【正文】 10 倍 。 5 該法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場(chǎng)合。 由式 1 可以看出，式中 aU aR?三個(gè)參量都可以成為變量，只要改變其中一個(gè)參量，就可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，所以直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法： （ 1）改變電樞回路總電阻 aR （ 2）改變電 樞供電電壓 aU （ 3） 改變勵(lì)磁磁通?。 調(diào)速原理如圖 1 所示。 本設(shè)計(jì)采用直流極式控制的橋式 PWM 變換器。已完全取代了 VM 系統(tǒng)。和轉(zhuǎn)矩常數(shù) Mk 。速度單位是 rpm。 圖 直流電機(jī)多速控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 系統(tǒng)以 PIC單片機(jī)為控制核心，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置各段運(yùn)行參數(shù)，也可通過(guò)電腦 設(shè)置下載到單片機(jī)。 IR2111 內(nèi)置自舉工作單元，柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍寬，單通道施密斯邏輯輸入，輸入與 TTL 和 CMOS 電平兼容，高端輸出與輸入相同，低端輸出經(jīng)死區(qū)時(shí)間調(diào)整后與輸入反向，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一橋臂上的兩只功 MOSFET。外圍配置簡(jiǎn)單、明晰、提高了整機(jī)的可靠性 。 (2)指令單字節(jié)化 因?yàn)閿?shù)據(jù)總線和指令總線是分離的，并且采用了不同的寬度，所以程序器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的尋址 空間 (即地址編碼空間 )是互相獨(dú)立的，而且存儲(chǔ)器度也不同。其指令線結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。對(duì)于像MCS 一 51 這樣的單片機(jī)，大約只能存放 600條指令，而與幾種典型的單片機(jī)相 比， PIC 系列單片機(jī)是一種最節(jié)省程序存儲(chǔ)器空間的單片機(jī)。帶有預(yù)分頻器的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMR1，并且在休眠期間外部晶振 /時(shí)鐘可以工作 。增強(qiáng)型CCP 模塊具有標(biāo)準(zhǔn)型 CCP 模塊的所有特性，但它在先進(jìn)的電機(jī)控制時(shí)還有如下特性： 1， 2，4路的 PWM 輸出；可選擇 PWM 的極性；可編程的 PWM 死區(qū)時(shí)間。其高級(jí)產(chǎn)品一 16 位指令字系列的 PIC17CXXX 和 PIC18CXXX。依據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求和方案對(duì)直流電機(jī)、放大器、光電數(shù)字編碼器、PIC 單片機(jī)等進(jìn)行了選型。 (3)靈活的功能擴(kuò)展。開(kāi)關(guān) 1Q 與 4Q 由控制邏輯來(lái)同步工作，在開(kāi)關(guān) 1Q 與 4Q 閉合期間，控制邏輯使另一對(duì)開(kāi)關(guān) 2Q 與 3Q 處于斷開(kāi)狀態(tài)。 H 橋器件選擇 本系統(tǒng)中，選擇功率 MOSFET 作為開(kāi)關(guān)器件。此頻率在超聲波頻段范圍內(nèi)，可以消除電機(jī)在工作過(guò)程中的噪音。 19 圖 所需電源 復(fù)位和時(shí)鐘電路 為了預(yù)防系統(tǒng)在突然情況下出現(xiàn)死機(jī)等問(wèn)題，特設(shè)計(jì) 復(fù)位電路進(jìn)行對(duì)程序計(jì)數(shù)器的 PC重新賦值并重新開(kāi)始工作，根據(jù) PIC18F458 系列單片機(jī)的特點(diǎn)，采用典型的復(fù)位電路接法，不僅可以在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，還可以在程序運(yùn)行中手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位只需要按下復(fù)位電路中的按鍵即可。 引腳好 引腳符號(hào) 名稱(chēng) 功 能 1 GND 電源地 接 5V電 源地端 2 VDD 電源正端 接 5V電 源正端 3 VEE 液晶驅(qū)動(dòng)電壓端 電壓可調(diào)，一端接地， 一端接可調(diào)電阻 4 RS 寄存器選擇段 RS=1為數(shù)據(jù)寄存器， RS=0為指令寄存器 5 RW 讀 /寫(xiě)選擇端 RW=1為讀數(shù)據(jù)， RW=0為寫(xiě)數(shù)據(jù) 6 EN 讀 /寫(xiě)使能端 寫(xiě)時(shí)，下降沿觸發(fā)； 讀時(shí)，高電平有效 7至 14 DB0— DB7 8位數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù) 總線 TS1620 與 PIC18F 單片機(jī)接口 TS1620 模塊與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單， PIC18F 單片機(jī)的連接圖如總圖所示。 光電傳感器 光電傳感器原理是有一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)由光信號(hào)控制放大的三極管組成。在光電傳感器的 1引腳上接一個(gè)限流電阻 R，限制流過(guò)發(fā)光二極管的電流FI=10mA 左右。本系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為若干個(gè)模塊，分別實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，這樣在系統(tǒng)軟件的調(diào)試過(guò)程中，各個(gè)模塊的獨(dú)立調(diào)試有助于問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決，在一定程度上節(jié)約了程序的調(diào)試時(shí)間。 該系統(tǒng)的整個(gè)軟件設(shè)計(jì)全部采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，由系統(tǒng)初始化模塊、案件識(shí)別模塊、 LCD 模塊、高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序四大模塊組成。//IRCF2..0=111， 選擇內(nèi)部 8MHz 的主振蕩器 OSCTUNE=0x40。RD6 為輸出引腳 =0。//選擇內(nèi)部 CLKO 時(shí)鐘源作為定時(shí) =0。具體的設(shè)置如下： =1。 =1。具體的初始化過(guò)程如下： CCP1CON=0x0F。在這 4個(gè)中斷源中，將 INT0 和 TMR0 作為高優(yōu)先中斷放在高優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序中執(zhí)行， TMR1 和 TMR3 放在低優(yōu)先中斷服務(wù)程序中執(zhí)行，因此就有中斷優(yōu)先級(jí)初始化。//TMR1 溢出中斷允許 =0。//CPU 第二梯隊(duì)中斷使能允許 電機(jī)運(yùn)行控制模塊 電機(jī)運(yùn)行控制模塊包括電機(jī)的方向控制和電機(jī)的速度控制，他們由 MotorDirection和 MotorPWMData 兩量變來(lái)控制 PIC 單片機(jī)的 ECCP 模塊產(chǎn)生不同的 PWM 信號(hào)送到 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 CCPR1L=0。 ? 是真的按下，則執(zhí)行按鍵處理程序。 （ 2） 定義一個(gè)軟計(jì)數(shù)器加 1的整型變量 KeyCounter。 （ 7） 開(kāi)始進(jìn)行按鍵對(duì)應(yīng)功能的處理過(guò)程。 31 啟動(dòng)、停止鍵功能處理框圖 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制鍵功能處理 改變電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)際上 是改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的兩路 PWM 信號(hào)的輸出，假如電機(jī)正轉(zhuǎn)則 RC1輸出 PWM 信號(hào)， RC2 只輸出低電平；反之 RC2 輸出 PWM 信號(hào)， RC1 只輸出低電平就能使電機(jī)反轉(zhuǎn)。 LCD 初始化函數(shù) LCD 模塊在系統(tǒng)上點(diǎn)必須進(jìn)行初始化 ，主要包括對(duì)接口數(shù)據(jù)的總線長(zhǎng)度、顯示行數(shù)、 32 字體類(lèi)型和光標(biāo)的模式控制等。設(shè)置 PIC 單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMRI 模塊工作于計(jì)數(shù)器模式 。說(shuō)明 各模塊的功能 。合理選擇良好的電源和地線連接方式是電路可靠工作的重要保證，許多干擾源都是通過(guò)電源和地線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大。 本章小結(jié) 本章討論了系統(tǒng)的干擾現(xiàn)象進(jìn)了分析，并從軟硬件兩方面討論了解決系統(tǒng)干擾的方法 。王 老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、孜孜以求、一絲不茍、兢兢業(yè)業(yè)，嚴(yán)以律己、寬以待人，這對(duì)我 養(yǎng)成認(rèn)真踏實(shí)的工作作風(fēng)和虛心鉆研的學(xué)習(xí)態(tài)度尤為有益。 感謝所有在學(xué)校 期間給我 關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和朋友們。 (3)對(duì) PICI8F458A系列單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法以及部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索研究，給出了以 PIC 單片機(jī)作為整 個(gè)控制系統(tǒng)為核心的整體軟件設(shè)計(jì)思路，并在 MPLAB 一 IDE軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，完成了整個(gè)軟件系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 (3)合理設(shè)計(jì)地線。 本系統(tǒng)電路的干擾來(lái)源主要來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部，即電 源電路干擾、地線干擾、數(shù)字電路對(duì)模擬電路造成的干擾。單片機(jī)程序用 C語(yǔ)言編寫(xiě) 。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)使用 M 法，當(dāng)轉(zhuǎn)速低時(shí)使用 T法，所以在很寬的測(cè)速范圍內(nèi)精度都較高。 LCD 顯示模塊 LCD 顯示驅(qū)動(dòng)單獨(dú)做成一個(gè)源程序文件和頭文件，可以方便以后其他模塊或其他應(yīng)用程序的調(diào)用。 電機(jī)啟動(dòng)、停止控制鍵（ RUNSTOPKEY） 功能處理 如果系統(tǒng)上電時(shí)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)即（ MotorRunStatus=1） ；如果電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，按下 RUNSTOPKEY 后，電機(jī)就會(huì)停下來(lái)，電機(jī)的的運(yùn)行與停止?fàn)顟B(tài)在這個(gè)按鍵的作用下進(jìn)行就可以控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止操作。 （ 5） 若 KeyCounter 計(jì)到一定數(shù)值上，則判斷按鍵是否真的按下。 為了考慮提高 CPU 的效率和充分利用 CPU 的資源等因素，可將第 2步和第 5步的延時(shí)和等待過(guò)程用其他方式來(lái)代替。 ? 延時(shí)去除按鍵抖動(dòng)。 CCPR1L=Speed。//允許中斷優(yōu)先級(jí)位 =1。//低優(yōu)先級(jí) =0。//PWM1 的占空比為 0 CCPR2L=0。此時(shí)，必須將 ECCP 模塊初始化在 PWM 模式下，并且采用周期相同。初始化的結(jié)果如下： =1。//再寫(xiě)低字節(jié) =1。//TMR0 停止工作 =0。//RD 端口置輸出方向 TRISE=0x00。若為了提高 CPU 的運(yùn)算速度，則采用 PIC18 單片機(jī)的內(nèi)部 PLL 的 4 倍頻以使 CPU 主時(shí)鐘達(dá)到 32MHz，只需要對(duì) OSCTUNE寄存器進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是用 PIC 的匯編語(yǔ)言在 MPLAB 集成環(huán)境下運(yùn)行、調(diào)試、完成的運(yùn)行。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 引言 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展， 利用軟件代替和簡(jiǎn)化硬件，利用基本的硬件電路和軟件技術(shù)達(dá)到系統(tǒng)多功能集成和容易修改的要求。 安裝時(shí)將光柵盤(pán)圓面鉗到溝槽中，光電傳感器的發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線通過(guò) 3mm 氣隙照射到光柵盤(pán)，光通過(guò)光柵盤(pán)面上透光的光柵氣隙可以使得光傳感器的三極管導(dǎo)通，從C 極會(huì)輸出一個(gè)低電平，被光柵擋住的光不能透過(guò)去，使得光電傳感器的 C 極會(huì)輸出一個(gè)高電平。本系統(tǒng)中采用了一個(gè)圓面上刻有 60 個(gè)均勻光柵格的光柵盤(pán)。下圖為外觀機(jī)構(gòu)。 PIC 單片機(jī)、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、顯示電源需要 +5V。如果頻率選擇過(guò)低，輸出到電機(jī)兩端電壓的低頻紋波較大，會(huì)對(duì)電機(jī)的平穩(wěn) 運(yùn)行造成影響，而且低頻的 PWM 信號(hào)會(huì)使直流電機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生很大的噪聲，極大影響轉(zhuǎn)臺(tái)操作人員的工作環(huán)境；如果頻率選擇過(guò)高，由于光耦、 IR211 MOSFET 等器件的開(kāi)關(guān)特性的限制，不可能輸出較為理想的方波，這會(huì)使輸出的 PWM 波形發(fā)生畸變，無(wú)法有效的控制直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。電樞兩端所加電壓為 U，此時(shí)，電樞電流方向不能立刻改變，必須通過(guò)二極管 2VD 與 3VD 續(xù)流。 H 橋電路 PWM 控制電路 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用最廣泛的 H 型全橋驅(qū)動(dòng)電路，如圖 橋工作原理 當(dāng)開(kāi)關(guān) 1Q 與 4Q 閉合時(shí)，負(fù)載電流從電源由 A 流向 B。 (2)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)。依據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求進(jìn)行了整體方案設(shè)計(jì) 。與一般的 C 語(yǔ)言版本如 Turbo C相比，作為單片機(jī)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言， PICC 增加了針對(duì) PIC單片機(jī)硬件本身的操作，如端口、引腳的輸入輸出、寄存器的位操作等。 DC40MHz 時(shí)鐘輸入， 410MHz 帶 PLL 鎖相環(huán)有源晶振 /時(shí)鐘輸入；帶優(yōu)先級(jí)的中斷和 8 8? 單周期硬件乘法器 。 128 字節(jié) RAM 以及 64K 的外部數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)器空間，無(wú) FLASH 程序存儲(chǔ)器。 PIC 系列單片機(jī)只有 4種尋址方式 (即寄存器間接尋址、立即數(shù)尋址、直接尋址和位尋址 )，容易掌握，而 MCS 一 51 單片機(jī)則有 7種尋址方式，68HC05 單片機(jī)有 6種尋址方式。而 MCS 一 51 系列單片機(jī)的 ROM 和寬度都是 8 位，指令長(zhǎng)度從一個(gè)字節(jié) (8 位 )到 3 個(gè)字節(jié)長(zhǎng)短不一。但是它們與 CPU之間傳遞信息必須共用同一條總線，仍然擺脫不了瓶頸效應(yīng)的制約，于是影響到 CPU運(yùn)行速度的進(jìn)一步提高。下面對(duì) PIC 單片機(jī)作較詳細(xì)介紹。單片機(jī)主要完成參數(shù)設(shè)置、轉(zhuǎn)速測(cè)量、參數(shù)顯示和控 制輸出等功能。它相當(dāng)于速度一轉(zhuǎn)矩曲線在特性曲線上平移，如圖 所示。這里轉(zhuǎn)矩單位是 。余下的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能幾 mechP ，如圖 所示。 6） 直流電機(jī)采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高。只有按一定規(guī)律，改 變通電時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制。脈寬調(diào)制并不是直接調(diào)整電機(jī)的速度，而是改變電機(jī)的功率或扭矩。電力電子技術(shù)中的 IGBT 等大功率器件的發(fā)展取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動(dòng)機(jī)供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。第四， 1957 年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力。這種方法簡(jiǎn)單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。 隨著微控制器尤其是脈寬調(diào)制 PWM 專(zhuān)門(mén)控制芯片的飛速發(fā)展 , 其對(duì)電機(jī)控制方面的應(yīng)用起了很重要的作用 , 為設(shè)計(jì)性能更高的直流 控制系統(tǒng)提供 了基礎(chǔ)。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由控制部分、功率部分和電動(dòng)機(jī)三大要素組成一個(gè)有機(jī)整體。軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)思想，編制了各個(gè)模塊的流程圖。 1 基于 PIC18F458 的直流電動(dòng)機(jī) PWM 調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流驅(qū)動(dòng)控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。硬件部分先作了整體設(shè)計(jì)，然后介紹了以 PIC16F458單片機(jī)為核心的硬件構(gòu)成，對(duì)鍵盤(pán)電路 、測(cè)量電路、顯示電路等作了詳細(xì)闡述 。為了滿(mǎn)足運(yùn)行、生產(chǎn)、工藝的要求往往需要對(duì)另一類(lèi)設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等進(jìn)行控制 :為了減少運(yùn)行損耗，節(jié)約電能也需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下幾種 :第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞 4 回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn) :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。 直流電機(jī)基本調(diào)速方法 直流電動(dòng)機(jī)分為有換向器和無(wú)換向器兩大類(lèi)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度