【正文】 理：以歸一化的方法將有量綱的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成無量綱的數(shù)據(jù)表達(dá)。 a) 共陽極管 b) 腳配置示意圖 共陽極七段LDE顯示器 通常的七段LED顯示器中只有八個發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示器。數(shù)據(jù)傳輸原則上為全雙工方式，4位到16位數(shù)據(jù)幀由主機(jī)發(fā)送到從機(jī)或由從機(jī)發(fā)送到主機(jī)。由人眼的視覺特性，每一位LED在一秒內(nèi)點(diǎn)亮次數(shù)不小于30次，其效果和一直點(diǎn)亮相差不多。要想每位顯示不同的字符，必須采用動態(tài)掃描顯示方式，即在每一瞬加只使某一位顯示相同的字符。靜態(tài)顯示時，需要8N根I/O控制，占用I/O資源比較多；動態(tài)顯示，可以簡化電路、降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極分別由相應(yīng)的I/O口線控制。 測速硬件調(diào)試 光電編碼器測速實(shí)物圖 示波器測得的光電編碼器的信號 單片機(jī)測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過對比示波器測得的方波信號的頻率和數(shù)碼管顯示的頻率基本一致。表達(dá)式為：。若在調(diào)制盤上開有個缺口，設(shè)轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速表達(dá)式： ()表達(dá)式中：為測量計(jì)數(shù)時間，為時間內(nèi)單片機(jī)捕獲的脈沖數(shù)。在本設(shè)計(jì)中采用脈沖式光電編碼器。 TIP127和TIP122電氣特性符號參數(shù)測試條件最小值最大值單位集電極截止電流 VmA集電極截止電流VmA發(fā)射極關(guān)斷電流2mA集電極—發(fā)射極飽和電壓A mAA mA24VV基極—發(fā)射極電壓A VV直流增益A VA V10001000注：對于PNP類型的TIP127幅值為負(fù)TIP122和TIP127的電氣特征曲線圖： NPN PNP NPN PNP 光電編碼器測速 光電編碼器介紹由于光電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、體積小、價(jià)格便宜、響應(yīng)快、性能穩(wěn)定及具有很高的靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，因此在檢測和自動空控制等領(lǐng)域中應(yīng)用很廣。 通用板制作的H橋驅(qū)動電路 產(chǎn)生PWM信號的硬件電路a) 開關(guān):使產(chǎn)生上升沿中斷用來控制flag的狀態(tài)；b) 電位器：，產(chǎn)生0～；c) 消抖電路：使開關(guān)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的上升沿中斷；開關(guān)、電位器、。H橋的上峭壁是由PNP型的MOS管構(gòu)成，MOS管的型號為TIP127，該管基極在高電平時截止，低電平時導(dǎo)通；H橋的下峭壁是由NPN型的MOS管構(gòu)成，MOS管的型號為TIP122，該管基極在高電平時導(dǎo)通，低電平時截止。是直流電機(jī)直接通電時的速度(全速)，只跟電機(jī)本身的特性相關(guān)，電機(jī)一定時，為一個定值。用脈寬調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。PWM調(diào)速原理:PWM控制是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)解，來有效的獲得所需要的波形。M++__Q1Q2Q3Q4 H橋驅(qū)動電路逆時針轉(zhuǎn)動在直流電機(jī)控制中常用H橋電路作為驅(qū)動器的功率驅(qū)動電路。MS1S3S2S4GNDVCC H橋功率驅(qū)動原理，當(dāng)Q1與Q4導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。為了避免直通短路且保證各個開關(guān)管動作的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號理論上要求互為倒相，而實(shí)際必須相差一個足夠長的死區(qū)時間，這個校正過程既可通過硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時，也可通過軟件實(shí)現(xiàn)。SS2為一組，SS4為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時，另一組必須關(guān)斷。f) 可靠性。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通。目前在直流電動機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。 PWM的調(diào)制方法PWM有三種調(diào)制方法：a) 定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變，這樣使周期T也隨著而改變。為適應(yīng)小型直流電機(jī)的使用需求，各半導(dǎo)體廠商推出了直流電機(jī)控制專用集成電路，構(gòu)成基于微處理器控制的直流電機(jī)伺服系統(tǒng)。 直流電動機(jī)三種調(diào)速方法比較調(diào)速指標(biāo)調(diào)節(jié)電源電壓電樞串聯(lián)電阻減弱勵磁調(diào)速方向從向下調(diào)速從向下調(diào)速從向上調(diào)速在一般靜差率要求下的調(diào)速范圍4～82～3～2調(diào)速平滑性好差差調(diào)速相對穩(wěn)定性好差較好容許輸出橫轉(zhuǎn)矩橫轉(zhuǎn)矩恒功率電能損耗較小大小設(shè)備投資多少少較少：改變電樞回路的串聯(lián)電阻這種調(diào)速方法只能進(jìn)行有級調(diào)速，平滑性差、機(jī)械特性軟、效率低，這種方法缺點(diǎn)很多，所以目前很少采用；改變磁通φ進(jìn)行調(diào)速，只能減弱磁通，使電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小，這種方法往往與高壓調(diào)速配合使用；調(diào)節(jié)電樞電壓，這種方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，動態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)目前，大多數(shù)氣動調(diào)速系統(tǒng)都使用電樞控制法。直流電動機(jī)的構(gòu)造：分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子，定子包括：主磁極，機(jī)座，換向極，電刷裝置等。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。PID控制器+_直流電機(jī) 增量式PID控制算法示意圖3 測速系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的介紹 直流電機(jī)的定義和特性定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。因?yàn)锳/D集成模塊的精度為10位，則電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的范圍為0～1024，傳遞到單片機(jī)中，通過歸一原理，將其轉(zhuǎn)化為0～5000之內(nèi)的轉(zhuǎn)速或者0～10000之內(nèi)的頻率，并通過七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。SS2為一組，SS4為一組，這兩組狀態(tài)互補(bǔ)，當(dāng)一組導(dǎo)通時，另一組必須關(guān)斷。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速通過光電編碼器，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一些列的方波電信號，反饋到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行誤差分析，通過PID控制對系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行改善提高，最后七段數(shù)碼管將設(shè)定的速度和光電編碼器測出來的速度顯示出來，進(jìn)行比對。ARM低能耗庫是為實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)低能耗并使硅晶面積最小化而優(yōu)化設(shè)計(jì)的。在180ULL工藝上使用ARM標(biāo)準(zhǔn)單元庫時， ARM 憑借其作為低能耗技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者和創(chuàng)建超低能耗設(shè)備的主要推動者的豐富專業(yè)技術(shù)，使得CortexM0處理器在不到12K門的面積內(nèi)能耗僅有85微瓦 /MHz ()。電路原理圖的設(shè)計(jì)就是放置器件并把相應(yīng)的器件引腳用導(dǎo)線連接起來，并修改元件的屬性。對可編程器件可靈活的外掛各種編譯、編輯工具，使用非常方便。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它具備多內(nèi)核仿真及芯片級外部設(shè)備仿真技術(shù)，支持ARM11/ARM9/ARMCortexM3/CortexM0、XScale、805AVR等內(nèi)核調(diào)試，多接口調(diào)試技術(shù)，支持RDI、JDI、AGDI等接口的仿真器；性能分析器，可以快速定位死區(qū)代碼、死區(qū)變量，幫助優(yōu)化代碼。它是基于虛目錄管理機(jī)制，輕松管理擁有幾百個文件的復(fù)雜項(xiàng)目，與主流的上游廠商合作密切，能便捷地導(dǎo)入RVDSKeil、ADS、IAR的工程，可以根據(jù)文件類型和狀態(tài)顯示圖標(biāo)，提供大量模板工程，工程內(nèi)檢索、替換功能完備，且是針對目標(biāo)進(jìn)行工程管理，可以快速地將一份代碼發(fā)布到系列芯片的不同平臺上。直流電機(jī)在家用電器，電子儀器設(shè)備，電子玩具，錄像機(jī)及各種自動控制中也都有廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。關(guān)鍵詞 脈寬調(diào)制 直流電機(jī) PID控制算法 H橋驅(qū)動畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Title Based On The LPC1114 PWM Speed Controller System of The DC Motor_Drives_ ____AbstractDC motor has a good speed adjustable performance. In this paper , the design of the closed loop DC motor system is presented. Based on the mathematic model of separately excited DC motor， the control structure of the single feedback loop controlled DC velocity modulation system was obtained. With Tiny M0 as controlling core，Hbridge motor driven circuit and optoelectrical coder feedbackbased controlling circuit of DC velocity modulation system were designed ；in this paper ，how to produce the PWM single from the chip and studies the use of singlechip PWM signal in order to achieve control of DC motor speed control method and the incremental PID algorithm and the velocity controlling program were investigated at the same time. Using the new design， a kind of DC motor velocity controlling method with feature of low cost and no static error was realized.Keywords PWM DC motor PID Hbridge目 次1 緒論……………………………………………………………………………………1 課題的研究意義………………………………………………………………………1 開發(fā)工具介紹…………………………………………………………………………1 LPC1114微控制器介紹………………………………………………………………32 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………5 系統(tǒng)框架流程圖…………………………………………………………………5 模塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………63 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………9 直流電動機(jī)介紹…………………………………………………………………9 驅(qū)動電路介紹………………………………………………………………………11 H橋驅(qū)動原理………………………………………………………………………13 H橋驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………16 光電編碼測速器…………………………………………………………………24 顯示電路…………………………………………………………………………284 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………32 PWM信號軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………32 測速軟件流程設(shè)計(jì)………………………………………………………………34 PID算法介紹…………………………………………………………………35 SPI控制74HC595驅(qū)動數(shù)碼管………………………………………………395 總體測試與分析……………………………………………………………………41 LPC1114引腳分配………………………………………………………………41 系統(tǒng)測試結(jié)果……………………………………………………………………41 系統(tǒng)結(jié)果及分析……………………………………………………………………43結(jié)論 …………………………………………………………………………………44致謝 ………………………………………………………………………………45參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………46附件A……………………………………………………………………………………471 緒論本文主要研究了利用單片機(jī)，通過PWM方法控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。以TinyM0為核心設(shè)計(jì)了直流調(diào)速系統(tǒng)的H橋電機(jī)驅(qū)動電路和光電碼盤反饋控制電路，研究了利用單片機(jī)如何產(chǎn)生PWM信號和控制PWM信號從而實(shí)現(xiàn)對直流轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法，同時研究了數(shù)字增量式PID 控制算法和程序，實(shí)現(xiàn)了低成本的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速無靜差控制方法。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制。隨著電子電力技術(shù)，微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以