【正文】 單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖及單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖8051單片機(jī)PWM信號(hào)的產(chǎn)生與放大直流電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)濾波電路A/D轉(zhuǎn)換 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介1．8051單片機(jī)的基本組成 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。其基本組成如下圖所示： 2．CPU及8個(gè)部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。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。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)稱內(nèi)部RAM。特殊功能寄存器：是用來(lái)對(duì)片內(nèi)各部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個(gè)單元，其地址為80H—FFH。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)稱內(nèi)部ROM。并行I/O口：8051芯片內(nèi)部有4個(gè)8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：它是用來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。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。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，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)。振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成8051單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。3．8051單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片簡(jiǎn)介1．地址鎖存器74LS37374LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門(mén)的D鎖存器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：當(dāng)使能端G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。以下是其引腳圖： 2．程序存儲(chǔ)器27128(1)芯片引腳 （2）功能表 引腳 工作方式（片選）（允許輸出）VPP（編程控制）輸出讀LLVCCH數(shù)據(jù)輸出維持H*VCC*高阻編程LHVPPL數(shù)據(jù)輸入編程校驗(yàn)LLVPPH數(shù)據(jù)輸出編程禁止H*VPP*高阻3．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264（1）芯片引腳 （2）芯片功能表 引腳工作方式I/O0—I/O7未選中H***高阻未選中*L**高阻輸出禁止LHHH高阻讀LHLH數(shù)據(jù)輸出寫(xiě)LHHL數(shù)據(jù)輸入寫(xiě)LHLL數(shù)據(jù)輸入 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析接線分析：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。第二種情況是8051帶片外存儲(chǔ)器，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。：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)。：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入/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，如下表所示：P3口的位第二功能注釋RXD串行數(shù)據(jù)接收口TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口外中斷0輸入外中斷1輸入T0計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)輸入T1計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)輸入外部RAM寫(xiě)選通信號(hào)外部RAM讀選通信號(hào) VCC為+5V電源線，VSS為接地線。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)，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用地址鎖存器。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051自動(dòng)在ALE/線上輸出頻率為1/6 fOSC的脈沖序列。該脈沖序列可以用作外部時(shí)鐘源或者作為定時(shí)脈沖源使用。 / 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。：片外ROM選通線，在執(zhí)行訪問(wèn)片外ROM的指令MOVC時(shí)，8051自動(dòng)在線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于片外ROM芯片的選通。其他情況下，線均為高電平封鎖狀態(tài)。RST/VPD：復(fù)位備用電源線，可以使8051處于復(fù)位工作狀態(tài)。XTAL1和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CC2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。第二節(jié) PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) PWM的基本原理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。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”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又被稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如下圖所示： 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是指占空比。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。 PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 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)