【正文】 4 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路的論證與選擇 （一）方案一：選擇橋式可逆 PWM 變換器作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 圖 形橋式電路 例如，當(dāng)三極管 Q1與 Q3 同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，電流從電源正極通過 Q1和 Q3 回到電源的負(fù)極。 E. 低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍舊較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。當(dāng)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)時(shí)，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。 (2) 數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加 6 簡(jiǎn)單。因此在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用編碼鍵盤不多。 、體積小、有很高的可靠性。 和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 ,2路 PWM,8 路高速10位 A/D 轉(zhuǎn)換 (250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 M法是在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間內(nèi) ,通過檢測(cè)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn) 8 生的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)速。 M/T法是通過同時(shí)測(cè)量檢測(cè)時(shí)間和在此檢測(cè)時(shí)間內(nèi)光電脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的個(gè) 數(shù)來確定轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)有6個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、電機(jī)速度的加減、電機(jī)的啟動(dòng)和急停。 3. 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體 和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 VCC 的 5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端。電源電路如圖 所示。若顯示數(shù)字幾乎不變，則說明電機(jī)工作十分穩(wěn)定；與之相反，顯示數(shù)字不停地變化，則說明電機(jī)工作非常不穩(wěn)定。 在按鍵電路中， ~ 分別連接到 6個(gè)按鍵。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸 引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（ 常開觸點(diǎn) ）吸合。這時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路與電源斷開。 17 L e d 1L E DL e d 2L E DR 12 0 0R 22 0 0+ 5i n +5i n 6O u t p u t 27V+8V4L M 3 5 8 BL M 3 5 8R 55 KH R e dH R e d+ 5+ 5R 3RS i n g a lR5 0 K 圖 速度檢測(cè)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 L298 是由達(dá)林頓管組成的雙 H 橋高電壓大電流集成 PWM 電路， PWM 電路由四個(gè)大功率晶體管組成的 H 橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片 機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)調(diào)整輸入脈沖的占空比，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 Keil C51 提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ Integrated Development Environment, IDE）μ Vision，包括 C51 編譯器 、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。按鍵查詢方式 采用逐個(gè)掃描，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，按鍵子程序返回的是相應(yīng)鍵碼；當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，按鍵子程序返回的是空值。 硬件調(diào)試 電源模塊調(diào)試 加電對(duì)電源單獨(dú)調(diào)試，通過示波器檢測(cè)電源中的交流成分，沒有明顯的發(fā)現(xiàn)。 單片機(jī)起振的條件是 XTAL XTAL1 端的電壓為 2V 左 右，測(cè)得結(jié)果滿足起振條件；電路中采用高電平復(fù)位，復(fù)位鍵沒按下時(shí) RST 為低電平，復(fù)位電路正確。一般來說，經(jīng)開發(fā)裝置調(diào)試合格的軟、硬件，脫機(jī)后應(yīng)該正常運(yùn)行。 解決方案：更換完好的相同型號(hào)的單片機(jī) 檢驗(yàn)：電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，達(dá)到要求的效果。轉(zhuǎn)速控制精度在+1轉(zhuǎn) /秒。我謝謝你們，我親愛的老師和同學(xué)們，并深深的祝福你們好人一生平安。 謝謝你們?cè)谖掖髮W(xué)生涯中為我付出的種種艱辛與汗水。本系統(tǒng)采用單片機(jī)STC12C5A60S2 作為控制器，包括按鍵電路、數(shù)據(jù)采集電路、液晶顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路等。 電機(jī)調(diào)試 在聯(lián)調(diào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)不能反轉(zhuǎn)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試 在單片機(jī)內(nèi)相關(guān)寄存器寫入 PWM 輸出控制字，編寫完成測(cè)試程序并導(dǎo)入單片機(jī)，上電后用示波器觀察單片機(jī) PWM 輸出口是否輸出了程序所設(shè)置的 PWM 波，觀察后發(fā)現(xiàn)有 PWM 波輸出；用萬 用表觀察 L298 芯片的輸出口，發(fā)現(xiàn)輸出口有電壓輸出，且和程序設(shè)置的 PWM 占空比相對(duì)應(yīng)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 用萬用表檢查單片機(jī)的 VCC、 RST、 XTAL2 和 XTAL1 端的電壓，看是否滿足最小系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)調(diào)試的目的是查出系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤以及可能出現(xiàn)的不協(xié)調(diào)問題，以便修改設(shè)計(jì)，最終使系統(tǒng)能正確地工作。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，兩個(gè)引腳的輸出相反。其中 D D D D4四個(gè)二極管用于保護(hù) L298。這樣，電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，發(fā)射管的光線會(huì)照射到接收管兩次，接收管就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)電信號(hào)脈沖，經(jīng)過比較器整形后接入控制器。如果驅(qū)動(dòng)電路工作在正常狀態(tài)， LM358 輸出電壓為低電平，三極管 8050 工作在截止?fàn)顟B(tài)，繼電器工作在“常閉狀態(tài)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用 [4]。如圖 所示。用戶可以根據(jù)液晶顯示屏上的數(shù)字，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為調(diào)速提供了方便。 IC采用集成穩(wěn)壓器 7805， C C8 分別為輸入端和輸出端濾波電容， C7 瓷片電容用于改善紋波特性，抑制輸入的過電壓；由于本系統(tǒng)所需 +5V 電流大，故在 7805 背面加上散熱器，增加散熱性。即是人為的在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。振蕩晶體可在 到12MHZ 之間選擇。 該最小系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)： 1. 有可供用戶使用的大量 I/O 口線。如圖 。在極端情況下 ,時(shí)間的測(cè)量會(huì)產(chǎn)生士 1 個(gè)高頻脈沖周期 ,因此 T 法在被測(cè)轉(zhuǎn)速較低 (相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)時(shí)間較大 ) 時(shí) ,才有較高的測(cè)量精度 ,所以 T 法適合于低速測(cè)量。根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法主要有 :M 法 (測(cè)頻法 ) 、 T 法 (測(cè)周期法 ) 和 MPT 法 (頻率 P周期法 ) 。 （二） 方案二：選擇 STC12C5A60S2 作為本系統(tǒng)的控制芯片。 、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。所以本設(shè)計(jì)選用非編碼鍵盤中的獨(dú)立式按鍵。只要按下編碼鍵盤的某一個(gè)鍵，它就能產(chǎn)生這個(gè)鍵的代碼，并稱為鍵碼，與此同時(shí)還產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，以通知 CPU接收鍵碼，編碼鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用比較方便，亦不需要編寫太復(fù)雜的程序。液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣即可顯示出圖形。 L298N 是專用驅(qū)動(dòng)集成電路，屬于 H橋集成電路，與 L293D 的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。 C. 電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)。根據(jù)不同三級(jí)管對(duì)的導(dǎo)通情況，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一樣。 數(shù)字化是調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，特別是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的 普及與發(fā)展，就更加確定了數(shù)字控制的主導(dǎo)地位，因此研究該課題具有實(shí)際意義。 2 課題的實(shí)際意義 隨著微電子技術(shù) ,微處理機(jī)以及計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展 ,使調(diào)速控制的各種功能幾乎均可通 過微處理機(jī) ,借助軟件來實(shí)現(xiàn)。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用高速的處理器來控制電機(jī)，完全各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)性能得到充分發(fā)揮，使電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更寬， 更符合實(shí)際使用要求，另外現(xiàn)在出現(xiàn)的各種便于控制的新型電機(jī)，也對(duì)調(diào)速提出了更高的要求。由于許多功能都是由軟件來完成的，所以使硬件得以簡(jiǎn)化，故障率比較小。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)機(jī)因?yàn)槠渚哂姓{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速靈活、方法簡(jiǎn)單、控制性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中。從機(jī)械特性上看 ,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn) ,使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 對(duì)于復(fù)雜的電機(jī)控制，則要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。為易于調(diào)試 ,數(shù)字系統(tǒng)的軟件 ,一般設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)器參數(shù)的自化優(yōu)化 ,通過啟動(dòng)優(yōu)化程序 ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)和確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù) ,以及實(shí)現(xiàn)如直流電動(dòng)機(jī)磁化特性曲線的自動(dòng)測(cè)試等 ,有利于縮短調(diào)試時(shí)間和提高控制性能?？赡?PWM 變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱 H 形）電路。這樣，電機(jī)將會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 所示。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中， 4 個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。 L298 具有體積小，控制方便的特點(diǎn)。 (3) 體積小，重量輕。 在非編碼鍵盤中，按鍵的作用只是簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)接點(diǎn)的接通或者斷開，因此必須有相應(yīng)的程序與之配合才能工作，即非編碼鍵盤需要通過軟件來解決按鍵的識(shí)別、防抖動(dòng)以及如何產(chǎn)生鍵碼等問題。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了單片機(jī)的可 靠性和抗干擾能力。 單片機(jī)的選擇 （一）方案一：選擇 80C51 作為本系統(tǒng)的控制芯片。增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。雖然檢測(cè)時(shí)間一定 ,但檢測(cè)的起止時(shí)間具有隨機(jī)性 ,因此 M法測(cè)量轉(zhuǎn)速在極端情況下會(huì)產(chǎn)生士 1 個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的誤差。由于同時(shí)對(duì)兩種脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ,因此只要“同時(shí)性”處理得當(dāng) ,M/T 法在高速和低速時(shí)都具有較高的測(cè)速精度。通過按