一开始就定为红外对管（若用霍尔传感器，控制效果肯定更好），虽然红外线传感器的资料很多，但是关于红外对管的资料却很少。在查找大量资料后，我只是知道发射端为二极管而接收端为三极管，不过根据这些，我仍然成功的设计出测速电路。至于最小系统板和调速电路，通过查找资料，对它们的认识比较充分，不过都是零散的，要设计出电路，就必须对它们进行综合和简化，这也是一个繁杂的过程。
硬件设计阶段是最难设计的阶段，为了便于调试，开始时就将本系统电路分为三个部分两个板。对于前后向通道我都力所能及的先在电模板模拟了一下，由于设计经验上的不足，开始时红外对管模拟时完全不起作用，原因在于当时以为发射管和接收管是面对面发射和接收的，其实应该头对头的信号传递。对于干扰的影响，本人做了一些预防措施，但是由于缺乏经验，考虑明显不足。由于低频示波器显示的测速部分输出信号是非常标准的，我认为干扰没有多大影响，所以未对测速电路实行任何硬件滤波的措施，以至于后来在处理这个问题时比较棘手。
本系统的软件设计比硬件设计复杂的多，由于没有经验且考虑不足，最初准备将PWM输出和数码管键盘扫描放在一个中断里，而用另一个中断进行测速，后来发现这种设计不可能完成（PWM输出必须单独放在一个定时中断里，否则程序将非常复杂，而且定时计数器也不够），当时也想扩展系统的硬件，使系统有充足的定时计数器，不过后来放弃了这种想法，设计了用外中断和定时器0测速，定时器1PWM输出，键盘和数码管扫描放在主程序中的设计方式来解决所有问题，当然这种设计也有弊病（属入设计性障碍），就是采样时间的不稳定及时间较长的问题。关于单片机的起始电平问题也很伤脑筋，我发现8031单片机在只加+5V电源的情况下，P1口输出的是低电平（用万用表测），而89S51在起始状态下P1口有时为高电平，有时为低电平，为了使之不影响系统的运行，在程序中开始阶段我便使P1口输出高电平（低电平有效）。另外系统的起始速度是另外的难点，解决方法是使系统由最大速度开始调速，而不是从零速开始调速。

目录
引言 1
1.总体设计 1
1.1直流电机调速原理  2
1.1.1直流电机调速方法2
1.1.2直流电机的驱动2
1.2 PWM的介绍2
1.2.1 PWM调速原理2
1.2.2 PWM控制信号产生方法3
1.2.3 PWM脉宽调制方法4
1.3直流电机与单片机接口4
1.4红外对管与单片机接口4
2.硬件电路设计5
2.1 主要硬件介绍5
2.1.1 AT89S51单片机 5
2.1.2 LED数码管 7
2.1.3 键盘接口技术7
2.1.4 光电耦合器（4N25）8
2.1.5 NPN型达林顿晶体管TIP1229
2.1.6 红外对管 10
2.1.7 7400与非门芯片 10
2.1.8直流风扇10
2.2硬件电路详细设计11
2.2.1系统总的方框图11
2.2.2调速电路的设计11
2.2.3测速电路的设计12
2.2.4单片机最小系统的设计13
2.2.5预防干扰的设计14
3.软件设计14
3.1软件设计中的关键技术14
3.1.1参数的选择14
3.1.2 采样 15
3.1.3 数字滤波 16
3.1.4 PID算法17
3.2软件详细设计19
3.2.1软件的功能19
3.2.2采样测速信号设计方案19
3.2.3速度的计算20
3.2.4电机(风扇)控制设计22
3.3 软件流程图 22
4.系统调试23
4.1调试仪表23
4.2硬件调试23
4.2.1最小系统板23
4.2.2测速电路23
4.2.3调速电路23
4.3软件调试23
4.4总体调试24
5.调试结果25
6.结论25
谢辞28
参考文献29
附录30