【正文】 ，并給出了仿真結(jié)果。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。圖21直流電機(jī)的物理模型圖直流電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖22所示。圖22 直流電機(jī)原理圖 直流電機(jī)調(diào)速方法根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)分為自勵(lì)和他 勵(lì)兩種類型。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。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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。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。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。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。且技術(shù)落后，因此擱置不用。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。 圖24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。圖24 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （a）原理圖　　 （b）電壓波型采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。與VM系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）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。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。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。 如圖22所示，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)，速度逐漸減少。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。目前提出的控制算法有很多。 數(shù)字PID算法模擬PID控制器的基本算式為： （23）式中，為比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)，為微分時(shí)間常數(shù)。因此,式（27）又稱為位置型PID算式。由式（27）可以得到（k1）次的PID輸出表達(dá)式： （211）由式（27）與式（211）可得 （212） 數(shù)字PID參數(shù)整定方法PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有很多，但可歸結(jié)為理論計(jì)算法和工程整定法兩種。（1）擴(kuò)充臨界比例度法。圖26 增量式PID框圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案調(diào)速系統(tǒng)的硬件原理方框圖如圖31所示，本系統(tǒng)由6個(gè)部分組成，單片機(jī)系統(tǒng)是核心，其外圍電路有五個(gè)部分：輸入電路，電源，驅(qū)動(dòng)電路，顯示電路，測(cè)速電路。AT89S52單片機(jī)是AT89S51的升級(jí)版，擁有更多功能，它的算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。若采用89C51需要做RAM，ROM來(lái)擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動(dòng)電路中采用了大量的晶體管相互連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降，我們知道在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中可靠性是一個(gè)非常重要的方面?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用方案二。方案二：采用對(duì)射式光電傳感器。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是將測(cè)速發(fā)電機(jī)固定在直流電機(jī)的軸上，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)測(cè)速電機(jī)的軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此測(cè)速發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計(jì)沒有采用此方案。 顯示電路設(shè)計(jì)方案在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要對(duì)參數(shù)、工作方式以及電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的顯示，因此在整個(gè)系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)一個(gè)顯示模塊，考慮有三種方案： 方案一：使用七段數(shù)碼管（LED）顯示。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求以及成本考慮，顯示模塊選用方案一。方案二：采用行列式鍵盤，這種鍵盤的特點(diǎn)是行線、列線分別接輸入線、輸出線。 電源模塊設(shè)計(jì)方案電源是任何系統(tǒng)能否運(yùn)行的能量來(lái)源，任何一種電力系統(tǒng)電源模塊都是不可或缺的，對(duì)于該模塊考慮下兩種方案：方案一：通過(guò)電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡(jiǎn)單，但對(duì)能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)AT89S52LED顯示電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)霍爾測(cè)速電路鍵盤電源圖41 系統(tǒng)組成框圖鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，另一口輸出低電平，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)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。每次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后開始顯示，停止時(shí)LED顯示出“0000”。其中輸出腳（SENSEA和SENSEB）用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻，Vs接邏輯控制的電源。這樣單片機(jī)產(chǎn)生的PWM脈沖控制L298N的選通端，使電機(jī)在PWM脈沖的控制下正常運(yùn)行，其中四個(gè)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用。霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。 霍爾器件測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速裝置由一個(gè)測(cè)速齒輪和霍爾傳感器構(gòu)成。如果單片機(jī)在1s 內(nèi)檢測(cè)到N 個(gè)脈沖信號(hào)，就表明電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的周數(shù)n=N/24。 圖44(a)測(cè)速齒輪 圖44（b）霍爾傳感器安裝示意圖 AT89S52的簡(jiǎn)介 AT89S52主要性能AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；八個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。 LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 圖46(a)共陰極 圖46(b)共陽(yáng)極 圖46(c)管腳圖其中：圖（a）為共陰極結(jié)構(gòu)，8斷發(fā)光二極管的陰極端連接在一起，陽(yáng)極端分開控制，使用時(shí)公共端接地，要使哪根發(fā)光二極管，則對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極端接高電平。圖“c”為引腳圖，從ag引腳輸入不同的8位二進(jìn)制編碼，可顯示不同的數(shù)字或字符。因此，通過(guò)檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下。采用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)試修正，最后取P=10，I=2，D=。 圖55 定時(shí)程序流程6 系統(tǒng)調(diào)試 keilC51軟件簡(jiǎn)介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(yǔ)言和C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用。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)。ISIS界面如下：圖62 ISIS界面以下為本系統(tǒng)在Proteus中的仿真流程：（1）新建文件：打開Proteus點(diǎn)File，在彈出的下拉菜單中選擇New Design，在彈出的圖幅選擇對(duì)話框中選Default。（4）程序編譯點(diǎn)菜單Source→Add/Remove source Files”，選擇ASEM51編輯器。 仿真結(jié)果分析啟動(dòng)仿真后，初始狀態(tài)，H橋兩端均為低電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)。倘若此時(shí)按啟停按鈕，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，回到圖64狀態(tài)。本系統(tǒng)采用鍵盤輸入有關(guān)控制信號(hào)及參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)，并在LED上實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速。不僅讓我對(duì)學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。鑒于時(shí)間倉(cāng)促和本人水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，難免在設(shè)計(jì)上存在一定的缺陷，請(qǐng)各位老師多多指正。老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、誨人不倦的態(tài)度和學(xué)術(shù)上精益求精的精神讓我受益終生。謝謝大家。 //比例常數(shù) code int KD=Kd。 TMOD |= 0x05。 //低優(yōu)先級(jí) 22 ET0=0。= 0x0F。 PT1=0。 //P3^5=1 } //======================================= void Ini_T2(void)//T2：定時(shí)器16重裝時(shí)間初值方式 { RCLK=0。 //定時(shí)器 CP_RL2=0。 ET2=1。 //外中斷開啟 PX0=0。 //低優(yōu)先級(jí) } 23//================================================ //用于L電機(jī)測(cè)速 void ExInt0 (void) interrupt 0 { sLrpm=sLrpm+20。 } PWML=!(PwmCyc=PwmValL)。 mLrpm=filter(Lrpm)。 ExSec=0。 } else {DispDigit(PwmValL+10,0)。 subb=1 。(PwmValL1)) { ML_D1=1。 } else { PwmValL=0。 ML_D2=!ML_D2。 DispDigit(PwmValL+10,0)。 } } } } 主程序（） void main (void) { 26 Ini_ExInt()。 delay_1ms(10)。 PwmValR=0。 RXD=0。 P2=0xFF。 TXD=1。 ExTimer=0。 } else {DispDigit(16,PwmValL+10)。 fanxiang=1。 if (stop==0) { if((PwmValL1)amp。 PwmValL=30。 } } } if (fanxiang==0) { delay_1ms(10)。amp。 28 if ( acc==0 ) { PwmValL=PwmValL+1。 DispDigit(0,PwmValL+10)。 } } if (subb==0 ) { delay_1ms(10)。 else DispDigit(16,PwmValL+10)。 ML_D2=!ML_D2。 } else { PwmValL=0。(PwmValL1)) { ML_D1=1。 subb=1 。 27 } else {DispDigit(0,PwmValL+10)。amp。 sRrpm=0。=0xFE。 Lrpm[0]=1。 P2amp。 //全局中斷開 PwmCyc=cPwmCyc。 Ini_T1()。 if (subb==0 ) { PwmValL=PwmValL5。 } } if ( acc==0 ) { delay_1ms(10)。 } } } 25 if (fanxiang==0) { delay_1ms(10)。 PwmValL=30。 if (stop==0) { if((PwmValL1)amp。 fanxiang=1。 TF2=0。 } ExSec++。 ExTimer++。} } //================================================ void timer2 (void)