【正文】 ............... 19 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 ................................................................ 20 H 橋芯片的工作原理 ................................................................ 21 主電路設(shè)計 .................................................................................................... 24 轉(zhuǎn)速和電流的測量 ....................................................................................... 24 AD 轉(zhuǎn)換 ........................................................................................................ 26 顯示與鍵盤電路 ............................................................................................ 26 第三章 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計 ................................................................................... 28 PID 控制算法原理及 流程圖 ........................................................................ 28 系統(tǒng)部分程序的設(shè)計 …………………………………………………… ....29 單片機(jī)資源分配 …………………………………………………… ...29 程序流程圖 ......................................................................................... 30 結(jié)論 ...................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 34 附錄 ............................................................................................................................. 35 致謝 ............................................................................................................................. 48 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 1 第一章 緒論 課題背景 隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對電機(jī)調(diào)速的研究有著積極的意義 .長期以來，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用于調(diào)速系統(tǒng)中，而且一直在調(diào)速領(lǐng)域占居主導(dǎo)地位，這主要是因為直流電機(jī)不僅調(diào)速方便，而且在磁場一定的條件下，轉(zhuǎn)速和電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩容易被控制；同時具有良好的起動性能，能較平滑和經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)速度。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流控制系統(tǒng)畢竟在理論上和在時間上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流系統(tǒng)的基礎(chǔ)，長期以來，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)。 本設(shè)計是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，以 2A、 1000r/min 小 直流電機(jī)為控制對象， L298N 為 H橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 2 第二章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 本設(shè)計的任務(wù)是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以 小 直流電機(jī)為控制對象，實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用 PID 控制算法?！?1】 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，提出如圖 框圖。功能強大的 at89c52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜 的 控制應(yīng)用場 合。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時／計數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(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，因為內(nèi) 部存在上拉電阻某個 引腳 被外部信號拉低時會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOvxDPTR 指令）時， P2 送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 P3口輸出緩沖級可驅(qū)動 (吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 5 此外， P3口還接收一些用于 FLASH閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE脈沖。 ⑨ PSEN：程序儲存允許 PSEN 輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。如 EA端為高電平（接 Vcc端） , CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。對沒有定義的單元讀寫將是無效的，讀出的數(shù)位將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。 由于 AT89C52具有 256字節(jié)內(nèi)部 RAM。由此將Ｐ 0 口地址送于 74ＨＣ 373鎖存，以便下一時刻，Ｐ０口傳送數(shù)據(jù)。 圖 8255 引腳圖 ② CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時 ,即 /CS=0時 ,表示芯片被選中，允許 8255與 CPU 進(jìn)行通訊 。 ⑥ PA0～ PA7:端口 A輸入輸出線，一個 8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器 /緩沖器， 一個 8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 8255 有 4 個內(nèi)部緩存器，分別是 A 端口緩存器、 B 端口緩存器、 C 端口緩存器及控制緩存器。 74HC373其主要電器特性的典型值如下 (不同廠家具體值有差別 ): 型號 tPd PD 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW 373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。當(dāng) LE 為低電平時， O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。 1腳和 15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。表 2.3是 L298N功能邏輯圖。 下圖是其引腳圖： 圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 12 圖 圖 路的專用芯片 L298所組成的電機(jī)驅(qū)動電路。有兩個模擬信號輸入端，分別為 10V輸入端和 20V輸 入端，各自都既允許單極性輸入，也允許雙極性輸入。 AD574 可以通過簡單的三態(tài)門 、鎖存器接口與微機(jī)的系統(tǒng)總線相連接，也可以通過編程接口與系統(tǒng)總線相連接。 1LBS ③轉(zhuǎn)換速率： 25us ④模擬電壓輸入范圍： 0— 10V 和 0— 20V， 0— 177。 [1]. Pin1(+V)—— +5V電源輸入端。與 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。 [7]. Pin7(V+)—— 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 [11]. Pin(V)—— 負(fù)電源輸入端，輸入 15V 電源。 [15]. Pin15(DGND)—— 數(shù)字地端。 AD574工作時序的控制功能狀態(tài)表。輸入偏置電壓的調(diào)整只需在偏置端 (2 腳 )調(diào)整即可 ,并且在不降低偏置電流的情況下 ,帶寬允許 1MHz,其主要技術(shù)指標(biāo)有 : 工作電壓： +5+18V 采樣時間： 10us 可與 TTL、 PMOS、 CMOS兼容 當(dāng)保持電容為 時，典型保持步長為 低輸入漂移，保持狀態(tài)下輸入特性不變 在采樣或保持 狀態(tài)時高電源抑制 下圖為 集成采樣 /保持器 LF398 引腳圖。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以 實現(xiàn) 旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。 結(jié)構(gòu)參數(shù)（ mm） ： 圖 引腳說明： 1： + 15V 2： 0V(電源地 ) 3： Vout 4： 15V 表 結(jié)構(gòu)參數(shù) 型號 CS010G CS020G CS030G CS040G IPN 原邊額定輸入電流 10 20 30 40 A IP 原 邊 電 流 測 量 范圍 0 ～177。80 A 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 18 VSN 副邊額定輸出電壓 1177。5%） V IC 電流消耗 VC=177。1 mV/℃ Tr 響應(yīng)時間 ≤3 μs f 頻帶寬度（ 3dB） DC～ 20 kHz TA 工 作 環(huán) 境 溫度 –25～ +85 ℃ TS 貯 存 環(huán) 境 溫度 –40～ +100 ℃ RL 負(fù)載 電阻 TA=25℃ ≥10K Ω 使用說明 ，當(dāng)待測電流從傳感器穿芯孔中穿入，即可從輸出端測得與被測電流一一對應(yīng)的電壓值。而 MCS51 系列單片機(jī)作為應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，卻沒有 PWM 輸出功能，本文采用定時器配合軟件的方法實現(xiàn)了 MCS51單片機(jī)的PWM輸出調(diào)速功能 ,這對 精度要求不高的場合是非常實用的。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。脈沖越窄，各 i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。 SPWM波形 —— 脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形。用單片機(jī)控制 H橋芯片 使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。電路得名于 “H橋式驅(qū)動電路 ”是因為它的形狀酷似字母 H。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 當(dāng)三極管 Q1和 Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時針方向）。如果三極管 Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管 直接回到負(fù)極。 4 個與門同一個 “使能 ”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。如果 DIR－ L信號為 0， DIR－ R信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電 流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖 所示）；如果 DIR－ L 信號變?yōu)?1，而 DIR－ R 信號變?yōu)?0，那么 Q2和 Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機(jī)。主電路設(shè)有 H橋型二級管電路作為保護(hù)電路。 電源部分如圖 。 CS040G 應(yīng)用霍爾效應(yīng)開環(huán)原理的電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。而電流隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的不同會有正負(fù)之分，因此 AD574 采用雙極性接法。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。 8255A口的 PA3 到 PA0分別控制 4位 LED的選通，ＰＢ口則進(jìn)行８位筆段代碼的傳輸。 增量式 PID控制算法可以通過（式 ）推導(dǎo)出。 物理模型 : 圖 PID增量式控制算法原理圖 圖 在實際編程時 α0 、 α1 、 α2 可預(yù)先算出，存入預(yù)先固定的單元，設(shè)初值 e（ k1）、 e（ k2）為 0。 實現(xiàn)顯示（按照人機(jī)對話功能顯示各種不同參數(shù)） 不斷地進(jìn)行鍵掃描，判斷是否有鍵按下。 中斷程序流程如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 31 圖 主程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 32 圖 中斷程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明說（畢業(yè)論文） 33 結(jié)論 ： 本次設(shè)計我做的是直流電機(jī)調(diào)速，以前也接觸過，是在實訓(xùn)的實驗臺上實現(xiàn)。 本設(shè)計的任務(wù)是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，以 小 直流電機(jī)為控制對象，實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)、采用 PID控制算法。采用 PID 控制算法，調(diào)節(jié) PWM 占空比從而控制電機(jī)兩端電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。用實驗室現(xiàn)有的資源編譯了我的程序，并且通過了編