第一章 系统整体架构设计
基于单片机的伺服电机转速控制系统以“精准调速、稳定运行、操作灵活”为核心目标，采用“指令-驱动-反馈-调节”的闭环架构。系统核心包含四大功能模块：单片机控制模块、伺服驱动模块、转速检测模块及交互模块。单片机控制模块作为核心，生成转速控制信号并处理反馈数据；伺服驱动模块将控制信号转换为电机驱动力，实现转速调节；转速检测模块实时采集电机实际转速，为闭环控制提供依据；交互模块支持目标转速设定与运行状态监控。设计适配中小功率伺服电机（功率≤500W），调速范围50-3000rpm，精度±5rpm，满足机械传动、自动化设备等场景的转速控制需求。
第二章 硬件模块选型与电路设计
硬件选型遵循“高精度、快响应、强兼容性”原则。单片机选用STM32F103C8T6，具备16位定时器与多路PWM输出功能，支持高速脉冲信号生成，满足伺服控制时序要求。伺服驱动模块采用专用伺服驱动器（如MG996R配套驱动板），接收单片机输出的PWM信号（频率50Hz），通过调节脉冲占空比（5%-10%）控制电机转速，驱动器与电机间采用差分信号传输，增强抗干扰能力。转速检测模块选用增量式编码器（600线），安装于电机轴端，每转输出600个脉冲，通过STM32的定时器编码器接口计数，换算实时转速。交互模块采用4×4矩阵按键用于转速设定，0.96英寸OLED屏显示目标转速与实际转速。电路设计中，采用12V直流电源供电，经DC-DC模块转换为5V、3.3V为控制电路供电；编码器信号与单片机间添加施密特触发器整形，消除信号抖动；驱动电路与控制电路通过光耦隔离，防止电磁干扰。
第三章 软件设计与逻辑实现
软件设计基于Keil MDK开发环境，采用C语言模块化编程，核心包含PWM生成程序、转速检测程序、PID调节程序及交互响应程序。PWM生成程序通过STM32定时器生成50Hz脉冲信号，根据目标转速计算占空比初始值（如1500rpm对应7.5%占空比），占空比精度控制在0.1%以内。转速检测程序通过定时器捕获编码器脉冲，每100ms计算一次转速（转速=脉冲数×60/(编码器线数×0.1)），采用滑动平均滤波减少测量波动。PID调节程序构成闭环控制：将目标转速与实际转速的差值输入PID算法（比例系数Kp=0.8，积分系数Ki=0.05，微分系数Kd=0.1），计算PWM占空比调节量，使实际转速快速逼近目标值，超调量控制在5%以内。交互响应程序处理按键输入，支持目标转速步进调节（50rpm/步），OLED屏实时刷新转速数据与调节状态，同时设置转速上限保护（3000rpm），防止超速运行。
第四章 系统调试与性能验证
系统调试分为硬件调试与软件调试，性能验证围绕调速精度与稳定性展开。硬件调试测试PWM信号输出，50Hz频率误差≤0.5Hz，占空比调节线性度误差≤1%；校准编码器计数，实际转速与计算值偏差≤3rpm。软件调试优化PID参数，目标转速阶跃变化时（如500rpm→1500rpm），调节时间≤1秒，稳态误差≤5rpm。性能验证在100W伺服电机上测试：50-3000rpm范围内，转速控制精度±4rpm；连续运行2小时，转速波动≤3rpm；负载变化（0-50%额定负载）时，转速恢复时间≤0.5秒。极端温度环境（-10℃-40℃）下，系统仍能稳定工作，无明显精度衰减。测试结果表明，系统实现了伺服电机的高精度转速控制，响应迅速、稳定性强，适合自动化设备的转速调控应用。
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