基于51单片机的直流电机控制系统是一种常见的嵌入式系统应用，它主要用于精确控制直流电机的速度和方向。51单片机，即Intel 8051系列微控制器，是这类系统的核心，它集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及并行和串行通信端口等多种功能，使得它能够处理复杂的控制任务。
在该控制系统中，电机转速与施加在其两端的电压成正比，而电压又与控制波形的占空比直接相关。占空比是指在一个周期内高电平持续时间与总周期时间的比例，通过调整这个比例，可以改变电机的平均输入电压，从而实现电机速度的调节。这种控制方式通常通过脉宽调制（PWM）技术来实现。51单片机内部的可编程计数器阵列（PCA）可以生成PWM波形，通过编程设置PCA的工作模式和计数初值，可以精确地调整PWM波的占空比。
设计任务包括以下几个方面：
1. 直流电机的正转和反转：通过改变电机两端电压的极性来改变电机的旋转方向。
2. 直流电机的加速和减速：通过逐渐增大或减小PWM波的占空比，电机的转速会相应地增加或减少。
3. 转速显示：电机的转速通过数码管实时显示，方便监控。
4. 启动和停止控制：允许电机的启动和停止操作，并在停止时清零数码管显示。
硬件电路设计主要包括51单片机、PWM驱动电路、数码管显示电路和键盘控制电路。其中，键盘用于输入控制指令，单片机通过P1.0和P1.1口输出PWM脉冲，控制电机转速，同时另一口输出低电平，通过ULN2003驱动电路来切换电机的转向。数码管则显示电机的运行状态，包括速度等级和方向。
软件设计方面，通常采用结构化编程方法，使用KELI-C51语言编写程序。程序包括多个模块，如键盘输入处理、按键识别、PWM脉宽控制和数码管显示等。其中，PWM脉宽控制模块是最关键的部分，它需要根据设定的转速值计算出相应的占空比，并更新PCA的计数器，以生成对应占空比的PWM波。
参考文献包括MCS-51/96系列单片机原理与应用、单片机应用技术选编以及交直流调速系统，这些书籍提供了基础理论和技术支持。
整个设计过程要求学生掌握汇编编程、单片机基本特性和电路设计方法，以及直流电机的控制原理。在规定的时间内，完成从硬件设计到软件编程，最后形成一份详细的设计文档，包括设计任务、总体设计方案、硬件电路设计、软件设计、程序代码、PCB布局图、元件清单以及参考文献和心得体会。这样的实践项目有助于提高学生的综合能力，包括理论知识应用、问题解决和动手能力。
