直流电动机控制课程设计总结报告
南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
微机原理及应用B课程设计任务书
201*－201*学年第2学期第19周－19周
题目直流电机控制内容及要求内容：设计一直流电机控制系统，实现对电机的正转，反转和速度控制要求：1、用proteus画出原理图；2、用c语言或汇编编写程序；3、实现对电机的正转，反转和速度控制进度安排1、方案论证0.5天2、分析、设计、调试、运行4天3、检查、整理、写设计报告、小结0.5天学生姓名：5组（组长：25盛夏；组员：23彭亚彬，24阮水盛，26陶志鹏）指导时间201*年6月27日至201*年7月1日任务下达201*年6月27日任务完成指导地点：F楼613室201*年7月1日考核方式1.评阅2.答辩3.实际操作□4.其它□指导教师郭亮系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
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目录
摘要..................................................................................................................................................3Abstract.............................................................................................................................................4一、概述...........................................................................................................................................5二、直流电机硬件电路设计及描述...............................................................................................6
2.1直流电机的结构................................................................................................................62.2直流电机的工作原理........................................................................................................62.3电磁关系............................................................................................................................72.4直流电机主要技术参数....................................................................................................72.5直流电机的类型................................................................................................................82.6直流电机的特点................................................................................................................8三、直流电机硬件电路设计及描述...............................................................................................8
3.1总体方案设计...................................................................................................................8
3.1.1设计思路...............................................................................................................83.1.2设计原理图..........................................................................................................103.2设计原理及其实现方法..................................................................................................10
3.2.1速度调节的实现..................................................................................................103.2.2转向的控制.........................................................................................................11
四、流程图.....................................................................................................................................12
五、.程序代码（C语言）....................................................................................................13六、程序代码（汇编语言）.........................................................................................................18七、收获、体会和建议.................................................................................................................24附录................................................................................................................................................25
1.本设计所需要芯片以及作用...........................................................................................252.主要参考文献.....................................................................................................................26
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摘要
随着自动控制技术与计算机科学技术的快速发展，制造业领域已大量采用计算机技术进行自动控制，这使制造业各个领域的成果，效率和质量得到大幅度提高。各种微机控制系统在基本构造上是类同的，主要由微机控制器，被控对象与接口电路（输入，输出及驱动接口电路）组成。根据被控对象的不同，微机控制系统又分为闭环控制系统（反馈控制输出信号的大小）与开环控制系统，学好“微机原理与接口技术”是掌握微机控制系统原理与技术的基础；而“微机原理与接口技术课程设计”是巩固，深化，掌握本门课程知识不可缺少的重要环节。
通过本次课程设计加深对《微机原理与接口技术》的理解和掌握。在设计程序的过程中，广泛的查阅相关资料，如各类中断的作用和调用方式,屏幕显示等等，通过实践来加深对理论知识的理解，同时将自己对这门技术的理解应用在电动机控制的设计当中，理论与实践相互融合、相互促进，提高自己的理论水平和实践能力。
关键词:微机原理；计算机控制技术；电动机控制；仿真
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Abstract
Alongwiththeautomaticcontroltechnologyandcomputerscience
technologyrapiddevelopment,manufacturingfieldhasadoptalargenumberofcomputertechnologyinautomaticcontrol,thismakesthemanufacturingvariousareasoftheresults,efficiencyandqualityhavebeengreatlyimproved.Allkindsofmicrocomputercontrolsysteminthebasicstructureissimilar,mainlyonbymicrocomputercontroller,waschargedwiththeobjectandtheinterfacecircuit(input,outputanddrivinginterfacecircuit)composition.Accordingtothecontrolledobjectisdifferent,themicrocomputercontrol
systemanddividedintoclosedloopcontrolsystem(feedbackcontrolthesizeoftheoutputsignal)andtheopenloopcontrolsystem,thelearningof"principleofthecomputerandinterfacetechnology"isamasterofthemicrocomputercontrolsystemprincipleandtechnologyfoundation;And"principleofthecomputerandinterfacetechnologycoursedesign"isconsolidated,deepening,masterthiscourseknowledgeindispensableimportantsegment.
Throughthiscoursedesigndeepenourunderstandingofthe
"microcomputerprincipleandconnectiontechnology"understandingandmastery.Inthedesignprocess,intheprocessofextensivereadingofrelatedmaterials,suchasallkindsofinterruptthefunctionandcalls,screen,andsoon,waythroughpracticetodeepenourunderstandingofthetheoryof
knowledge,andunderstandingforthesetechniquesusedinmotorcontroltheunderstandingofthetheoryandpracticeofdesign,integration,promoteeachother,improvetheirtheoreticallevelandthepracticeability.
Keywords:
Microcomputerprinciple;Computercontroltechnology;Motorcontrol;Thesimulation
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直流电机控制
一、概述
直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
为了推广直流电机在化工领域的使用，由于直流电机的功能已得到很大提高，因此更为人性化的设计势必在操作和显示方面。直流电机直流电动机调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制容易实现，并可通单片机，直流电机驱动芯片和开关元件来实现，所以本课题采用此法。同时考虑到以前的直流电机只能通过数码管来进行简单地显示转速，且不能清楚的了解其转向，而LCD液晶显示器可以弥补这一点，并且还添加一些更为人性化的提示，这是以前的数码管所不能代替的，这必将是一个新的趋势。
直流电机的主要功能非常广泛，例如：军事和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得跟踪
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等控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机，传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。
二、直流电机硬件电路设计及描述2.1直流电机的结构
直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。N－SE＋N－E＋S2.2直流电机的工作原理
直流电机电路模型，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中流过电流时，线圈受
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到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。＋UN＋SUNS2.3电磁关系直流电流交流电流电磁转矩（拖动转矩）机械负载2.4直流电机主要技术参数
直流电机的主要额定值有：
反电动势额定功率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：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位。励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。
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2.5直流电机的类型
直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。
2.6直流电机的特点
通过电刷间的电流与导体电流的性质不同；通过电刷电流为直流电流，导体电流为交变电流；电枢电势与电流反方向，称为反电势。电磁转矩的方向与电机的转向相同，为驱动转矩。作为电动机运行：在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行：用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
三、直流电机硬件电路设计及描述3.1总体方案设计3.1.1设计思路
1）.通过键盘改变脉冲的占空比从而达到改变转速使得电机转速从高
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到低，从低到高
2）.通过改变pwm的极性从而改变电机的转向，实现正反转3）.能够通过数码显示管显示电机的转速和电机的转向4）.通过启动键唯一启动电机，从而达到防止电机误启动的目的5）.能够通过键盘快速达到电机预先设定的速度和转向
备注：由于没有传感器，所以本课程设计中没有设计测速模块，所显示的速度为理论速度，并非电机的实际转速
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3.1.2设计原理图
3.2设计原理及其实现方法3.2.1速度调节的实现
通过控制L298的使能端“允许”或者“禁止”，通过改变a
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（脉冲宽度）的值，从而达到控制PWM脉冲宽度调节电机转速的目的3.2.2转向的控制
通过L298中的H桥，从AT89C51中的P1_6和P1_7输出控制信号控制BJT的基极电压，控制L298中H桥的BJT通断，从而达到控制电机转向的目的
附：A.L298的原理图
B.本设计所需要芯片以及作用AT89C51：单片机
L298：控制电机驱动和转向74L408：四与门芯片
8255A：用于扩展51端口，作显示用2803：显示缓冲用MAX239：串口通讯芯片
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四、流程图
启动NYP1_5=1,P1_4=1Y停止P1_5=0NY加速a=a+n,P1_4=0NYa>150a=150Y减速a=a-n,P1_4=0NNP1_6=0,P1_7=1,P1_4=1Ya南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
五、.程序代码（C语言）
#include#include#include#include#include
#definePAXBYTE[0x1FFF]//A口地址;#definePBXBYTE[0x3FFF]//B口地址;#definePCXBYTE[0x5FFF]//C口地址;
#defineCONXBYTE[0x7FFF]//*控制字地*/;
ucharkey=0;//定义key为全局变量uinta=100;
ucharn=5;//单次增加的步长，用于输出脉冲占空比控制uintk1=0,mn=10;//设置mn为转向标志位ucharbai,shi,ge;uintseg_code[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x98,0xff};
//0~9的七段显示代码;
/*THEMAINPROCESS*/
voidmain(){
CON=0x80;
P1_5=0;//使电机停转;
TMOD=0x15;//定时器1工作在模式1
TH1=0xFF;//定时器1的溢出中断时间为50ms；TL1=0xb0;ET1=1;
TR1=1;while(1){
key=GetKey();
/*case1~case9是预先设定的速度，方便电机直接调节到该速度，避免通过’+’键调节*/
switch(key)
{case"1":{a=10;break;}case"2":{a=25;break;}case"3":{a=40;break;}case"4":{a=55;break;}case"5":{a=70;break;}
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case"6":{a=90;break;}case"7":{a=110;break;}case"8":{a=130;break;}case"9":{a=150;break;}
case"+":{P1_4=0;control();break;}//电机加速
case"-":{control();break;}//’-‘代表减速
case"=":{P1_7=0;P1_6=1;mn=0;control();break;}//电机顺时针转
case"c":{P1_7=1;P1_6=0;mn=1;control();break;}//逆时针转
case"/":{control();}//‘/‘键按下时，电机开始转动
default:break;//不影响电机运行}}}
/*THEENDOFMAINPROCESS*/
/*THEINTERRUPTIONFUNCTION*/
voidtime()interrupt3//中断号为3，即是定时器1溢出中断{//此处是计时50ms中断一次TR1=0;//此函数用于显示速度k1+=TL0;
display(a/100,a%100/10,a%10,mn);/*if(count==51){
sprintf(s,"%04d",k1%1000);//注意sprintf的用法；//确保有四位输出
count=1;k1=0;}
display(a,bai,shi,ge);*/TH1=0x3c;TL1=0xb0;TH0=0x00;TL0=0x00;TR1=1;}
/*THEINTERRUPTIONFUNCTION*/
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/*THEGETKEYFUNCTIONWHICHWASUSEDTOGETTHEINFORMATIONFROMTHEKEY*//*行信号从P1口的低四位读进，列信号从P2口的高四位读进*/
ucharGetKey(){
P1_0=0;P1_1=1;P1_2=1;P1_3=1;P2_0=1;P2_1=1;P2_2=1;P2_3=1;
_nop_();_nop_();//适当的延时以便消除抖动if(!P2_0)return"7";if(!P2_1)return"8";if(!P2_2)return"9";if(!P2_3)return"/";
P1_0=1;P1_1=0;P1_2=1;P1_3=1;
_nop_();_nop_();if(!P2_0)return"4";if(!P2_1)return"5";if(!P2_2)return"6";
if(!P2_3){P1_4=0;return"*";}
P1_0=1;P1_1=1;P1_2=0;P1_3=1;
_nop_();_nop_();if(!P2_0)return"1";if(!P2_1)return"2";if(!P2_2)return"3";if(!P2_3)return"-";
P1_0=1;P1_1=1;P1_2=1;P1_3=0;
_nop_();_nop_();
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if(!P2_0)return"c";
if(!P2_1){P1_4=0;return"0";}//P1_4和P1_5脚通过一个“与”门用来防止误启动if(!P2_2)return"=";if(!P2_3)return"+";
return0;}
/*延时程序*/
/*THEDELAYFUNCTION*/
voiddelay(uinti){
uintj,k;for(;i>0;i--)
for(j=10;j>0;j--)for(k=10;k>0;k--);}
/*THEDISPLAYFUNCTION*/
voiddisplay(ucharbai,ucharshi,ucharge,uintmn){
PB=0x08;//00001000PA=seg_code[ge];delay(2);
PB=0x04;//00000100PA=seg_code[shi];delay(2);
PB=0x02;//00000010PA=seg_code[bai];delay(2);PB=0x01;//00000001PA=seg_code[mn];
delay(2);//注意这儿的延时越短越好，应为处理终端的时间越短，对电
机//的实时性显示就越好；
}/*THECONTROLFUNCTION*//*
由于参数a是一个全局变量，代表着脉冲的占空比，每次调用函数时;必须注意参数a值;
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*//*如果按键为‘-’，‘+’（加速减速）以及‘c"，’=‘（正转反转）时，不需跳出循环，按其他键时，需要跳出循环，必须需要重新设置占空比*//*P1_4和P1_5脚通过一个“与”门用来防止误启动*/
voidcontrol(){
EA=1;while(1){
if(a>=150)
a=150;//设置了a的最大值，限定了电机的最高速度if(a南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
{switch(key)
{case"1":{a=10;break;}case"2":{a=25;break;}case"3":{a=40;break;}case"4":{a=55;break;}case"5":{a=70;break;}case"6":{a=90;break;}case"7":{a=110;break;}case"8":{a=130;break;}case"9":{a=150;break;}default:break;}}}
EA=1;}
附：motor_ctr.hFILE
typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;externucharGetKey();externvoiddelay(uinti);externvoidcontrol();
voiddisplay(ucharbai,ucharshi,ucharge,uintmn);
六、程序代码（汇编语言）
ORG0000H
SJMPDISPLAYORG0003H
LJMPBUTTON;外部0中断入口地址ORG000BH
LJMPDINGSHI;定时中断T0入口地址RSEQUP3.0RWEQUP3.1EEQUP3.4
ORG0030H;此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的
;显示程序为主程序
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DISPLAY:
SETBEA;打开中断总开关SETBEX0;打开外部中断0开关
SETBIT0;打开外部中断0下降沿触发MOVTMOD,#01H;设置定时工作方式MOVTL0,#0FFH;设置定时初值MOVTH0,#0FFH
SETBET0;打开定时中断T0开关CLRP0.5CLRP0.6CLRP0.7
SETBTR0;MOVDPTR,#TAB;MOVR0,#00H;MOVR1,#16;"SETSPEEDPLEASE"MOVR3,#00HMOVR4,#00HLP9:
LCALLCHUSHILP2:
ACALLBUSYMOVA,#00HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDATASINCDPTRDJNZR1,LP2LP3:
CJNER3,#00H,LP4CJNER4,#00H,LP4SJMPLP3
LP4:MOVR7,#00H;MOVR5,#09H;CURRENT:ACALLBUSYMOVP1,#0C0HACALLENABLE
MOVDPTR,#MMTABACALLBUSY
LP5:
MOVA,#00H
定时器T0开始定时夜晶显示的字符首地址脉宽的初值
的字符个数中断的标志
的字符个数19
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MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AINCDPTRACALLDATASACALLBUSYDJNZR5,LP5
MOVDPTR,#STABMOVA,R2MOVP1,AACALLDATASACALLBUSY
MOVA,R3;MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDATASACALLBUSY
MOVA,R4;MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDATAS
;LP8:
CJNER7,#00H,LP7;
LJMPLP8;LP7:
SJMPLP4
CHUSHI:;ACALLBUSY
MOVP1,#00000001B;ACALLENABLEACALLBUSY
MOVP1,#00111000B;ACALLENABLEACALLBUSY
MOVP1,#00001111B;ACALLENABLEACALLBUSY
MOVP1,#00000110B;
显示速度的十位显示速度的个位使夜晶始终显示当前电机的速度速度不变时等待速度变时重新读入速度使夜晶显示的一些初始设置清屏并光标复位设置显示模式:8位2行5x7点阵显示器开、光标开、光标允许闪烁文字不动，光标自动右移
20南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
ACALLENABLEACALLBUSY
MOVP1,#80H;写入显示起始地址ACALLENABLERET
ENABLE:;写入控制命令的子程序SETBECLRRSCLRRWCLRERET
DATAS:;SETBESETBRSCLRRWCLRERET
BUSY:;CLRE
MOVP1,#0FFHCLRRSSETBRWSETBE
JBP1.7,BUSYRET
ORG201*H
DINGSHI:;CPLP0.7
JNBP0.7,Z1;MOVA,#0FFH
SUBBA,R0MOVTH0,ASETBTR0RETI
Z1:MOVTH0,R0;SETBTR0RETI
写入数据子程序准备写入数据定时中断服务程序周期一定脉宽南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
BUTTON:;从控制键盘中读取操作命令PUSHACCCLREX0CLREA
INCR7;MOVA,#0FFHMOVP2,AMOVA,P2
JNBACC.0,AA0JNBACC.1,KK0JNBACC.2,ZZJNBACC.3,FFJNBACC.4,WW0AJMPQQ
AA0:CJNER0,#0FFH,AA1;AJMPQQ
AA1:MOVA,R0ADDA,#5MOVR0,AAJMPQQ
KK0:CJNER0,#00,MM;AJMPQQ
MM:MOVA,R0SUBBA,#5MOVR0,AAJMPQQ
QQ:MOVA,R0MOVB,#5DIVABMOVB,#10DIVABMOVR3,AMOVR4,BSETBEX0LCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEA
加速操作减速操作南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
POPACCRETI
ZZ:SETBP0.5;正转操作CLRP0.6
MOVR2,#2BH;正转标志"+"LCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACCRETI
FF:CLRP0.5;SETBP0.6
MOVR2,#2DH;LCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACCRETI
WW0:CLRP0.5;CLRP0.6LCALLDELAYLCALLDELAYLCALLDELAYSETBEX0SETBEAPOPACCRETI
DELAY:;MOVR5,#0E0HMM0:MOVR6,#30HMM1:DJNZR6,MM1DJNZR5,MM0RET
反转操作反转标志"-"停止操作延时子程序南昌航空大学科技学院《直流电机控制》课程设计说明书
TAB:DB53H,45H,54H,20H
DB53H,50H,45H,45H;"SETSPEEDPLEASE"代码DB44H,20H,50H,4CHDB45H,41H,53H,45H
STAB:DB30H,31H,32H,33H
DB34H,35H,36H,37H;"0,1,2,3,4,5,6,7"代码DB38H,39H,41H,42H;"8,9,A,B,C,D,E,F"DB43H,44H,45H,46H
MMTAB:DB43H,4FH,52H,52H
DB45H,4EH,54H,20H;"CURRENT:"代码DB3AHEND
七、收获、体会和建议
这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的不怎么牢固，看到了自己的实践经验更是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程.此次拔河游戏机课程设计，我仍体会颇深。从中学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到
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过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们不少的心血。无论如何，就当它是一次数电的复习课吧！同时也作了一次很好的复习！
感激学校让我有这次学习设计的机会，让我受益匪浅，这次学习对于我们没有真正实践经验的同学来说，绝对是一次成长的机会。
附录
1.本设计所需要芯片以及作用AT89C51：单片机
L298：控制电机驱动和转向74L408：四与门芯片
8255A：用于扩展51端口，作显示用
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2803：显示缓冲用MAX239：串口通讯芯片2.主要参考文献
[1]李群芳、黄建编著.单片微型计算机与接口技术.北京：电子工业出版社；
[2]张毅刚编著.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社；[3]王建校，杨建国等编著.51系列单片机及C51程序设计.北京：科学出版社；
[4]李朝青编著.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航天大学出版社
[5]周佩玲.微机原理与接口技术（基于16位机）.北京：电子工业出版社
[6]吴秀清主编.微型计算机原理与接口技术.北京：清华大学出版社[7]沈美明等编.IBM-PC汇编语言程序设计.北京：清华大学出版社[8]张伟等编.ProtelDXP入门与提高.北京：人民邮电出版社[9]李继灿编.新编16/32位微型计算机原理及应用（第3版）.北京：清华大学出版社
[10]李继灿编.微型计算机原理与接口技术题解及实验指导.北京：清华大学出版社
[11]康华光等编.电子技术基础-数字部分（第四版）.北京：高等教育出版社
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[12]高吉祥等编.电子技术基础-实验与课程设计.北京：电子工业出版社
[13]甘登岱主编.ProtelDXP电路设计与制版实用教程.北京：人民邮电出版社
[14]钱培怡编.电子电路实验与课程设计.北京：地震出版社[15]李国栋，王新中，陆志平等编.微机原理与接口技术课程设计.
杭州：浙江大学出版社
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《直流电动机控制课程设计总结报告》
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