【正文】 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) 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 43 頁 圖 46(a)共陰極 圖 46(b)共陽 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=。 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 43 頁 圖 55 定時(shí)程序流程 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 43 頁 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語言和 C語言的程序設(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， 將上面的匯編源程序 。 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)間倉促和本人水平有限，在設(shè)計(jì)過程中，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。 其次，學(xué)校在這方面也給我們提供了很大的支持和幫助，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)比較重視，每個(gè)設(shè)計(jì)小組配有專門的指導(dǎo)老師，幫助 我們能順利完成整個(gè)設(shè)計(jì)。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。 由于實(shí)驗(yàn)條件不足沒能做出實(shí)物圖，所以沒有遇到做 PCB板焊接電路之類的硬件設(shè)計(jì)問題。軟件方面利用 C語言進(jìn)行編程，增強(qiáng)了程序的可移植性和靈活性，并且利用 Proteus軟件進(jìn)行仿真更加保證了程序的準(zhǔn)確性。 圖 69 減速后 波形（ COT0=10） 湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 32 頁 共 43 頁 同理，按動(dòng)多次加速鍵后，當(dāng) COT1=0AH＝ 10后，加速檔位到達(dá)最高，不再加速，相當(dāng)于速度 11檔。電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)， Q5一端固定為低電平， Q6 一端為變化的 PWM信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 （ 5）程序加載 在編輯環(huán)境左擊單片機(jī)然后右擊，在彈出的對(duì)話框中將編譯生成的 HEX文件加載到芯片中，設(shè)單片機(jī)的時(shí)鐘工作頻率為 12MHZ。 （ 3）元器件選?。喊丛O(shè)計(jì)要求，在對(duì)象選擇窗口中點(diǎn) P，彈出 Pick devices對(duì)話框，在 Keywords中填寫要選擇的元器件，然后在右邊對(duì)話框中選中要選的元器件，則元器件列在對(duì)象選擇的窗口中如圖 63所示 。 Proteus 的軟件仿真基于處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型 VSM，是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢(shì)就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如 MCS51系列、 AVR、 PIC湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 43 頁 系列等常用的 MCU，以及單片機(jī)外圍電路，比如 LCD， RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED， AD/DA等。我們重點(diǎn)研究了 Proteus 的 ISIS 模塊用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其 ISIS模塊。 如圖 54所示。其運(yùn)算公式為： U(K)=0[ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( )2 ( 1 ) ( 2 ) ]P I DK e n e n K e n K e ne n e n u? ? ? ?? ? ? ? ? (51) 因此要想實(shí)現(xiàn) PID控制在單片機(jī)就必須存在上述算法，其程序流程如圖 52所示。不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣，對(duì)于同一個(gè)數(shù)字或字符，共陰極連接和共陽極連接的字段碼也不一樣，共陰極和共陽極的 字段碼互為反碼。要使哪根發(fā)光二極管，則對(duì)應(yīng)的陰極端接地。 當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED發(fā)光的原理。 顯示電路設(shè)計(jì) LED 簡(jiǎn)介 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。片上 Flash允許 程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 將脈沖信號(hào)接在定時(shí)器 T1上，當(dāng)外部脈沖信號(hào)出現(xiàn)一個(gè)由“ 1”到“ 0”的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器 T1就進(jìn)行計(jì)數(shù)?；魻栐潭ㄔ诰帻X輪外圓 1mm的探頭上，對(duì)面粘貼小磁鋼，當(dāng)測(cè)速齒輪的每個(gè)齒經(jīng)過探頭正前 方時(shí)，改變了磁通密度，霍爾元件就輸出了一個(gè)脈沖信號(hào)。開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器、斯密特觸發(fā)器和輸出級(jí)組成，它輸出數(shù)字量?；魻杺鞲衅魇歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。 IN1IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號(hào)，用來控制 H橋的開與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB引腳則為使能控制端，用來輸入 PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。在本系統(tǒng)中直流電機(jī)需要12V電源，而單片機(jī)、顯示模塊等其它電路需要 5V的電源，因此電路中選用 7805和 7812兩種穩(wěn)壓芯片，其最大輸出電流為 ，能夠滿足系統(tǒng)的要求，其電路如圖 42所示。電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)以速度檔級(jí)數(shù)顯示。 根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。但此種鍵盤的軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡(jiǎn)單，各條檢測(cè)線獨(dú)立，識(shí)別按下按鍵的軟件編寫簡(jiǎn)單。 方案 二：采用 1602LCD液晶顯示器，該顯示器控制方法簡(jiǎn)單，功率低、硬件電路簡(jiǎn)單、可對(duì)字符進(jìn)行顯示。最主要的 是它 對(duì)外部環(huán)境的要求不高，并且工作溫度可以達(dá)到 150176。通過脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成。 方案二：采用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，例如 L298N、 L297N等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠行，所以我們?cè)趹?yīng)用時(shí)只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動(dòng)能力等問題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。因此在本次設(shè)計(jì)選用方案一。 方案二：采用傳統(tǒng)的 AT89C51單片機(jī)作為運(yùn)動(dòng)物體的控制中心。 本控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速是待檢測(cè)的參數(shù)，也是反饋檢測(cè)量，通過測(cè)速電路將直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為反饋信號(hào)輸入單片機(jī)，通過 PID算法來控制 PWM(脈沖寬度調(diào)制 )輸出的占空比，進(jìn)而對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)期設(shè)定值。 （ 2）經(jīng)驗(yàn)法確定 PID參數(shù)。因此，實(shí)際用得較多的還是工程整定法。由于要累加誤差，占用內(nèi)存多，并且安全性較差，考慮到這種情況，在工業(yè)應(yīng)用中，還有一種增量式算法。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)； （ 3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析都表明， PID控制能夠滿足相當(dāng)多工業(yè)對(duì)象的控制要求，至今仍是一種應(yīng)用最為廣泛的控制算法之一。這也是 PWM用于通信的主要原因。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且存采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM脈沖的軟件湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 43 頁 實(shí)現(xiàn)上比較方便。 圖 25 電樞電壓“占 空比”與平均電壓關(guān)系圖 設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 maxV ， 設(shè)占空比為 D=t1/T， 則電機(jī)的平均速度為 aV = DV ?max （ 22） 式中 ， aV — 電機(jī)的平均速度 ； maxV — 電機(jī)全通電時(shí)的速度 (最大 )； D=t1/T— 占空比。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng) 機(jī) 的轉(zhuǎn)速。 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) 。 （ 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(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱 PWM。加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng) VT 斷開時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。 圖 23 晶閘管－電動(dòng)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。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。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)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。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。改變電樞湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 43 頁 電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系 統(tǒng)等。 （ 3）改變電樞回路電阻 R。 aI 變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。對(duì)于直流電機(jī)來說，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速方程式為： ?eK IRUn ?? （ 21） 式中 n— 轉(zhuǎn)速 （ r/min）； U— 電樞電壓 （ V）； I— 電樞電流 （ A）； R— 電樞回路總電阻 （ ? ）； ? — 勵(lì)磁磁通 （ Wb）； K? — 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。此時(shí)載流導(dǎo)體 ab和 cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。絕大多數(shù)的直流電動(dòng)機(jī)都是由電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩而實(shí)現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為 PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖湖北科技學(xué)院本科畢業(yè)論文：傳輸設(shè)備速度控制器的設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 43 頁 動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。 傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過調(diào)節(jié)電阻來實(shí)現(xiàn)的，但這種調(diào)壓方法效率低。直流電機(jī)由于具有速度控制容易，啟動(dòng)制動(dòng)性能良好，且能在寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)而在電