【正文】 ].同濟大學機械學院， 20xx. [14] 羅亞非 ， 凌陽 16 位單片機應用基礎 [M].北京航天航空大學出版社 ， 20xx. [15] Glomb S W. Shift register sequenc e [M].New York:Hoklen ,1967. [16] The Principles and Testing of Sensors of Mileage Fare Meter inTaxi[J].METROLOGY amp。與以往的模擬測速相比較，這種方法不僅精度高，而且維護方便、安全穩(wěn)定。所以為了保證設計系統(tǒng)能夠正常工作，必須對軟件和硬件部分的每一個部分進行調(diào)試和分析。 經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 40Hz 以上，電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在 10Hz 以下，電動機轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。 在對顯示模塊的調(diào)試時， 采用的是在程序中寫入一段需要顯示的內(nèi)容，再把顯示器、電源及單片機最小系統(tǒng)連接起來，然后下載程序至單片機，觀察顯示器能否把需要顯示的內(nèi)容顯示出來，如果能則說明顯示模塊能正常工作，不能則檢測及修改，直至顯示器能顯 示 設定的內(nèi)容。 模塊的單獨測試我采用的是用軟件輔助的方法，針對每個單獨的模塊采用相應的程序檢測每個模塊能否實現(xiàn)其功能。單片機系統(tǒng)電路、 液晶顯示電路、按鍵控制電路、電機驅(qū)動來電路 是本次設計的主要硬件電路 ，其中時鐘模塊電路為附加功能電路 。 減速時： 28 圖 電機減速仿真圖 從上面仿真圖可以看出當減速鍵 按下時， 電機轉(zhuǎn)速減小，同時 LCD 液晶顯示屏上顯示的轉(zhuǎn)速也相應減小。以下是我做的 基于單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng) 中 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、 減速 及轉(zhuǎn)速設定 的調(diào)試結果。 (3) 用項目管理器生成應用。 Keil C51 軟件調(diào)試程序界面如圖 所示 [16]。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。其程序流程圖如圖 所示。本 設計 測速模塊中 應用了 一片擋板 ，所以電機每轉(zhuǎn)一圈，就會產(chǎn)生兩個脈沖，因此我們只需要定時 就可以得到電機 1S 的轉(zhuǎn)速了。 在圖 測速功能 程序流程圖中可以看出，利用單片機進行轉(zhuǎn)速 的 測量比較簡單。 對于小型 直流 電機速度的測量，比較常用的 是 采用脈沖發(fā)生器來檢測速度。定時器 T0 確定 PWM 波的頻率， T1 確定高電平的 所占 時間，這樣改 變T1 的初值就可以改變 PWM 的 占空比。第二種是應用指令延時實現(xiàn) PWM 的輸出，此種方法的分辨率可以達到一個指令周期，但是程序較為復雜。 相對與 用硬件 方法 實現(xiàn) PWM 信號，用軟件 方法 實現(xiàn) PWM 信號具有成本低、限制少、 實現(xiàn)便捷等優(yōu)點。 20 圖 為鍵盤子程序的流程圖。關于按鍵釋放的后沿一般不對其進行處理，這里就不多做說明。所以在鍵盤使用中必須解決抖動問題 [12]。 鍵盤的按鍵方式分為 非接觸式和 接觸式兩種，而在單片機應用系統(tǒng)中一般是用機械式觸點。本節(jié)是對主程序的流程作分析，具體流程圖如圖 所示： 程 序 入 口停 止 鍵 是 否 按 下Y 數(shù) 據(jù) 初 始 化中 斷 初 始 化調(diào) 用 測 速 子 程 序調(diào) 用 鍵 盤 子 程 序調(diào) 用 顯 示 子 程 序結 束N 圖 直流電機調(diào)速系統(tǒng)主流程 19 在圖 中可以看出首先對數(shù)據(jù)初始化然后對中斷初始化。 主程序 由于本設計沒有限制編程方式，所以我選用了自己最熟悉的 C語言編程。 圖 并行模式的寫時序圖 17 整體電路設計 整體電路設計部分見附錄 A 所示 。 16 圖 12864 與單片機的硬件連接圖 從 12864 與單片機的硬件連接圖 中可 以看出， 本次設計采用的 12864 工作在并行模式， 液晶模塊和單片機的連接除了 P0 口的并行 8 位 數(shù)據(jù)線外，還有 RS，RW， E 等幾根線，其中 R/S 是指令和數(shù)據(jù)寄存器的選擇控制線 (串行模式下為片選 )，R/W 是讀寫控制線 (串行模式下是數(shù)據(jù)線 )， E 是使能線 (串行模式下為時鐘線 )。 圖 電機測速電路 顯示模塊 本設計采用 12864 LCD 顯示屏作為顯示設備， 12864 是單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示設備。 圖 矩陣 鍵盤電路硬件圖 15 電機測速電路的設計 理論上，是先將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為某 一種可以方便測量的電量來進行測量，如電壓、電流等。 在本設計 中采用 H 橋功率驅(qū)動電路， H 橋功率驅(qū)動電路可應用于步進電機、直流電機 及交流電機 等的驅(qū)動。 其中輸入電壓為直流 ，后接 1uF和 22uF電容進行濾波。最小系統(tǒng)如圖 所示： 12 圖 STC89C52 最小系統(tǒng) 電源電路 由于整個系統(tǒng)都是用單片機、小型電機和各類芯片以及電阻、電容組成的，其工作電壓為 +5V，不需要負電壓，所以可采用三端固定集成穩(wěn)壓器 LM2940 穩(wěn)壓芯片。 程序的運行速度 取決 于時鐘 的頻率 ，而且 高頻率時鐘的應用 還可以 實現(xiàn)更高的信號的采樣率 。 如圖 所示： 11 圖 DIP40 封裝 STC89C52 引腳圖 （ 2） 復位電路及時鐘電路 復位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊?？梢栽?4V 到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。與此同時，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結合公司自身技術進行改進生產(chǎn)，推廣一批如 51F020 等高性 能單片機 [7]。外界信號主要指來自獨立式鍵盤和紅外光電耦合器接收管的信號；處理接受信號就是對接受的信號進行作用分析，并作出相應處理；輸出信號包括輸出 PWM 波控制電機轉(zhuǎn)動和使數(shù)碼管顯示電機實時轉(zhuǎn)速。 10 第三章 系統(tǒng)硬件 設計 本章將基于上一章為基礎對硬件系統(tǒng)各部分作進一步的分析，并且對硬件 各部分電路加以分析和呈現(xiàn)。 9 顯示模塊： 本設計采用 液晶顯示屏 （ LCD） 作為本設計的顯示模塊 。 驅(qū)動接受來自 和 口的 PWM 波， 然后用來驅(qū)動直流電機。 輸入 控制 模塊：這一部分主要是利用帶中斷的 矩陣 鍵盤來實現(xiàn)對直流電機的控制。要實現(xiàn)這些功能，基本上采用的是由四個開關管構成的 H 型橋式驅(qū)動電路。 本設計不僅要求對電機的轉(zhuǎn)速進行設定，而且要求實現(xiàn)電機的啟動、停止、加速、轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制，勢必需要至少十個以上的按鍵，又 根據(jù)以上的論述， 故 采用方案 二，以提高單片機系統(tǒng)中 I/O 的利用率，從而節(jié)省了單片機系統(tǒng)中的 I/O 端口。 這 種形式的鍵盤結構簡單，且按鍵識別比較容易。 鍵盤的方案 分析 與選擇 鍵盤是單片機不可缺少的輸入設備和實現(xiàn)人機對話的紐帶。 (2) PWM 調(diào)脈寬方式 調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬 、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。 在一個脈沖周期內(nèi)，來自單片機兩個端口的兩個控制信號電平高低相反，這樣兩個控制信號的高電平時差控制著電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。而方法二所產(chǎn)生的誤差主要是標準誤差，并且使采樣時間降到最短，誤差γ =[60/（ T177。同時還可以采用定時的方法：通過定時器記錄脈沖的周期 T，這樣每分鐘的轉(zhuǎn)速： M=60/T。電機轉(zhuǎn)動時，每轉(zhuǎn)半圈 OUT 端輸出一個上脈沖，然后用單片機在單位時間里面來采集上升源的個數(shù)，這樣就完成速度的采集。 方案一：使用測速發(fā)電機測速，電機的輸出電動勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關系，即 E=kn，其中 k 是常數(shù)。 同時又具有 功耗低、體積小、技術成熟和 價格低廉 等優(yōu)點。為很好的實現(xiàn)各模塊功能，分別對每個模塊的設計方案進行了 分析 及選擇。 4 第二章 系統(tǒng)總體方案設計 設計的任務和要求 設 計一個基于單片機的直流電機調(diào)整系統(tǒng)，要求用 PWM 方式控制電機的轉(zhuǎn)速，用獨立式按鍵控制電機的起運，停止，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，在鍵盤和上位機設定電機的轉(zhuǎn)速和方向。 課題研究內(nèi)容及目標 根據(jù) 基于單片機的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng) 要求確定整體的設計方案，完成單片機控制的 PWM 直流電機調(diào)速系統(tǒng) 的 設計。 (2) PWM 及多電平技術： 隨機 PWM 技術為 消除機械和電磁噪音 提供了一種新的 最佳 途徑， 盲目地提高工作頻率 已經(jīng)漸漸被隨機 PWM 技術取代 。 3 PWM 變頻調(diào)速發(fā)展前景 20 世紀末， 隨著 微電子控制技術 、電力電子功率變換 技術 的成熟應用， 交流電動機變頻調(diào)速技術以 得到了驚人的發(fā)展。 我國關于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有：綜合性最優(yōu)控制，補償 PID 控制， PID 算法優(yōu)化。近年來，一些先進國家已推出大規(guī)模使用微機控制為核心的直流電氣傳動設備 [1]。第二，30 年代末，出現(xiàn)了發(fā)電 機 — 電動機， 人們開始 配合采用電機擴大機、電磁放大器、閘流管等控制器件 來實現(xiàn)調(diào)速 。 PWM 直流電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需用的功率元件少、控制方便、線路簡單、開關頻率高、低速性能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬、控制方式多樣化、能與數(shù) 2 字速度給 定信號直接接口等優(yōu)點，在工廠企業(yè)得到廣泛的應用 ，有利于國家工業(yè)化的發(fā)展。所以，電機調(diào)速一直是研究的熱點。 隨著近代電力電子技術和計算機技術的發(fā)展以 及現(xiàn)代控制理論的應用，單片機成為了直流電機調(diào)速不可或缺的部分之一。 PWM IV 目 錄 第一章 前言 ...................................................................................................................................... 1 課題選擇的背景 ....................................................................................................................... 1 課題選擇的意義 ....................................................................................................................... 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ....................................................................................................................... 2 PWM 變頻調(diào)速發(fā)展前景 ........................................................................................................... 3 課題研究內(nèi)容及目標 ................................................................................................................ 3 本章小結 ................................................................................................................................. 3 第二章 系統(tǒng)總體方案設計 ................................................................................................................. 4 設計的任務和要求 .................................................................................................................... 4 系統(tǒng)分析與選擇 ....................................................................................................................... 4 控制器模塊 ....................................................................................................................... 4 顯示模塊的分析與選擇 ..................................................................................................... 4 測速傳感器的分析與選擇 ........................................