【正文】 器78 L 05C10. 33 μ FC20. 33 μ FC310 μ F24V 5V 圖 411 24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器 74L05 輸出即為單片機(jī)所要求的 +5V電源。 電路中接入電容 C C2 是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。 大容量的 C3 是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 D 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入 端意外短路時(shí)，給輸出電容器 C3一個(gè)放電通路，防止 C3兩端電壓作用于調(diào)整管的 be 結(jié)，造成調(diào)整管 be 結(jié)擊穿而損壞 。 直流電動(dòng)機(jī) 單片機(jī) 顯示部分 轉(zhuǎn)速傳感器 控制電路 驅(qū)動(dòng) 江南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 4． 2 顯示電路 顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，以節(jié)省單片機(jī)的端口，單片機(jī)通過(guò)中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 190 轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動(dòng)器采用 74LS164 串接 510 歐的限流電阻。 4． 3 控制電路 I N 026m s b2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714ls b2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f ( )16E N A B L E9S T A R T6r e f ( + )12C L O C K10A D C 08 0910K12 M H ZE A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D108051C130 P FC130 P F+51 23≥1A74 A L S 02456≥1B74 L S 028910≥1C74 L S 02 電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 打開(kāi)系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， IN0IN6 線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由 ADDAADDC 線上的地址決定。 ADDC0809 內(nèi)部 “地址鎖存與譯 碼 ”電路便能把 IN0線上模擬電壓送入 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器此時(shí)，若單片機(jī)使 STAR線處于高電平，則 ADC0809 便開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)換，一旦 A/D 轉(zhuǎn)換完成， ADC0809一方面把 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使 EOC 線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)檢測(cè)和響應(yīng)該中斷請(qǐng)求后就通過(guò)使 rd 非變?yōu)榈碗娖蕉?OE 線變高，以便可以從 2128 引線上取走 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機(jī)根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨型脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)74LS245 放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器。 4． 4 驅(qū)動(dòng)電路及原 理 下面主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行一下介紹： 電動(dòng)自行車使用 24V直流電機(jī)， 對(duì)于這種小功率直流電機(jī)的調(diào)速方法一般有兩種。 一種 線性型 ： 使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電阻 R 的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。 另一種 脈寬調(diào)制 型： 脈寬調(diào)速（ PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的 一種調(diào)速方式 ，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的 無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用 PWM 方式控制直流電機(jī)。永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理 永磁式直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓 UD決定，電樞電 UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓 UD降為 0V，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的具體調(diào)速過(guò)程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通電動(dòng)機(jī)因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)） 就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖 441 所示 ： 江南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 脈沖信號(hào) ： t T 轉(zhuǎn)速： VMAX VD VMIN 圖 441 VMAX為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。 VMIN為電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。 VD為二者的平均值。 VD=D * VMAX 式中 D=t/T 稱為占空比 D越大 VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比 D 之間的關(guān)系如 442圖： VD（平均速度） 0 1 D（占空比） 圖 442 由 圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以 近似的看成是線性關(guān)系。因此電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速 VD就可以有占空比 D加以控制。 PWM 調(diào)速分為雙向式和單向式兩種 電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 一種雙向式 在一個(gè)脈沖周期內(nèi) (T=Ta＋ Tb)， T1和 T3導(dǎo)通的時(shí)間為 Ta， T2和 T4導(dǎo)通的時(shí)間為 Tb，這樣在 Ta 這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過(guò)的是正向電流，在 Tb這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng) Ta=Tb 時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)， TaTb 時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)， Ta Tb 時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 另一種單向式 單向式的電路更雙向式相同。不同的是，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， Tb 這段時(shí)間內(nèi)不通過(guò)反向電流，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， Ta 內(nèi)不通過(guò)正向電流。其調(diào)速原理基本與雙向式相 同。單向式與雙向式相比，三極管的開(kāi)關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導(dǎo)通而造成電源短路的情況 ,故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差。外特性、低速性能也不如雙向式好。 圖 445電路 如上圖 445 左所示為雙向式調(diào)速方式下速度與占空比關(guān)系曲線，圖 315右為單向式調(diào)速方式曲線。 綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到電動(dòng)自行車對(duì)調(diào)速精度要求不太高，以及省電，器件損耗等各方面因素，決定采用單向式 PWM?？紤]到編程時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生使 T T T T4 都導(dǎo)通的情況，以至電源短路，燒毀器件。由于采用單片機(jī)控制電機(jī)，如果單片機(jī)的電 源采用與電機(jī)同一電源，雖然經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓、濾波，但是單片機(jī)仍然容易受到電機(jī)以及繼電器的干擾，為了避免干擾，采用光電隔離，單片機(jī)和電機(jī)采用兩套電源。 4N26 光耦一般需要 2mA 以上的驅(qū)動(dòng)電流，由于單片機(jī)的輸出電流只有幾百微安，故需要先接 74LS245 或者接一個(gè)三極管增加驅(qū)動(dòng)能力（ 74LS245 的高電平驅(qū)動(dòng)能力為 15mA）。光耦的輸出再接給達(dá)林頓管，考慮到電機(jī)的短路電流有 2A，故選用 TIP132 型號(hào)的達(dá)林頓管（允許通過(guò)的最大瞬時(shí)江南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 10 電流為 8A）。另外在達(dá)林頓管的 C極和電源的正極之間接一個(gè)耐流為 2A的二極管，這樣在關(guān)斷電源后 ，使繼電器反相，可以讓電機(jī)放電，這樣停車時(shí)車不至于因?yàn)閼T性滑行太遠(yuǎn)而浪費(fèi)能源。因此時(shí)以關(guān)斷了電源，要將電動(dòng)車停下來(lái)而采取的無(wú)謂制動(dòng)不能將電能回饋給蓄電池。 考慮到電動(dòng)自行車對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，距離控制的要求不高，為了簡(jiǎn)化程序和外接電路，所以沒(méi)有考慮采用閉環(huán) PWM 控制，用開(kāi)環(huán) PWM 控制就可以實(shí)現(xiàn)自行車的功能。 脈沖信號(hào) Ta Tb 工作時(shí) Ta 為高電平，通過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)復(fù)合管 T導(dǎo)通，此時(shí) Tb為高電平通過(guò)光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。 K K3為長(zhǎng)閉觸點(diǎn)，所以電動(dòng)機(jī)加正向電壓。當(dāng) Tb 為 底電平時(shí)所有繼電器得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)打開(kāi)， KK3 斷開(kāi) K K4導(dǎo)通。電動(dòng)機(jī)加反向電壓。如果保證 TaTb 則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。通過(guò)改變 Ta 、 Tb 的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。 5 主要器件性能及原理 5． 1 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以 說(shuō)明：