【正文】 占空比 ********/ void change(void) interrupt 2 using 2 { if(INT1==0) { while(!INT1)。 } void time0_init(void) {TMOD=0x01。 i++。 sbit P21=P2^1。 根椐占空比和電機電樞兩端U 及電機轉速的關系，通過改變 PWM 的占空比來調節(jié)電機兩端的平均電壓 ， 實現電機的轉速的調速。 從測試數據中發(fā)現 口輸出波形的占空比為 20%和 10%時無法驅動直流電機，因為電機電樞電壓的平均值正比于占空比，而轉速又正比于電機的電樞電壓，占空比太小，說明電機繞組兩端所加的電樞電壓過低，所以無法驅動直流電機。 圖 74（ a） 占空比為 50%的波形 圖 74（ b） 占空比為 40%的波形 （ 2）霍爾開關輸出信號測試 在 口輸出波形占空比為 50%、 80%時霍 爾開關 CS3020 所檢測到的電機轉速信號如圖 75 所示。 圖 73 是在測試過程中的一些測試過程圖 。如果可以驅動，再改變信號發(fā)生器的方波的占空比看看是否占空比改變了，直流電機的轉速是否會改變，經過測試是可以的，說明該硬件模塊電路可 以驅動和控制直流電機的轉速，并且信號發(fā)生器給定的波形的占空比越大，電機轉速越快。用定時器 0 定時一個固定頻率的矩形波，通 過定時器 0 產生不同 長短 的高低電平。把轉速信號送入單片機的 外部中斷 INT0 引腳，設置外部中斷 0 為邊沿觸發(fā)方式，在脈沖信號的下降基于單片機的轉速控制器設計 17 沿向 CPU 發(fā)出中斷請求 .同時利用單片機的定時器 T1 進行定時，測量定時 1s 的下降沿次數，即可測量轉速信號的頻率，然后根據公式即可算出電機的轉速。 本系統(tǒng)軟件設計主要設計思路是利用定時器 0 和外部中斷 1 用 按鍵來產生占空比可調的 PWM 波，利用外部中斷 0 和定時器 1 來對轉速信號進行處理與計數，利用 P0 口把計數處理后的轉速送到 LCD 液晶顯示器上進行顯示。 本系統(tǒng)電路 PCB 板的設計就是基于 Protel 99 SE 現在 Protel 99 SE 軟件生畫好硬件電路的原理圖 ， 然后對原理圖中的各個元件做相應的封裝，封裝好后在把電路導成 PCB 板，最后在制作印制電路板。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。 停止時，給 EnA接低電平 。 電機驅動與控制電路 根據實際控制的需要 ， 本文給出了基于 AT89S51型單片機和 L298 的直流電機驅動與控制系統(tǒng)的硬件連接圖。 其復位電路、晶振電路、單片機模塊硬件電路圖如圖 4 4 46 所示。如圖42 所示是 CS3020 的外形圖以及 霍爾傳感器電路連接圖 。 方案二 通過開關式霍爾傳感器對電機轉速進行感應，不同的轉速 產生 不同頻率的脈沖信號，信號 峰峰值足夠大的話可以 直接送入單片機進行處理、計數，并通過PWM 控制原理對電機的轉速進行控制，最后用 LCD 液晶顯示器顯示電機的轉速。 L298 內部包含 4 通道邏輯驅動電路 ,即內含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器 ,接收標準 TTL 邏輯電平信號 ,可驅動 46V、 2A 以下的電機。 直流電機驅動方案選擇與論證 方案一：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對電機的速度進行調整。 PWM 信號的產生通常有兩種方法 :一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。隨著電力電子的發(fā)展，出現了許多新的電樞電壓控制方法 。 傳感器測轉速方案 確定 因為霍爾傳感器結構簡單，測量裝置體積小，量程大，環(huán)境適應能力強，霍爾元件輸出的信號無需經過放大，可以直接整形后送入單片機進行處理而 計算 得到電機轉速 。由霍爾效應原理知：霍爾片處于磁場中，并在垂直于磁場的方向上通以電流時，霍爾片上與電流和磁場垂直的方向會產生霍爾電勢差 V=KBI，當通過霍爾片的電流恒定不變時，改變磁場的大小，可以改變霍爾電勢差。 綜合三種轉速測量的方法 ，本設計采用測頻法進行轉速測量。 隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現，轉速測量控制普遍采用了以 單片機為核心的數字化、智能化的系統(tǒng)。 關鍵詞： 單片機；轉速測量；霍爾傳感器；電機；脈沖； PWM調速 Speedcontrol Controller Design Based on Microcontroller Director： CHEN ShuPing (07440101) Instructor： ZHU Weilin (Vocational and Technical Education, Zhejiang Normal University) Abstract： This article firstly introduces the working principle of dc motor and the control method for dc motor. Then the measurement and several mon methods for measuring rotational speed of singlechip microputer system structure is described. The characteristics of the measurement method and the calculation are Analyzed. The work in this article is to design a kind of dc motor speed measurement and control system based on AT89S51, using Hall sensorbased to induction Motor speed. Highpower drive circuit implementation L298N motor driver is used. Through the PWM output pulse wave achieve motor speed and the speed of the motor is showed in real time on LCD. The Hardware systems designed including the pulse signal generation. And using C language to prepare the speed measurement and control software. The results of experiment show that the method is simple, high precision, stability. Key Words： Microcontroller； Speed measurement； Hall sensorbased； motor； pulse； PWM speed 1 緒論 設計 目的和意義 轉速是工程中應用非常廣泛的一個參數，其測量方法較多，而模擬測量及模擬處理一直是轉速測量的主要方法，這種測量方法已不能適應現代科技發(fā)展的要求，在測量范圍和測量精度上，已不能滿足大多數系統(tǒng)的使用。 實驗 結果表明該方法具有簡單、精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點。 直流電機脈沖寬度調制 (Pulse Width Modulation簡稱 PWM)調速產生于 20 世紀 70 年代中期，最早用于自動跟蹤天文望遠鏡、自動記錄儀表等的驅動，后來由于晶體管器件水平的提高及電路技術的發(fā)展 , PWM 技術得到了高速發(fā)展 ,各式各樣的脈寬調速控制器，脈寬調速模塊也應運而生，許多單片機也都有了 PWM 輸出功能。 2 系統(tǒng)設計理論基礎 轉速測量 方法 轉速測量的方法有測周法 (T 法 )、測頻法 (M 法 )和測頻測周法 (M/T)法 等 [1]。 基于單片機的轉速控制器設計 4 電機轉速信號采集方案 霍爾 開關 測量方案 霍爾傳感器是利用霍爾效應進行工作的，其核心元件是根據霍爾效應原理制成的霍爾元件。 磁場 B 作用產生的磁場力為： FH=q0uB (22) 基于單片機的轉速控制器設計 5 電場 EH作用產生的力為： FE= q0 EH (23) 式中： EH=UH/b。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯一個電阻，通過調節(jié)電阻改變電樞電壓，達到調速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯電阻上要消耗電功率，因而經濟效益低，而且轉速越慢，能耗越大 [15]。 （ a） 原理圖 （ b）輸入輸出電壓波形 圖 23 PWM 調速控制原理和電壓波形 根據 式 (24)、 (25)，改變占空比 ? ，可以得到不同的電機速度，從而達到調速的目的 [15]。利用單片機的定時計數器外加軟件延時等方式來實現脈寬的自由調整，此種方式可簡化硬件 電路， 有 操作性強等優(yōu)點。 L298 引腳及功能說明 [19] 圖 24 L298 芯片管腳 本系統(tǒng)設計了基于 L298 芯片的直流電機調速系統(tǒng)硬件電路。 3 系統(tǒng)方案設計與論證 方案一 通過線性式霍爾傳感器對電機轉速進行感應，產生不同的轉速有不同頻率的非矩形 脈沖信號，所以要通過放大整形電路將轉速信號處理變?yōu)閱纹瑱C要求的信號，然后將該信號送入單片機進行處理、計數，并通過 PWM 控制原理對電機的轉速進行控制 。 CS3020 是對磁敏感的傳感元件，常用于開關信號采集，這種傳感器是一個 3 端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路（ OC）門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 圖 43 霍爾傳感器 感應轉速信號演示圖 單片機模塊 單片機是整個測量系統(tǒng)的主要部分，本系統(tǒng)采用單片機對前端的 轉速脈沖信號進行處理、計算、并通過軟件編寫產生占空比可調的 PWM 波對 電機的轉速進行控制，其次，將測量的 轉速 數據送到顯示電路 LCD1602 液晶顯示器顯示 轉速數值。 、 、 分別接到液晶顯示器 LCD1602 的 4(RS)、5(RW)、 6(E)腳，用來控制顯示器的操作。 表 41 L298功能模塊 基于單片機的轉速控制器設計 13 EnA In1 In2 運轉狀態(tài) 0 X X 停止 1 1 0 正 轉 1 0 1 反轉 1 1 1 急停 1 0 0 停止 在本系統(tǒng)中，要求只要控制直流電機的正轉 功能 ，所以只需用到 L298驅動芯片功能模塊中的正轉模塊， 7腳（ IN2）接地 ， 正轉時， 使能端 EnA接高電平 ，然后在 IN1腳通過單片機送 入不同占空比的信號來對電機的轉速進行控制。 基于單片機的轉速控制器設計 14 第 6 腳： E 端為使能端，使能信號， 1 時讀取信息，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 Protel 99 SE 具有良好的兼容性、簡單的 PLD 設計工具，模板豐富、方便的庫封裝、多種元件布局工作、優(yōu)異的繪圖及處理功能、簡單的同步設計、信號完整性分析等特點。 軟件采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。 通過外部中斷 0 和定時器 1 進行轉速信號的計算程序。 占空比可調 PWM 波產生程序 利用外部中斷 1 和定時器 0 產生一個占空比可調的矩形波 [21][22]，使外部中斷 1 每中斷 1 次，就產生一個固定占空比的矩形波。 直流電機驅動與控制電路模塊調試 把直流電機接到 L298 驅動芯片的 OUT1 腳和 OUT2 腳之間， 給直流電機驅動與控制模塊接上相應的電源 ，即給使能端 E、電源端 VCC 和 VS 接上 5V 直流電源，打開信號源，選擇為方波，把該方波信號送到 L298 驅動芯片的 IN1 腳，接上電源，看看直流電機是否會旋轉，如果可以，說明可以驅動，如果不可以說明電路有問題，得繼續(xù)修改，直至可以驅動電機。 3． 用實驗臺和自己設計的電路分別來測自己設計的電機的轉速進行比較。 單片機 口輸出波形的 占空比分別 為 50%和 40%的波形如圖 74 所示。說明基本符合設計的要求。本文采用 PWM 控制技術。最后再一次衷心