畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要研究了MCS-51系列單片機(jī)控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。文章中采用了專(zhuān)門(mén)的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過(guò)軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。</p><p>　　此外，本文中還采用了芯

2、片IR2110作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了速度傳感器對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)濾波電路后，將測(cè)量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PID控制運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PI運(yùn)算程序，初始化程序等的編寫(xiě)思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PWM

3、信號(hào)，速度傳感器，PID控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D

4、.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of

5、rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sen</p><p>　　Key words: PWM signal，tachogenerator，PI calculati

6、on</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</

7、b></p><p>　　1.1 開(kāi)發(fā)背景1</p><p>　　1.2 選題的目的和意義1</p><p>　　1.3 調(diào)速方法2</p><p>　　1.4 總體設(shè)計(jì)思路4</p><p>　　第二章 總體硬件電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖5&l

8、t;/p><p>　　2.2 8051擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2.1 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片選型7</p><p>　　2.2.3 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析10</p><p>　　2.3 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)11</p>

9、<p>　　2.3.1 PWM的基本原理11</p><p>　　2.3.2 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理12</p><p>　　2.3.3 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)及分析14</p><p>　　2.4 主電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.4.1 芯片IR2110性能及特點(diǎn)15</p><p

10、>　　2.4.2 IR2110的引腳圖以及功能16</p><p>　　2.4.3 延時(shí)保護(hù)電路16</p><p>　　2.4.4 主電路及分析16</p><p>　　2.5 電源電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　2.6 鍵盤(pán)輸入電路20</p><p>　　2.7 顯示電路22</p>

11、;<p>　　2.7.1 LCD介紹22</p><p>　　2.7.2 TS1620引腳與功能23</p><p>　　2.8 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　2.8.1 PC817光電耦合器24</p><p>　　2.8.2 閉環(huán)反饋電路及分析25</p><p>　　

12、2.8.3 TL431介紹26</p><p>　　2.9 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計(jì)算28</p><p>　　3.2 主程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.3 PI控制算法子程序設(shè)計(jì)30</p

13、><p>　　3.4 鍵盤(pán)輸入程序設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.4.1 按鍵識(shí)別方法。31</p><p>　　3.4.2 按鍵方法程序框圖32</p><p>　　3.4.3 鍵盤(pán)功能處理33</p><p>　　3.5 LCD顯示程序設(shè)計(jì)34</p><p>　　3.6 PWM占空

14、比調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)35</p><p>　　3.7 反饋電路程序設(shè)計(jì)36</p><p>　　第四章 系統(tǒng)其他相關(guān)技術(shù)38</p><p>　　4.1 抗干擾技術(shù)38</p><p>　　4.2軟件調(diào)試39</p><p>　　4.3系統(tǒng)仿真39</p><p><b>　　第

15、五章 結(jié)論40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p>　　附錄1 程序清單43</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><

16、;b>　　1.1 開(kāi)發(fā)背景</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的KZ—D拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的F—D系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。直

17、流電機(jī)調(diào)速基本原理是比較簡(jiǎn)單的（相對(duì)于交流電機(jī)），只要改變電機(jī)的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。改變電壓的方法很多，最常見(jiàn)的一種PWM脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。</p><p>　　PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電

18、力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。</p><p>　　1.2 選題的目的和意義</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)

19、速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提

20、高工作效率。</p><p>　　傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。</p><p>　　目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没殡S著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，

21、特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。</p><p><b>　　1.3 調(diào)速方法</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式---電樞供電

22、電壓（V） </p><p>　　-----電樞電流（A）</p><p><b>　　---勵(lì)磁磁通（)</b></p><p>　　R ---電樞回路總電阻（）</p><p>　　----電勢(shì)系數(shù)，，p為電磁對(duì)數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)。</p><p>　　由式1可以看出，式中三

23、個(gè)參量都可以成為變量，只要改變其中一個(gè)參量，就可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法：</p><p>　　（1）改變電樞回路總電阻</p><p>　?。?）改變電樞供電電壓</p><p>　　（3）改變勵(lì)磁磁通。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是大功率半導(dǎo)體器件的直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)速方法，其方法就是通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)整脈

24、沖的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓大小的變化?！懊}沖寬了”指的是高電平時(shí)間長(zhǎng)了，低電平時(shí)間短了，是通過(guò)改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間和通電周期的比值（即占空比)來(lái)控制電機(jī)速度，這種方法稱(chēng)為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）簡(jiǎn)稱(chēng)PWM。即供電電壓是寬度可調(diào)的脈沖電壓，當(dāng)脈沖最寬時(shí)，相當(dāng)于直流電，功率最大，轉(zhuǎn)速最高。脈沖寬度減脈沖頻率并沒(méi)有變。脈寬調(diào)制并不是直接調(diào)整電機(jī)的速度，而是改變電機(jī)的功率或扭矩。扭矩大了，換向加快，轉(zhuǎn)速就提高了。

25、</p><p>　　調(diào)速原理如圖1所示。通過(guò)控制脈沖占空比來(lái)改變電機(jī)的電樞電壓。改變占空比的方法有3種：</p><p>　?。?）定寬調(diào)頻法，這種方法是保持不變，只改變，這樣周期（即頻率）也改變；</p><p>　?。?）調(diào)寬調(diào)頻法，保持不變，而改變，這樣也使周期（即頻率）改變；

26、 （3）定頻調(diào)寬法，這種方法是使周期（即頻率）不變，而同時(shí)改變和。</p><p>　　由于前二種方法是改變周期（或頻率），當(dāng)控制頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，用的比較少，因此本系統(tǒng)用的是定頻調(diào)寬法。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加。電機(jī)斷電時(shí)，轉(zhuǎn)速逐漸減小。只有按一定規(guī)律，改變通電時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。</p><p><b>　　

27、圖1.1</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　1.4 總體設(shè)計(jì)思路</p><p>　　單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。PWM是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固

28、定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，通過(guò)單片機(jī)控制，C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。</p><p>　　系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空

29、比來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過(guò)單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。</p><p>　　第二章 總體硬件電路設(shè)計(jì)

30、</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用鍵盤(pán)輸入，LCD顯示。89C51單片機(jī)控制輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)，送到直流電機(jī)，直流電機(jī)通過(guò)測(cè)速電路，濾波電路，和A/D轉(zhuǎn)換電路交數(shù)據(jù)重新送回單片機(jī)，進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的目的。</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖&l

31、t;/p><p>　　2.2 8051擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介</p><p>　　1．8051單片機(jī)的基本組成</p><p>　　8051單片機(jī)由CPU和8個(gè)部件組成，它們都通過(guò)片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其

32、基本組成如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 8051基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2．CPU及部分部件的作用功能介紹如下</p><p>　　中央處理器CPU：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前128個(gè)單元，其地址為00H—7FH

33、。通常說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指這前128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部RAM。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：8051芯片內(nèi)部共有4K個(gè)單元，用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部ROM。</p><p>　　定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，

34、即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)和串行中斷1個(gè)。</p><p>　　3．8051單片機(jī)引腳圖</p><p>　　圖2-3 8051單片機(jī)引腳圖</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片選型</p><p><b>　　地址鎖存器</b></p><p>　　地址鎖存器可以選擇

35、多種，有地址鎖存功能的器件有74LS373、8282、74LS273等，8282是地址鎖存器，功能與74LS373類(lèi)似，但本系統(tǒng)選用74LS373作為地址鎖存器，考慮到其應(yīng)用的廣泛性以及具有良好的性?xún)r(jià)比，成為目前在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)該較廣泛的地址鎖存器。74LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門(mén)的D鎖存器。</p><p>　　當(dāng)使能端呈高電平時(shí)，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實(shí)現(xiàn)鎖存。如果此時(shí)芯片的輸出控制

36、端為低，也即是輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，鎖存器中的地址信息便可以通過(guò)三態(tài)門(mén)輸出。其引腳圖如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 74L373引腳圖</p><p><b>　　2．程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，其中程序存儲(chǔ)器是單片機(jī)中非常重要的存儲(chǔ)器，但由于其存儲(chǔ)空間不足，常常需要對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間

37、進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器常用芯片有EPROM（紫外線可擦除型），如2716（2KB）、2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）等，另外還有＋5V電擦除E2PROM，如2816（2KB）、2864（8KB）等等。考慮到系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性以及程序功能的擴(kuò)展，本系統(tǒng)采用16KB的27128作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，在滿(mǎn)足系統(tǒng)要求的前提下還存有一定的擴(kuò)展空間，是本系統(tǒng)最合適的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。271

38、28的引腳圖如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 27128結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　8051單片機(jī)有128B RAM，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過(guò)128B也需要把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展。常用RAM芯片分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)RAM有6116(2KB)、6264(8KB)等，動(dòng)態(tài)DRAM2164(8K

39、B)等，另外還有集成IRAM和E2PROM。使用E2PROM作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有斷電保護(hù)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展常使用隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，用的較多的是Intel公司的6116容量為2KB和6264容量為8KB。本系統(tǒng)采用容量8KB的6264作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。其引腳圖如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 6264引腳圖</p><p>　

40、　2.2.3 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析</p><p>　　圖2-7 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析</p><p><b>　　接線分析：</b></p><p>　　P0.7---P0.0：這8個(gè)引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是8051不帶片外存儲(chǔ)器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于

41、傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。第二種情況是8051帶片外存儲(chǔ)器，P0.7---P0.0在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。</p><p>　　P2.7---P2.0：這組引腳的第一功能可以作為通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但是并不能像P0口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

42、</p><p>　　P3.7---P3.0：這組引腳的第一功能為傳送用戶(hù)的輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個(gè)引腳不盡相同。</p><p>　　VCC為+5V電源線，VSS為接地線。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用，在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051CPU在P0.7---P0.0引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低8位地址

43、的同時(shí)還在ALE/線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專(zhuān)用地址鎖存器，以便空出P0.7---P0.0引腳線去傳送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。</p><p>　　/VPP：允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器/編程電源線，可以控制8051使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，那么允許使用片內(nèi)ROM；如果=0，那么允許使用片外ROM。</p><p>　　XTAL1和

44、XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接8051片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便于8051片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C1、C2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。</p><p>　　2.3 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 PWM的

45、基本原理</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”

46、來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PWM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-8 PWM方波</p><p>　　設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；D = t1 / T

47、是指占空比。</p><p>　　由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D = t1 / T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度Vd 與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。</p><p>　　2.3.2 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理</p><p><b>　　1．?dāng)?shù)據(jù)

48、比較器</b></p><p>　　具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有74LS6828，74LS6838等8位數(shù)值比較器，4位數(shù)值比較器4585等。本PWM發(fā)生電路通過(guò)兩片4位數(shù)值比較器4585就可實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的產(chǎn)生，因此選用4585作為信號(hào)發(fā)生電路。芯片4585的引腳圖：</p><p><b>　　2．串行計(jì)數(shù)器 </b></p><p&g

49、t;　　系統(tǒng)PWM信號(hào)發(fā)生電路中還使用到一片串行計(jì)數(shù)器，有串行計(jì)數(shù)功能的芯片有4024、4040等，它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但4024是7位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，而芯片4040是一個(gè)12位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)CR為高電平時(shí)，它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間沒(méi)有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖。本系統(tǒng)使用4040作為串行計(jì)數(shù)器，芯片4

50、040的引腳圖如圖2-11所示：</p><p>　　2.3.3 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)及分析</p><p>　　圖2-11PWM信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　PWM波可以由具有PWM輸出的單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)PWM波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用

51、中，當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM信號(hào)發(fā)生電路。</p><p>　　兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計(jì)數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單片機(jī)的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。</p><

52、;p>　　12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接到單片機(jī)C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計(jì)數(shù)器4040每來(lái)8個(gè)脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時(shí)，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（

53、A>B）端得到了PWM的信號(hào)，它的占空比為（255 -X / 255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號(hào)的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　　使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與

54、P1端口相連，升速時(shí)P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。</p><p><b>　　2.4 主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　功率放大驅(qū)動(dòng)芯片有多種，其中較常用的芯片有IR2110和EXB841，但由于IR2110具有雙通道驅(qū)動(dòng)特性，且電路簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格相對(duì)EXB841便宜，具有較高的性?xún)r(jià)比，且對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便，因此該驅(qū)

55、動(dòng)電路采用了IR2110集成芯片，使得該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)功能。</p><p>　　2.4.1 芯片IR2110性能及特點(diǎn)</p><p>　　IR2110是美國(guó)國(guó)際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無(wú)閂鎖CMOS技術(shù)，于1990年前后開(kāi)發(fā)并且投放市場(chǎng)的，IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGB

56、T所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET和IG

57、BT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有快速完整的保護(hù)功能。與此同時(shí)，IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。</p><p>　　2.4.2 IR2110的引腳圖以及功能</p><p>　　IR2110將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動(dòng)電路中使用最多的驅(qū)動(dòng)芯片

58、。其結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，芯片引腳圖如下所示：</p><p>　　圖2-12 IR2110引腳圖</p><p>　　2.4.3 延時(shí)保護(hù)電路</p><p>　　利用IR2110芯片的完善設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)保護(hù)電路。</p><p>　　IR2110使它自身可對(duì)輸入的兩個(gè)通道信號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率MO

59、S器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率MOS器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。</p><p>　　2.4.4 主電路及分析</p><p>　　從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個(gè)電路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)

60、通的。我們可以采取雙PWM信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。</p><p>　　將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，而把IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號(hào)恰好相反。</p><p>　　在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當(dāng)IC1的LO為低電平

61、而HO為高電平的時(shí)候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過(guò)VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此時(shí)IC2的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過(guò)VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。</p><p>　　電源經(jīng)Q1至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過(guò)整個(gè)直流電機(jī)后再通過(guò)Q4到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。</p><p>　　在HI

62、N為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當(dāng)IC1的LO為高電平而HO為低電平的時(shí)候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時(shí)Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過(guò)D1向C1充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。同理可知，IC2的HO為高電平而LO為低電平，Q3導(dǎo)通且Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，此時(shí)Vcc通過(guò)D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。&

63、lt;/p><p>　　電源經(jīng)Q3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過(guò)整個(gè)直流電機(jī)后再通過(guò)Q2到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來(lái)決定的。</p><p>　　設(shè)PWM波的周期為T(mén)，HIN為高電平的時(shí)間為t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那么LIN為高電平

64、的時(shí)間就為T(mén)-t1。HIN信號(hào)的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：</p><p>　　Vout= [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T</p><p>　　= ( 2 t1 – T ) V / T</p><p>　　= ( 2D – 1 )V</p><p>　　定義負(fù)載電壓系數(shù)為λ，λ= Vou

65、t / V， 那么 λ= 2D – 1 ；當(dāng)T為常數(shù)時(shí)，改變HIN為高電平的時(shí)間t1，也就改變了占空比D，從而達(dá)到了改變Vout的目的。D在0—1之間變化，因此λ在±1之間變化。如果我們聯(lián)系改變?chǔ)?，那么便可以?shí)現(xiàn)電機(jī)正向的無(wú)級(jí)調(diào)速。</p><p>　　當(dāng)λ=0.5時(shí)，Vout=0，此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0；</p><p>　　當(dāng)0.5<λ<1時(shí)，Vout為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；

66、</p><p>　　當(dāng)λ=1時(shí)，Vout=V，電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。</p><p>　　圖2-13 系統(tǒng)主電路</p><p>　　2.5 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　1、LM317外觀圖如圖2.11所示：</p><p>　　圖2.11 LM317外觀圖</p><p>　　2、 LM

67、317說(shuō)明</p><p>　　LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如LM317HVH、W317L等。目前大家經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。 </p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸

68、出電壓計(jì)算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 </p><p>　　首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝(1.25V—45V），所以R2/R1的比值范圍只能是0—28.6V。 </p><p>　　其次是317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱(chēng)為最小輸出電流，也

69、有的資料稱(chēng)為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。 </p><p><b>　　3、引腳識(shí)別</b></p>

70、<p>　　要解決317穩(wěn)壓塊最小穩(wěn)定工作電流的問(wèn)題，可以通過(guò)設(shè)定R1和R2阻值的大小，而使317穩(wěn)壓塊空載時(shí)輸出的電流大于或等于其最小穩(wěn)定工作電流，從而保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。此時(shí)，只要保證Vo/（R1＋R2）≥1.5mA，就可以保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作。上式中的1.5mA為317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流。當(dāng)然，只要能保證317穩(wěn)壓塊在空載時(shí)能夠穩(wěn)定地工作，Vo/（R1＋R2）的值也可以設(shè)定為

71、大于1.5mA的任意值。 </p><p>　　當(dāng)然在317穩(wěn)壓塊的輸出端并聯(lián)泄流電阻R，也可以為317穩(wěn)壓塊提供最小穩(wěn)定工作電流。但是，由于并聯(lián)的泄流電阻不能隨輸出電壓的變化而變化，如果要保證317穩(wěn)壓塊在輸出電壓為1.25V時(shí)，其輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流，則在317穩(wěn)壓塊的輸出電壓為37V時(shí)，流過(guò)泄流電阻的電流就太大了，這樣不僅浪費(fèi)了電能，而且增加了317穩(wěn)壓塊的負(fù)擔(dān)，不是一種妥當(dāng)?shù)霓k法。 </p

72、><p>　　實(shí)際應(yīng)用電路圖如圖2.12所示，</p><p>　　圖2.12 電源電路</p><p>　　2.6 鍵盤(pán)輸入電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用鍵盤(pán)，如圖2.13所示。</p><p>　　圖2-13為鍵盤(pán)電路</p><p>　　Key1——key9分別表示數(shù)字鍵1——9，key

73、10表示小數(shù)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用4×3鍵盤(pán)，低電平掃描，由鍵盤(pán)輸入的速度值將在LCD上顯示。鍵盤(pán)工作的原理是將共同點(diǎn)COM通過(guò)穩(wěn)壓電阻與電源VCC相連，在沒(méi)有按鍵被按下的時(shí)Y3、Y2、Y1、Y0端點(diǎn)都為高電平，送入X0、X1、X2的掃描信號(hào)中只有一個(gè)為低電平，其余2個(gè)為高電平，整個(gè)工作分為3個(gè)階段。</p><p>　　判斷key3、key2、key1、key0是

74、否有鍵按下，首先將110B信號(hào)送入X2、X1、X0，即X0為低電平，Y3、Y2、Y1、Y0的情況如下：</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key0被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key1被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1011，表示key2被按下</p><p&g

75、t;　　若Y3、Y2、Y1、Y0為0111，表示key3被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1111，表示沒(méi)有鍵被按下</p><p>　　2、判斷key7、key6、key5、key4是否有鍵按下，首先將101B信號(hào)送入X2、X1、X0，</p><p>　　即X1為低電平，Y3、Y2、Y1、Y0的情況如下：</p><p&g

76、t;　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key4被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key5被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1011，表示key6被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為0111，表示key7被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為111

77、1，表示沒(méi)有鍵被按下</p><p>　　3、判斷key10、key9、key8是否有鍵按下，將011B信號(hào)送入X2、X1、X0讀取Y3、Y2、Y1、Y0的情況：</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key8被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key9被按下</p><p>　　若Y3、

78、Y2、Y1、Y0為1011，表示key10被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1111，表示沒(méi)有鍵被按下</p><p>　　當(dāng)這3個(gè)階段執(zhí)行完后，又進(jìn)入第一階段，繼續(xù)重復(fù)掃描。</p><p><b>　　2.7 顯示電路</b></p><p>　　2.7.1 LCD介紹</p>&l

79、t;p>　　液晶顯示模塊（LCM）由于其具有功耗低、無(wú)電磁輻射、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、接口方便等一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與各種儀表儀器、測(cè)量顯示裝置、計(jì)算機(jī)顯示終端等方面。其中，字符液晶顯示模塊是一類(lèi)專(zhuān)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣式液晶顯示模塊。TS1620字符液晶顯示模塊以ST7066和ST7065為控制器，其接口信號(hào)功能和操作指令與HD44780控制器具有兼容性。字符液晶有81、162、202、402等20多種規(guī)格型號(hào)齊全的字符

80、液晶顯示模塊，均具有相同的引線功能和編程指令，與單片機(jī)的接口具有通用性。下圖為外觀機(jī)構(gòu)。</p><p>　　圖2-14 LCD液晶顯示</p><p>　　2.7.2 TS1620引腳與功能</p><p>　　TS1620的引腳與功能表下表所示。</p><p>　　圖2.15 顯示電路</p><p>　　2.

81、8 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.8.1 PC817光電耦合器</p><p>　　在進(jìn)行電流電壓采集和過(guò)壓保護(hù)是必須進(jìn)行隔離，防止強(qiáng)電流干擾控制模塊。因?yàn)锳D采集必須是模擬信號(hào)，所以在光耦選擇時(shí)本設(shè)計(jì)采用了線性光耦PC817.</p><p>　　當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，半導(dǎo)體二極管發(fā)出光線，照射在半導(dǎo)體光敏晶體管上，光敏晶體管接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)

82、生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。而PC817是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生互相對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。PC817光電耦合器在電路中不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到強(qiáng)電隔離作用。</p><p>　　2.8.2 閉環(huán)反

83、饋電路及分析</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓TL431和PC817線性光耦構(gòu)成的過(guò)壓保護(hù)裝置。首先，對(duì)主電路中的直流電機(jī)任意兩端之間的電壓采集，然后通過(guò)TL431限壓，再通過(guò)線性光耦PC817把電壓反饋到AD0832實(shí)現(xiàn)電壓采集，采集完成后把采集到的數(shù)據(jù)送給MC51處理。其工作原理：當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻R35得到的取樣電壓就與TL431中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成

84、誤差電壓，使光耦電流發(fā)生變化，這時(shí)候通過(guò)PC817隔離后級(jí)AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后給MC51處理，當(dāng)主電路的電壓過(guò)大時(shí)，MC51就停止PWM輸出或改變PWM占空比從而達(dá)到過(guò)壓保護(hù)。具體電路圖如下：</p><p>　　2.8.3 TL431介紹</p><p>　　TL431的電路圖形符號(hào)和基本接線如圖所示：</p><p>　　圖2-16 TL431基本符號(hào)圖&l

85、t;/p><p>　　TL431相當(dāng)于一只可調(diào)式穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來(lái)設(shè)定。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)U0上升時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF＞URF，比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，U0開(kāi)始下降。反之，U0下降會(huì)導(dǎo)致UREF下降，從而UREF＜URF，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，VT截止UO上升。這樣循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，就迫使U0趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且UREF=URF。&

86、lt;/p><p>　　2.9 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)電路經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制的PWM信號(hào)產(chǎn)生電路送來(lái)的PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大電路，形成輸出電壓的波形圖如下圖如示：</p><p>　　直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)由鍵盤(pán)輸入LCD顯示，單片機(jī)產(chǎn)生控制PWM信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)的數(shù)據(jù)，控制直流電機(jī)調(diào)速電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。反饋電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。

87、如附錄2總體電路圖所示。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，利用軟件代替和簡(jiǎn)化硬件，利用基本的硬件電路和軟件技術(shù)達(dá)到系統(tǒng)多功能集成和容易修改的要求。一個(gè)較為簡(jiǎn)單的硬件電路，系統(tǒng)功能的主要實(shí)現(xiàn)是依靠軟件的設(shè)計(jì)來(lái)完成的。本系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為若干個(gè)模塊，分別實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，這樣在系統(tǒng)軟件的調(diào)試過(guò)程中，各個(gè)模塊的獨(dú)立調(diào)試有助于問(wèn)

88、題的發(fā)現(xiàn)和解決，在一定程度上節(jié)約了程序的調(diào)試時(shí)間。</p><p>　　3.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計(jì)算</p><p>　　按照典型II型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)和電阻電容值關(guān)系如下:</p><p>　　Kn = Rn/ R0 Γn = Rn/ Cn Ton = 1/4 R0 * Con</p><p>

89、;　　參數(shù)求法： 電動(dòng)機(jī) P=10KW U=220V I=55A n=1000轉(zhuǎn)/分 電樞電阻R=0.5歐姆 取濾波電路中Ro=40千歐 Rn=470千歐 Cn=0.2uF Con=1uF 則：</p><p><b>　　Umax=220V</b></p><p>　　Umin=（220/0.9）*0.5=122V</p><p>

90、;　　Yi-1=0 W=1000轉(zhuǎn)/分</p><p>　　P=Kp=Rn/Ro=11.7</p><p>　　I=Kp*T/Ti=125</p><p><b>　　3.2 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個(gè)初始值與測(cè)速電路送來(lái)的值相比較得到一個(gè)誤

91、差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖如圖所示。軟件由1個(gè)主程序、1個(gè)中斷子程序和1個(gè)PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是由單片機(jī)P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號(hào)發(fā)生電路，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　主程序流程圖如圖3-19所示：</p><

92、p>　　3.3 PI控制算法子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.3 PI算法流程圖</p><p>　　/*PI控制算法子程序*/</p><p>　　void PID_work()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　negsum=0;possum=0;</

93、p><p><b>　　if(BJ==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　possum+=k1;</p><p>　　temp[2]=temp[2]+temp[0];}</p><p><b>　　else</b><

94、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　negsum+=k1;</p><p>　　temp[2]=temp[2]-temp[0];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　k3=temp[2]/10;</p><p&g

95、t;　　if(possum>negsum)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　k2=possum-negsum; //存儲(chǔ)結(jié)果</p><p><b>　　CY=0;</b></p><p>　　temp[1]=k3+k1; //誤差積累，</p>

96、<p><b>　　{</b></p><p>　　if(CY==1) //16位判斷。</p><p><b>　　UK=0xfe;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　UK=k1+k3; </p><p

97、><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　UK=1;</b></p><p><b>　　P3=UK;</b></p><p><b>　　}</b></p>

98、<p>　　3.4 鍵盤(pán)輸入程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 按鍵識(shí)別方法。</p><p><b>　　判斷是否有鍵按下。</b></p><p><b>　　延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)。</b></p><p>　　再判斷是否真的按下。</p><p>　　是

99、真的按下，則執(zhí)行按鍵處理程序。</p><p><b>　　等待按鍵釋放。</b></p><p>　　在第2步中一般在軟件上調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序來(lái)完成，實(shí)際也是一個(gè)For循環(huán)語(yǔ)句；在第5步中一般在軟件上是用一個(gè)While循環(huán)語(yǔ)句判斷等待按鍵發(fā)生變化而退出該循環(huán)。這兩步在主程序中執(zhí)行要消耗CPU很多時(shí)間，使得CPU的利用率不高。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的情況不建議使用這種方

100、法解決按鍵問(wèn)題。為了提高CPU利用率，可以采用硬件擴(kuò)展鍵盤(pán)識(shí)別專(zhuān)用芯片來(lái)完成，但這樣會(huì)造成成本的上升以及CPU或?qū)Ｓ眯酒馁Y源浪費(fèi)。</p><p>　　為了考慮提高CPU的效率和充分利用CPU的資源等因素，可將第2步和第5步的延時(shí)和等待過(guò)程用其他方式來(lái)代替。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：</p><p>　　定義一個(gè)按鍵是否成功按下標(biāo)志變量KeyCounter；等于1表示按下成功，等于0表示不成功。

101、</p><p>　　定義一個(gè)軟計(jì)數(shù)器加1的整型變量KeyCounter。</p><p>　　所有直接采用While循環(huán)語(yǔ)句或For循環(huán)語(yǔ)句的部分采用If語(yǔ)句代替。</p><p>　　按鍵識(shí)別過(guò)程的方法步驟如下：</p><p><b>　　判斷按鍵是否按下。</b></p><p>　　若按

102、下，則判斷KeyFlag標(biāo)志是否為0。</p><p>　　若KeyFlag標(biāo)志為0，則KeyCounter軟計(jì)數(shù)器加1。</p><p>　　判斷KeyCounter軟計(jì)數(shù)是否到一定的數(shù)值(這一過(guò)程實(shí)際上是按鍵去抖動(dòng)處理)。</p><p>　　若KeyCounter計(jì)到一定數(shù)值上，則判斷按鍵是否真的按下。</p><p>　　若按鍵真的按

103、下，則置KeyFlag為1，表示按鍵按下成功。</p><p>　　開(kāi)始進(jìn)行按鍵對(duì)應(yīng)功能的處理過(guò)程。</p><p><b>　　判斷按鍵是否釋放。</b></p><p>　　若按鍵釋放，則清KeyFlag為0，同時(shí)清KeyCounter軟計(jì)數(shù)器為0。</p><p>　　3.4.2 按鍵方法程序框圖</p>

104、;<p>　　該按鍵識(shí)別過(guò)程的新方法程序框圖如圖3.6所示。在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)循環(huán)語(yǔ)句，從而使得主程序運(yùn)行模塊的效率得提高，保證了CPU的實(shí)時(shí)性。</p><p>　　圖3.4按鍵識(shí)別方法程序框圖</p><p>　　本實(shí)例中，CPU對(duì)電機(jī)啟動(dòng)、停止控制鍵（RUNSTOPKEY）、電機(jī)方向切換鍵（DIRKEY）和鍵盤(pán)按鍵（PWMKEY）的識(shí)別方法與4.3.4相同，只是在框圖

105、中的“按鍵功能處理”不同而已。</p><p>　　3.4.3 鍵盤(pán)功能處理</p><p>　　程序中改變PWM信號(hào)的占空比就可以改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，由ECCP模塊產(chǎn)生的周期是2ms，占空比可調(diào)的方波信號(hào)，通過(guò)設(shè)置ECCP模塊可以得到高電平可調(diào)的數(shù)值范圍在0-250之間，程序中定義MotorPWMData變量用來(lái)存儲(chǔ)該數(shù)值。將該變量參數(shù)傳給Motor_Control（）即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度

106、的控制。而鍵盤(pán)調(diào)節(jié)的是PWM信號(hào)的占空比，其數(shù)值變化范圍0-100之間，需要將0-100之間的占空比數(shù)值轉(zhuǎn)成0-250之間的數(shù)值。 </p><p>　　圖3.5 鍵盤(pán)功能處理框圖</p><p>　　3.5 LCD顯示程序設(shè)計(jì)</p><p>　　LCD顯示驅(qū)動(dòng)單獨(dú)做成一個(gè)源程序文件和頭文件，可以方便以后其他模塊或其他應(yīng)用程序的

107、調(diào)用。在LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊中主要是LCD初始化函數(shù)LCD_Initize()、寫(xiě)LCD命令函數(shù)Write_LCD_Command()、寫(xiě)LCD數(shù)據(jù)函數(shù)Write_LCD_Data()和LCD字符的顯示函數(shù)LCD_Dispstr()。</p><p>　　1 LCD初始化函數(shù)</p><p>　　LCD模塊在系統(tǒng)上點(diǎn)必須進(jìn)行初始化，主要包括對(duì)接口數(shù)據(jù)的總線長(zhǎng)度、顯示行數(shù)、字體類(lèi)型和光標(biāo)的模

108、式控制等。整個(gè)初始化過(guò)程如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 LCD初始化框圖</p><p>　　3.6 PWM占空比調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)軟硬件結(jié)合方式，有效的實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的發(fā)生與調(diào)節(jié)，其程序框圖如下：</p><p>　　3.7 反饋電路程序設(shè)計(jì)</p><p>　　反饋電路將電機(jī)

109、的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，提高了電機(jī)的控制精度，程序優(yōu)化了硬件電路，實(shí)現(xiàn)其實(shí)時(shí)可調(diào)性</p><p>　　圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　圖3.5 PI反饋程序流程圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)其他相關(guān)技術(shù)</p><p><b>　　4.1 抗干擾技術(shù)</b></p><p>

110、;　　針對(duì)直流電機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重的特點(diǎn)，從系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行抗干擾的綜合考慮，并利用多種軟件和硬件技術(shù)來(lái)提高和改善系統(tǒng)的抗干擾能力，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。</p><p>　　干擾現(xiàn)象是電路調(diào)試和設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮和重點(diǎn)解決的問(wèn)題。不同電路其干擾源千差萬(wàn)別，干擾傳播途徑也多種多樣，干擾現(xiàn)象也各不相同，但它們?nèi)杂泄残浴?lt;/p><p>　　本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和調(diào)試

111、中就考慮了這些共性因素，并結(jié)合本系統(tǒng)具體工作環(huán)境和各部分功能電路，采取了必要的抗干擾措施，取得了較理想的效果。</p><p>　　本系統(tǒng)電路的干擾來(lái)源主要來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部，即電源電路干擾、地線干擾、數(shù)字電路對(duì)模擬電路造成的干擾。電源干擾和地線干擾是所有電路設(shè)計(jì)都必須考慮的因素，本文也不例外，當(dāng)然必須考慮。合理選擇良好的電源和地線連接方式是電路可靠工作的重要保證，許多干擾源都是通過(guò)電源和地線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲

112、干擾最大。</p><p>　　因?yàn)楸疚碾娐芳劝M電路也包括數(shù)字電路，而數(shù)字電路運(yùn)行時(shí)輸入和輸出信號(hào)均只有兩種狀態(tài)，即高電平和低電平，且這兩種電平的翻轉(zhuǎn)速度很快，同時(shí)，由于數(shù)字電路基本上以導(dǎo)通或截至方式運(yùn)行，工作速率比較高，故會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生高頻浪涌電流，可能會(huì)導(dǎo)致電路工作不正常;而數(shù)字電路的輸入輸出波形邊沿很陡，含有極豐富的頻率分量，這對(duì)模擬電路來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)高頻干擾源。為了消除以上可能出現(xiàn)的干擾，本系統(tǒng)在設(shè)

113、計(jì)和調(diào)試過(guò)程中反復(fù)嘗試比較，最終采取如下措施，消除了系統(tǒng)干擾。</p><p>　　(l)合理布置電源濾波、退藕電容。</p><p>　　(2)將數(shù)字電路與模擬電路分開(kāi)。</p><p>　　(3)合理設(shè)計(jì)地線。 </p><p>　　(4)盡量加粗接地線和電源線。</p><p><b>　　4.2軟件調(diào)

114、試</b></p><p>　　在程序編寫(xiě)的過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，包括鍵盤(pán)掃描處理、PWM信號(hào)發(fā)生電路的控制、以及單片機(jī)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向等問(wèn)題，雖然問(wèn)題不是很大，但是也讓我研究了好長(zhǎng)時(shí)間，在解決這些問(wèn)題的時(shí)候，我不斷向老師和同學(xué)請(qǐng)教，希望能通過(guò)大家一塊的努力把軟件編寫(xiě)的更完整，讓系統(tǒng)的功能更完備。經(jīng)過(guò)多天的努力探索，也經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)，大部分問(wèn)題都已經(jīng)解決，就是程序還是不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能，這