課程設(shè)計(jì)--基于at89c52的pwm直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)工作分析3</p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況3</p><p>　　1.2 本文的主要工作4</p><p>　　2 直流調(diào)速系統(tǒng)概

2、述4</p><p>　　2.1直流電機(jī)的工作原理5</p><p>　　2.2直流電機(jī)的調(diào)速方法6</p><p>　　2.3 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概述9</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證10</p><p>　　3.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)

3、計(jì)11</p><p>　　3.3系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.1 時(shí)鐘電路12</p><p>　　3.3.2 復(fù)位電路13</p><p>　　3.3.3 穩(wěn)壓電源電路14</p><p>　　3.3.4信號(hào)輸入電路15</p><p>　　3.3.4電機(jī)PWM

4、驅(qū)動(dòng)模塊的電路17</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 單片機(jī)選擇18</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析19</p><p>　　5 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試22</p><p>　　5.1 PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)22</p><p>

5、　　5.2 PROTEUS設(shè)計(jì)與單片機(jī)傳統(tǒng)開發(fā)過程比較23</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果與分析24</p><p><b>　　6 結(jié)束語26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附 錄28</b></

6、p><p>　　附錄A 程序清單28</p><p>　　附錄B設(shè)計(jì)任務(wù)分配36</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在如今的現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其中自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用則起著尤為重要的作用。雖然直流電機(jī)不如交流電機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、容易維

7、護(hù)，但是它具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式。現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的控制從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜，并逐漸成熟成為主流。其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航等的控制；工業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)等的控制。</p

8、><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；近年來，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的信息技

9、術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:直流電機(jī)；調(diào)速；PWM;單片機(jī)</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)工作分析</b></p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影

10、響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進(jìn)的。近30年來，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制方案有三種：工作在通斷兩個(gè)狀態(tài)的開關(guān)控制、相位控制和脈寬調(diào)制控制，在單向通用電動(dòng)機(jī)的電子驅(qū)動(dòng)電路中，主要的器件是晶閘管，后來是用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機(jī)控制市場(chǎng)。到70和80年代才先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTO晶閘管、GTR、POWER-MOSFET、IGBT和MCT等。利用這

11、種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子裝置的體積和重量。后來，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或PWM變流器所代替，明顯地?cái)U(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)。</p><p>　　直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation-簡(jiǎn)稱PWM)調(diào)速系統(tǒng)

12、產(chǎn)生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，例如自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等 。近十多年來，由于晶體管器件水平的提高及電路 技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機(jī)，它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展，并使電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的高度。 </p><p>　　在國(guó)外，PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以優(yōu)越的性能，滿足那些高速度、高精度隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的需求。近八、九年來，進(jìn)一步擴(kuò)散到民

13、用工業(yè)，特別是在機(jī)床行業(yè)、自動(dòng)生產(chǎn)線及機(jī)器人等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。</p><p>　　如今，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢(shì)更為明顯，促進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，客戶對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制要求越來越高，希望它的功能更強(qiáng)、噪聲更低、控制算法更復(fù)雜，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時(shí)還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，可以預(yù)期新的更

14、高性能電力電子器件還會(huì)出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會(huì)不斷地改進(jìn)提高。</p><p>　　1.2 本文的主要工作</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用的是調(diào)壓調(diào)速。系統(tǒng)主電路采用大功率GTR為開關(guān)器件、H橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)制部分是在單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)之上，運(yùn)用匯編語言編程控制。由定時(shí)器來產(chǎn)生寬度可調(diào)的矩形波。通過調(diào)節(jié)波形的寬度來控制H電路中的GTR通

15、斷時(shí)間，以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個(gè)PWM脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡(jiǎn)化。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為核心，以鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。</p><p>　　本文介紹了直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型、脈寬

16、調(diào)制（PWM）控制原理和H橋電路基本原理設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型，利用PROTEUS軟件對(duì)各個(gè)子電路及整體電路進(jìn)行了仿真，確保設(shè)計(jì)的電路能夠滿足性能指標(biāo)要求，并給出了仿真結(jié)果。</p><p>　　2 直流調(diào)速系統(tǒng)概述</p><p>　　調(diào)速方法通常有機(jī)械的、電氣的、液壓的、氣動(dòng)的幾種，僅就機(jī)械與電氣調(diào)速方法而言，也可采用電氣與機(jī)械配合的方法來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。電氣調(diào)速有許多優(yōu)點(diǎn)

17、，如可簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，操作簡(jiǎn)單，易于獲得無極調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，因此在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)動(dòng)性能和控制特性，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、 維護(hù)容易，但是長(zhǎng)期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。所以，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形 式。在我國(guó)許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力

18、拖動(dòng)的場(chǎng)合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，我們先著重討論直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　2.1直流電機(jī)的工作原理</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)，多年來一直用作基本的換能器。絕大多數(shù)的直流電動(dòng)機(jī)都是由電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。圖2-1為直流電機(jī)的物理模型圖，其中，固

19、定部分（定子）由磁鐵（稱為主磁極）和電刷組成；轉(zhuǎn)動(dòng)部分（轉(zhuǎn)子）由環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和B兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向器和電刷與外電路接通。<

20、/p><p>　　圖2.1直流電機(jī)的物理模型圖</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖2-2所示。給兩個(gè)電刷加上直流電源，如圖2-2(a)所示，有直流電流從電從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖2-2(b)所示的位置，電刷A和換向片2接觸

21、，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷B流出。此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向，這就保證了每個(gè)磁極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，這樣的

22、結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2.2直流電機(jī)原理圖</p><p>　　2.2直流電機(jī)的調(diào)速方法</p><p>　　根據(jù)直流電機(jī)的基本原理，由感應(yīng)電勢(shì)、電磁轉(zhuǎn)矩以及機(jī)械特性方程式可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要

23、求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。</p><p>　?。?）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行

24、調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。&l

25、t;/p><p>　　調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： （1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （2）靜止可控整流器（簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)）。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 （3）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流</p>

26、<p>　　旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。<

27、;/p><p>　　V-M系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。</p><p>　　圖2.3　晶閘管－電動(dòng)

28、機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)）</p><p>　　直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時(shí)間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流－直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)中。 </p>

29、<p>　　圖2-4為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關(guān)器件。當(dāng)開關(guān)VT接通時(shí)，電源電壓U。加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT斷開時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖2.4（b）所示。</p><p>　　圖2.4 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （a）原理圖　　（b）電壓波型</p><p>　　采用晶閘管的直流斬波器基本原理與

30、整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。</p><p>　　與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：</p>

31、<p>　?。?）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。</p><p>　?。?）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。</p

32、><p>　?。?）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。</p><p>　　脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡(jiǎn)稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)</p><p>　　2.3 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概述</p>&l

33、t;p>　　采用PWM進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，其實(shí)就是把波形作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使用端，因此有必要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行介紹。</p><p>　　圖2.5 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　上圖所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（上圖及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖）。

34、電路中，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。</p><p>　　圖2.6 H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　如上圖所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電

35、流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。</p><p>　　圖2.7 H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三

36、極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在圖2.3所示的V-M系統(tǒng)中和圖2.4所示的PWM系統(tǒng)中，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來改變功率變

37、換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進(jìn)行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。如果生產(chǎn)機(jī)械對(duì)靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級(jí)調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p>　　3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證</p><p&

38、gt;　　3.1.1 電機(jī)調(diào)速控制模塊</p><p>　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。</p><p>　　方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)

39、點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。</p><p>　　方案三：采用由三極管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p&

40、gt;　　兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。</p><p>　　3.1.2 PWM調(diào)速工作方式</p><p>　　方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)的高電平時(shí)差決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　方案二：?jiǎn)螛O性工作制。單極性工作

41、制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。</p><p>　　3.1.3PWM調(diào)脈寬方式</p><p>　　調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)

42、寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　3.1.4 PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式</p><p>　　方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。</p><p>　　方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，

43、特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。</p><p>　　3.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電路設(shè)計(jì)框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設(shè)想由以下6部分組成：時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路部分采用了以GTR為可控開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂撇糠植捎脜R編語言編程控制，AT89C51芯片的定時(shí)器產(chǎn)生PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)波形的

44、寬度來控制H電路中的GTR通斷時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。</p><p>　　根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖，對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分析，編寫個(gè)子模塊程序，最終將其組合。</p><p>　　圖3.1硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　3.3系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 時(shí)鐘電路</p><p&g

45、t;　　單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器的頻率高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。</p><p><b>　　圖

46、3.2時(shí)鐘電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用頻率為12MHZ，微調(diào)電容C1和C2為30pF的內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容為瓷片電容。判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，就是用萬用表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（18，19腳）的對(duì)地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測(cè)量為例：18腳對(duì)地電壓約為2.24V，19腳對(duì)地電壓約為2.09V。</p><p>　　3.3.2 復(fù)

47、位電路</p><p>　　復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要作用是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。</p><p><b>　　圖3.3 復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位電路在剛

48、接通電時(shí)，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電解電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)間很短一般小于0.3秒），正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作，這是手動(dòng)復(fù)位原理。 該電路采用按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位為電平方式。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路

49、故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機(jī)正常工作時(shí)第9腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和+5V連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說明這個(gè)復(fù)位電路有問題，其中電平復(fù)位是通過RET端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)鐘頻率適用于12MHZ時(shí)，C取100uF，R取10K，為保證可靠復(fù)位，在初識(shí)化程序中應(yīng)安排一定的延遲時(shí)間。</p><p>　　3.3.3 穩(wěn)壓電源電路<

50、/p><p>　　電池放電時(shí)內(nèi)阻穩(wěn)定的增大，電壓則穩(wěn)定的減小， 而且接上大功率的負(fù)載時(shí)電壓會(huì)瞬時(shí)降低， 不能用于提供固定的電壓，對(duì)于各種IC芯片需要的穩(wěn)定電壓， 需要專門的穩(wěn)壓器件，或者穩(wěn)壓電路， 基本的穩(wěn)壓器有兩種：線性（LDO）和開關(guān)（DCDC）， 其中前者只能降壓使用，而前者還可以升壓使用而且效率很高。</p><p>　　控制芯片89C52的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓是5V，可以選擇使用線性電壓調(diào)整

51、芯片穩(wěn)壓，如：</p><p>　　7805：最大輸出電流1.5A，內(nèi)部過熱保護(hù)，內(nèi)部短路電流限制，典型輸入電壓7～20V， 輸出電壓4.9~5.1V，靜態(tài)電流典型值4.2mA，壓差（輸出與輸入的差）至少2V。 </p><p>　　78L05（電流較?。鹤畲筝敵鲭娏?00mA，內(nèi)部過熱保護(hù)，典型輸入電壓7～20V， 輸出電壓4.75~5.25V，靜態(tài)電流典型值3mA。</p>

52、;<p>　　LM317（電壓可調(diào)）：輸出電流可達(dá)1.5A，輸出電壓1.2V~37V，內(nèi)部過熱保護(hù)等。 </p><p>　　選用7805，一方面簡(jiǎn)單；另一方面比較常用且比較便宜。</p><p>　　LM78系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路。我國(guó)和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類串聯(lián)集成穩(wěn)壓器。內(nèi)置過熱保護(hù)電路，無需外部

53、器件，輸出晶體管安全范圍保護(hù)，內(nèi)置短路電流限制電路。對(duì)于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降。</p><p>　　穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成， </p><p>　　a.整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓變換成脈動(dòng)電壓。濾波電路一般由電容組成，其作是脈動(dòng)電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。</p><

54、p>　　b.穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓受負(fù)載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓。</p><p>　　圖3.4穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器LM7805正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差2～3V。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，C1一般為0.1~0.47μf。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改

55、善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，C2一般為1μF。使用三端穩(wěn)壓器時(shí)注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。二極管IN4007用來卸掉C2上的儲(chǔ)存電能，防止反向擊穿LM7805。查相關(guān)資料該芯片的最大承受電流為0.1A，因此輸入端必須界限流電阻R1，R1=(12*0.9-5)/0.1=58Ω，取近似值，選用70Ω的電阻。</p><p><b>　　此電源的缺點(diǎn): </b></p>&l

56、t;p>　　1.1 此電源是線性穩(wěn)壓電路，所有有其特有的內(nèi)部功率損耗大，全部壓降均轉(zhuǎn)換為熱量損失了，效率低.所以散熱問題要特別注意。 1.2 由于核心的元件7805的工作速度不太高，所以對(duì)于輸入電壓或者負(fù)載電流的急劇變化的響應(yīng)慢。 電源的優(yōu)點(diǎn): 2.1 電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，調(diào)試方便(幾乎不用調(diào)試)。 2.2 價(jià)格便宜，適合于對(duì)成本要求苛刻的產(chǎn)品。</p><p>　　2. 3 電路中幾

57、乎沒有產(chǎn)生高頻或者低頻輻射信號(hào)的元件，工作頻率低，易于控制。</p><p>　　3.3.4信號(hào)輸入電路</p><p>　　獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多

58、的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。</p><p>　　消除鍵抖動(dòng)。一般按鍵在按下的時(shí)候有抖動(dòng)的問題，即鍵的簧片在按下時(shí)會(huì)有輕微的彈跳，需經(jīng)過一個(gè)短暫的時(shí)間才會(huì)可靠地接觸。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動(dòng)的問題。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃描”，延遲時(shí)間為10～20ms。這可通過調(diào)用子程序來解決，當(dāng)

59、系統(tǒng)中有顯示子程序時(shí)，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時(shí)達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。</p><p>　　圖3.5控制輸入電路</p><p>　　本文采用查詢工作方式，即直接在主程序中插入鍵盤檢測(cè)子程序，主程序每執(zhí)行一次則鍵盤檢測(cè)子程序被執(zhí)行一次，對(duì)鍵盤進(jìn)行檢測(cè)一次，如果把沒有鍵按下，則跳過鍵識(shí)別，直接執(zhí)行主程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識(shí)別按鍵，得到按鍵的編碼值，然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理

60、，處理完后再回到主程序執(zhí)行。</p><p>　　3.3.4電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路</p><p>　　圖3.6 電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路</p><p>　　本電路采用的是以大功率GTR為開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。如圖2所示。圖中，四只GTR分為兩組，和為一組，和為另一組。同一組中的兩只GTR同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是交替

61、的導(dǎo)通和關(guān)斷。</p><p>　　GTR是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關(guān)使用，而且 GTR是一種具有自關(guān)斷能力的全控型電力半導(dǎo)體器件，這一特性可以使各類變流電路的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號(hào)控制。脈沖頻率對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)

62、發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在40Hz以上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖頻率在15Hz-30Hz時(shí)效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P2.6輸入信號(hào)，P2.7輸入低電平與P2.6輸入低電平，P2.7輸入信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。通過對(duì)信號(hào)占空比的調(diào)整來對(duì)車速進(jìn)行調(diào)節(jié)。速度微調(diào)方面，可以通過對(duì)占空比跨度逐增或逐減分別

63、實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的逐加或逐減。</p><p>　　利用孤立元件搭建的H橋電路一個(gè)缺點(diǎn)就是擊穿， 即Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，或者Q3和Q4同時(shí)導(dǎo)通。選擇使用芯片可減少這一狀況。常用的電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)芯片有：TA7291S、NJU7382 、L297、L298。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.

64、1 單片機(jī)選擇</b></p><p>　　20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場(chǎng)的產(chǎn)品就有50多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下：</p><p>　　美國(guó)Intel公司：MCS—51系列及其增強(qiáng)型系列</p><p>　　美國(guó)Motorola公司：6

65、801系列和6805系列</p><p>　　美國(guó)Atmel公司：89C51等單片機(jī)</p><p>　　美國(guó)Zilog公司：Z8系列及SUPER8</p><p>　　美國(guó)Fairchild公司：F8系列和3870系列</p><p>　　美國(guó)Rockwell公司：6500/1系列</p><p>　　美國(guó)TI（德克

66、薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列</p><p>　　NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列 等等。</p><p>　　盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國(guó)使用最多的還是Intel公司的MCS—51系列單片機(jī)和美國(guó)Atmel公司的89C51單片機(jī)MCS—51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031、8051、8751</p><p>　　8031內(nèi)部包括一個(gè)8

67、位CPU、128個(gè)字節(jié)RAM，21個(gè)特殊功能寄存器（SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò)EPROM芯片。比較麻煩，不予采用</p><p>　　8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4K ROM，作為程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以8051適

68、合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。</p><p>　　8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個(gè)程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM中，可以反復(fù)修改程序。但其價(jià)格相對(duì)8031較貴。8031外擴(kuò)一片4KB EPROM的就相當(dāng)與8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。&l

69、t;/p><p>　　AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用

70、于各種控制領(lǐng)域。此設(shè)計(jì)就采用AT89C52。</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析</p><p>　　在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。因此，軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重要地位。</p><p>　　鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過P3.6與P3.7其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PW

71、M脈沖，另一口輸出高電平，驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)以速度檔級(jí)數(shù)表示。速度分100檔，快慢與電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)快慢一一對(duì)應(yīng)。</p><p>　　在程序中通過軟件產(chǎn)生PWM，送出預(yù)設(shè)占空比的PWM波形。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空比可調(diào)的脈沖系列，由于每個(gè)脈沖的高電平時(shí)間和低電平時(shí)間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時(shí)間必須由定時(shí)器來控制。設(shè)PWM周

72、期為T，高電平時(shí)間為TH，低電平時(shí)間為TL，電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當(dāng)VCC固定時(shí)，其電壓值取決于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。</p><p>　　通過對(duì)單片機(jī)定時(shí)器初始值的不同設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)占空比PWM輸出控制。用定時(shí)器T0完成PWM輸出，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為16.6HZ，周

73、期1S。定時(shí)器計(jì)數(shù)初值為0EC8A H。計(jì)數(shù)初值X計(jì)算方法：</p><p>　　(65536－X) =0.01，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：X=60536,考慮到處理每步程序都需要花費(fèi)系統(tǒng)時(shí)間這里我取X=60554=0EC8AH</p><p>　　軟件主要由4部分組成：主程序、按鍵狀態(tài)掃描程序、按鍵功能處理程序定時(shí)、中斷程序。</p><p>　　4．2.1主程序流程<

74、;/p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4．2.2按鍵狀態(tài)掃描程序</p><p>　　采用循環(huán)掃描方式，按下鍵，，完成延時(shí)去抖動(dòng)、鍵碼識(shí)別、按鍵功能執(zhí)行。</p><p>　　圖4.2按鍵狀態(tài)掃描流程圖</p><p>　　4.2.3中斷程序流程圖</p><p><

75、b>　　圖4.3中斷流程圖</b></p><p>　　4.2.4調(diào)速檔、持續(xù)加/減速</p><p>　　調(diào)速檔通過（0-100）共101檔固定占空比，即相應(yīng)檔位相應(yīng)改變DIAN0，DIAN1的值，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速檔位的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4．2.5軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)</p><p>　　對(duì)于電機(jī)的啟停，在PWM控制上使用漸

76、變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。這樣有利于保護(hù)電機(jī)，如電機(jī)運(yùn)用于小車上，在啟動(dòng)上采用此方式也可加大啟動(dòng)速度，防止打滑。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間的計(jì)算、顯示。配合傳感器技術(shù)可用于計(jì)算距離，速度等重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)。鍵盤處理上沒有采用中斷方式，必須使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，程序效率不高。</p><p>　　5 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試</p><p>　　在工業(yè)自動(dòng)控制

77、系統(tǒng)和各種智能產(chǎn)品中常常會(huì)用用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制，而現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中，對(duì)電機(jī)的控制要求越來越精確和迅速，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)要求越來越高。隨著科技的發(fā)展，通過對(duì)電機(jī)的改造，出現(xiàn)了一些針對(duì)各種應(yīng)用要求的電機(jī)，如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等非傳統(tǒng)電機(jī)。但是在一些對(duì)位置控制要求不高的電機(jī)控制系統(tǒng)如傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電機(jī)如直流電機(jī)乃有很大的優(yōu)勢(shì)，而要對(duì)其進(jìn)行精確而又迅速的控制，就需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。隨著微電子和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字控制系

78、統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字控制系統(tǒng)有控制精確，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，受環(huán)境影響小，功能復(fù)雜，系統(tǒng)修改簡(jiǎn)單，有很好的人機(jī)交換界面等特點(diǎn)。</p><p>　　在電機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)中，常常需要消耗各種硬件資源，系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)，而在調(diào)試時(shí)很難對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行修改，從而延長(zhǎng)開發(fā)周期。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，可用計(jì)算機(jī)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從而減小系統(tǒng)開發(fā)開支和周期。計(jì)算機(jī)仿真可分為整體仿真和實(shí)時(shí)仿真。整體仿真是對(duì)系統(tǒng)各個(gè)時(shí)間段

79、對(duì)各個(gè)對(duì)象進(jìn)行計(jì)算和分析，從而對(duì)各個(gè)對(duì)象的變化情況有直觀的整體的了解，即能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)，如Matlab就是一個(gè)典型的實(shí)時(shí)仿真軟件。實(shí)時(shí)仿真是對(duì)時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)仿真，即隨著時(shí)間的推移它能動(dòng)態(tài)仿真出當(dāng)時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)。Proteus是一個(gè)實(shí)時(shí)仿真軟件，用來仿真各種嵌入式系統(tǒng)。它能對(duì)各種微控制器進(jìn)行仿真，本系統(tǒng)即用Proteus對(duì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。</p><p>　　5.1 PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)<

80、;/p><p>　　Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)，包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設(shè)計(jì)，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型VSM，是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真

81、大量的單片機(jī)芯片，比如MCS-51系列、AVR、PIC系列等常用的MCU，以及單片機(jī)外圍電路，比如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。</p><p>　　keilC51軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。</p

82、><p>　　本文中由于我們主要使用keilC51軟件編輯、調(diào)試程序，Proteus軟件仿真單片機(jī)。我們重點(diǎn)研究了Proteus的ISIS模塊用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。ISIS直譯為智能原理圖輸入系統(tǒng)。從ISIS窗口各欄內(nèi)容可知：PROTEUS VSM所包括的內(nèi)容都已整合到ISIS中，所以，ISIS實(shí)際上是PROTEUS VSM的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。</p&

83、gt;<p><b>　　ISIS界面如下：</b></p><p>　　圖5.1 ISIS界面</p><p>　　5.2 PROTEUS設(shè)計(jì)與單片機(jī)傳統(tǒng)開發(fā)過程比較</p><p>　?。?、單片機(jī)系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)過程</p><p>　　⑴單片機(jī)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、選擇元器件接插件、安裝和電氣檢測(cè)。（總稱硬件

84、設(shè)計(jì)）</p><p>　?、茊纹瑱C(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、匯編編譯、調(diào)試和編程。（總稱軟件設(shè)計(jì)）</p><p>　?、菃纹瑱C(jī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行、檢測(cè)、在線調(diào)試直至完成。（總稱單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試）</p><p>　?。?、單片機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)代開發(fā)過程</p><p>　　上述全部過程都可用PROTEUS來完成，其過程也可分為三步：</p><

85、;p>　?、旁贗SIS平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、選擇元器件接插件、安裝和電氣檢測(cè)。簡(jiǎn)稱為PROTEUS電路設(shè)計(jì)</p><p>　?、圃贙eilC平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、匯編編譯、代碼級(jí)調(diào)試，最后生成目標(biāo)級(jí)代碼文件（*.hex）。也可以使用ISIS進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　?、窃贗SIS平臺(tái)上將目標(biāo)代碼文件加載到單片機(jī)系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互、協(xié)同仿真。&l

86、t;/p><p>　　5.3 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　啟動(dòng)仿真后，初始狀態(tài)，H橋兩端均為高電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖5.2 上電狀態(tài)</b></p><p>　　按下啟停按鈕。電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，Q4一端固定為低電平，Q6一端為變化的PWM信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。倘若此時(shí)按啟停按鈕，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)

87、，回到圖5.2狀態(tài)。</p><p>　　圖5.3 啟動(dòng)狀態(tài)（電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）</p><p>　　PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被

88、加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼 </p><p>　　PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。充分利用了現(xiàn)有的集成芯片的強(qiáng)大功能，省去了原

89、有的許多硬件電路，使整個(gè)PWM脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡(jiǎn)化。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p>　　在兩個(gè)周的課程設(shè)計(jì)中，通過查閱相關(guān)資料了解了直流調(diào)速系統(tǒng)，加深了對(duì)直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用。并且在所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用已有的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，嘗試了自己的一些研究。并且，使我將原來所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，理論

90、化，實(shí)用化。對(duì)如何使用已有知識(shí)及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。</p><p>　　本設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。實(shí)現(xiàn)通過單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)的控制，通過合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，提高了直流電機(jī)調(diào)速運(yùn)行的可靠性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，解決了電機(jī)馬驅(qū)動(dòng)的效率問題，在軟件上也采用較為合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及算法，提高了單片機(jī)的使用效率，且具

91、有一定的防飛能力。但該設(shè)計(jì)也有不足之處，主要是在關(guān)于速度的反饋上，首先，速度的變化范圍較小，其次無法提供較為直觀的速度表示方式，因此，有必要引入傳感器技術(shù)（比如紅外測(cè)速）對(duì)速度進(jìn)行反饋，以rpm或rps表達(dá)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速進(jìn)行顯示。</p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)，我的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)鍛煉了自己獨(dú)立完成任務(wù)的能力，并掌握了很多軟件、硬件開發(fā)方面的知識(shí)。另外，我還認(rèn)識(shí)到無論做什么工作

92、，都需要踏實(shí)，勤奮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這對(duì)我以后的工作將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。同時(shí)，也培養(yǎng)了自己認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為將來能更好的適應(yīng)工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)還存在一些不足之處，例如：界面設(shè)計(jì)不夠人性化，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。另外，由于實(shí)際條件的限制，本設(shè)計(jì)不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和試運(yùn)行都是無法完成的。若以后條件允許，可以對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步完善。當(dāng)然，設(shè)計(jì)中肯定還有其他不足和

93、紕漏之處，請(qǐng)各位老師指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]QIAOFei.TimingImprovements of Conditiona1-Precharge Sense-Amplifier-Based Flip-Flop[J].Chinese Journal of Electronics Vo1．16.No．2,Apr．2

94、007</p><p>　　[2] 鐘富昭.8051單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2007</p><p>　　[3] 張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[4] 楊恢先.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　

95、[5] 孟慶濤.圖解電子控制電路[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　[6] 謝維成.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[7] 周潤(rùn)景.基于PROTEUS 的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天出版社，2006</p><p>　　[8] 李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)

96、[M].北京:北京航空航天出版社，2004</p><p>　　[9] 杜坤梅.電機(jī)控制技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[10] 李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)（修訂版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[11] 陳光東.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）[M].武昌：華中科技大學(xué)出版社，1999&

97、lt;/p><p>　　[12] 何耀三.電氣傳動(dòng)的微機(jī)控制[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1997 </p><p>　　[13] 薛鈞義.MCS-51/96系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1997</p><p>　　[14] KENNETH J. Ayala.The 8051 Microcontroller---ARCHITECTURE,

98、PROGRAMMING, andAPPLICATIONS[M].NEW YORK:WEST PUBLISHING COMPANY,1991</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄A 程序清單</b></p><p>　　#include <reg52.h></p&g

99、t;<p>　　/*********************************************</p><p><b>　　* 定時(shí)器初值</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　#define T0HIGH0xe

100、c</p><p>　　#define T0LOWW0x8a</p><p>　　/*********************************************</p><p><b>　　*數(shù)據(jù)類型定義</b></p><p>　　************************************

101、*********/</p><p>　　typedef unsigned charu8;</p><p>　　typedef unsigned intu16;</p><p>　　typedef unsigned longu32;</p><p>　　typedef bitBOOL;</p><p>　

102、　/*********************************************</p><p><b>　　* 單片機(jī)管腳定義</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　sbit KEY_ON_PIN = P2^0;</p&

103、gt;<p>　　sbit KEY_INC_PIN = P2^1;</p><p>　　sbit KEY_DEC_PIN = P2^2;</p><p>　　sbit MOTO_LEFT = P3^6;</p><p>　　sbit MOTO_RIGHT = P3^7;</p><p>　　/******************

104、***************************</p><p><b>　　* 按鍵定義</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　#define KEY_NULL0xff</p><p>　　#define

105、KEY_LONG_PERIOD25</p><p>　　#define KEY_CONTINUE_PERIOD20</p><p>　　#define KEY_DOWN0x80</p><p>　　#define KEY_CONTINUE0x40</p><p>　　#define KEY_UP0x20</p>

106、<p>　　#define KEY_STATE_INIT0</p><p>　　#define KEY_STATE_WOBBLE1</p><p>　　#define KEY_STATE_PRESS2</p><p>　　#define KEY_STATE_LONG3</p><p>　　#define KEY_STA

107、TE_CONTINUE4</p><p>　　#define KEY_STATE_RELEASE5</p><p>　　#define KEY_ON_VALUE1</p><p>　　#define KEY_INC_VALUE2</p><p>　　#define KEY_DEC_VALUE3</p><p

108、>　　#define KEY_ON(KEY_ON_VALUE | KEY_DOWN)</p><p>　　#define KEY_INC(KEY_INC_VALUE | KEY_DOWN)</p><p>　　#define KEY_INC_CON(KEY_INC_VALUE | KEY_CONTINUE)</p><p>　　#define KEY