【正文】 根據(jù)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)分析可得到等效的模型，包括電樞繞組及其等效的電阻等。由于每個(gè)磁極下元件中電流方向不變，故此轉(zhuǎn)矩方向恒定，稱為直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。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)。電氣調(diào)速有許多優(yōu)點(diǎn)，如可簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動效率，操作簡單，易于獲得無極調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動控制，因此在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。其中霍爾傳感器輸入為脈沖信號，十分容易與微處理器相連接，也便于實(shí)現(xiàn)信號的分析處理。 利用 H 橋控制的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 本系統(tǒng)先由單片機(jī)發(fā)出控制信號給 H橋再驅(qū)動電機(jī)，同時(shí)通過傳感器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)再通過軟件將測速信號與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，從而決定電機(jī)轉(zhuǎn)速，將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速值送 LED 顯示。本文介紹的電機(jī)控制系統(tǒng)利用 PWM 控制原理， 同時(shí)結(jié)合 霍爾傳感器 來采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，并經(jīng)單片機(jī)檢測后在顯示器上顯示出轉(zhuǎn)速值，而單片機(jī)則根據(jù) 傳感器 輸出的脈沖信號來分析轉(zhuǎn) 速的過程量本系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置有按鍵操作儀表，可用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 而 國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段 。以前電動機(jī)大多使用繼電器 實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)動以及 由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在普遍使用單片機(jī)控制H橋驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)取代模擬電路作為電機(jī)控制器。 H bridge driver。文章中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號的發(fā)生系統(tǒng)，并且對 PWM信號的原理、產(chǎn)生方法以及 如何通過軟件編程對 PWM 信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細(xì)的闡述。此外，本文中還采用了芯片 LN298 作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊。 DC Motor Speed。當(dāng)前電機(jī)控制器 的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所采用的研究方法和手段： 根據(jù)市場需求和發(fā)展趨勢， 本設(shè)計(jì)將介紹一種基于 H 橋驅(qū)動作為基礎(chǔ)、單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生 PWM調(diào)速的 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。 直流電機(jī)控制系統(tǒng)主要是以 AT80C52單片機(jī)為核心組成的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此，由 MCU 內(nèi)部的可編程計(jì)數(shù)器陣列輸出 PWM 波，以調(diào)整電機(jī)兩端電壓與控制波形的占空比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。此外，也可以通過設(shè)置鍵盤來 設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。單片機(jī)的 T0口可對該脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。 由于直流電動機(jī)具有極好的運(yùn)動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡單、價(jià) 格便宜、制造方便、維護(hù)容易，但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。 直流電機(jī)的工作原理 根據(jù)電磁學(xué)基本知識可知，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用。如果直流電動機(jī)軸上帶有負(fù)載，它便輸出機(jī)械能，可見直 流電動機(jī)是一種將電能夠轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的電氣裝置。直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n和其它參數(shù)的關(guān)系可用下式來表示： ??? C RIUn e aNN (22) (22)式中： UN 是電樞電壓， IN 是電樞電流， Ra 是電樞回路總電阻， Ce是電勢常數(shù)，Φ是勵磁磁通。 直流電機(jī)的幾種調(diào)速方法 根據(jù)直流電機(jī)的基本原理，由感應(yīng)電勢、電磁轉(zhuǎn)矩以及機(jī)械特性方程式可知，直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種： 基于 H 橋驅(qū)動直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 5 （ 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U。 （ 2）改變電動機(jī)主磁通 。在電動機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。因此，自動控制的直流調(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。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。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。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。 圖 2 晶閘管－電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（ VM系統(tǒng)） 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。加到電動機(jī)上；當(dāng) VT 斷開時(shí)，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)電樞端電壓為零。脈沖寬度 基于 H 橋驅(qū)動直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 7 調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。 （ 2）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，動態(tài) 抗擾能力強(qiáng)。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)。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準(zhǔn)，如三角波。在電壓比較器的兩個(gè)輸入端輸入 控制信號和三角波信號，則比較器的輸出將按以下規(guī)律變化： Ui Ud 時(shí)，輸出正的電壓 Ucc? ； Ui Ud? 時(shí)，輸出負(fù)的電壓 Udd? 。對電動機(jī)的驅(qū)動離不開半導(dǎo)體功率器件。圖 25 是利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。這樣，對應(yīng)者輸入的電平高低，直流電動機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖25(b)所示?？芍?，當(dāng)電源電壓 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51取決于占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的大小，改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的值就可以改變電樞兩端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。 （ 2）調(diào)寬調(diào)頻法。 前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會引起振蕩，因此這兩種方法很少用。 （ 2）軟件模擬法。從 PWM控制技術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，現(xiàn)在市場上已有許多中。新一代單片機(jī)增加了許多功能，其中包括 PWM 功能。電動機(jī)能在幾個(gè)象限內(nèi)工作與控制方式和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。 主要特性： 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8kB 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 32個(gè)雙向 I/O 口； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷； 時(shí)鐘頻率 024MHz； 2個(gè)串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2個(gè)外部中斷源，共 8個(gè)中斷源； 2個(gè)讀寫中斷口線， 3級加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 管腳說明 圖 7 AT89C52引腳 如圖 7所示 AT89C52P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器如圖 所示，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時(shí)的功能控制。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負(fù)端。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 (IIL)。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令才能將 ALE 激活。 EA/VPP 外部訪問允許。 Flash 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 L298N 為 SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn) 的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片( Dual FullBridge Driver ) ，內(nèi)部包含 4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動器，可同時(shí)驅(qū)動 2個(gè)二相或 1 個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的 IO 端口來提供模擬時(shí)序信號，但在本驅(qū)動電路中用 L297 來提供時(shí)序信號，節(jié)省了單片機(jī) IO 端口的使用。圓盤隨被測軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線只能通過因孔或缺口照射到光電管上。 紅外發(fā)射管和紅外接收管廣泛應(yīng)用于遙控、自控、檢測、計(jì)數(shù)等多個(gè)領(lǐng)域已成為備受關(guān)注的常用器件之一。 紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈，熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問題。 判別紅外發(fā)光二極管的正、負(fù)電極時(shí)。要求反向電阻越大越好。另外，在紅外接收二極管的管體頂端有一個(gè)小斜切平面，通常帶有此斜切平面一端的引腳 為負(fù)極，另一端為正極。 SFH50638 與 RPM638 是 一種 特殊的紅外接收電路，它將紅外接收管與放大電路集成在一體，體積?。ù笮∨c一只中功率三極管相當(dāng)），密封性好，靈敏度高，并且價(jià)格低廉，市場售價(jià)只有幾元錢。從而使電路達(dá)到最簡化！靈敏度和抗干擾性都非常好，可以說是一個(gè)接收紅外信號的理想裝置。如原接收頭尺寸較大，則可方便地選用尺寸與之相當(dāng)?shù)娜我恍吞柎鷵Q，亦可用體積更小的型號代換。廣東技術(shù)師范學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 對于引腳順序相 同的可直接按順序接入，如引腳順序不對，則可用細(xì)導(dǎo)線引接。常見為 455KHz 晶振（對應(yīng)發(fā)射頻率 38KHz），其他有 429KHz、 432KHz、 445KHz、 465KHz、 480KHz 等型號的晶振，相對應(yīng)的發(fā)射頻率分別為 36KHz、 36KHz、 37KHz、 39KHz、 40KHz。 圖 10 輸出端加接反相器 晶振 晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件 ,全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（ VCO）。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。 圖 11 晶振電路圖 分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用 Cv 來改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容 C=Cbe,Cce,Cv 三個(gè)電容串聯(lián)后和 Co并聯(lián)再和 C1串聯(lián)。所以， Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來越小， Cv 變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來越大。 微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振 、陶瓷諧振槽路； RC（電阻、電容）振蕩器。另外如果用鑷子碰晶體另