【正文】 ，頻帶寬，動(dòng)態(tài)硬度高。 為高電平時(shí)： （ 1）、 當(dāng) 為低電平時(shí)，則“向后”端為低電平，由 Q1 構(gòu)成的反相器使向 前端為高電平。 在速度控制方面，一般是通過改變加在電機(jī)兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)的，可以是連續(xù)改變（加直流電壓），也可以是斷續(xù)改變（加脈沖電壓）。 因此，我們采用三個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來顯示小車所處的不同 行駛 狀態(tài)： （ 1） 紅色表示停止?fàn)顟B(tài)； （ 2） 綠色表示加速狀態(tài)； （ 3） 黃色表示限速狀態(tài)。 當(dāng)小車從起跑線上出發(fā)碰到第二根黑線時(shí)系統(tǒng)就調(diào)用加速子程使小車加速行駛，相應(yīng)的發(fā)光管顯示小車的 加速 行駛狀態(tài)；當(dāng)小車碰到第三根黑線時(shí)調(diào)用限速子程，小車進(jìn)入限速區(qū)，相應(yīng)的發(fā)光管顯示小車的限速行駛狀態(tài)；當(dāng)小車 碰到第四根黑線時(shí)，小車已經(jīng)過了限速區(qū)，系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的程序控制小車有進(jìn)入加速行駛狀態(tài)；當(dāng)小車碰到第五根黑線時(shí)，小車又開始限速行駛直到小車到達(dá)第六根黑線即是終點(diǎn)線，系統(tǒng)調(diào)用子程控制小車停止行駛，同時(shí)停車行駛狀態(tài)顯示。在單片機(jī)的配合下，通過調(diào)脈寬的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輕松調(diào)速，可以使小車適應(yīng)各種不同的電源。 本系統(tǒng)工程在小車電機(jī)的控制部分利用 8050、 8550 等不同三極管的組合，構(gòu)造一座“橋”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輕松控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 57 所示。 （ 3） 電源的功率因數(shù)高， SCR 系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響，使交流電源的波形畸變、高次諧波的干擾，降低了電源功率因數(shù)。 系統(tǒng)中 PWM 脈沖頻率就由接通的時(shí)間決定，而占空比即為接通時(shí)間與總時(shí)間的比值。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。嚴(yán)格地講， 平均速度 Vd 與占空比 D 并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中， 可以將其近似地看成線性關(guān)系。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面 ，如電機(jī)調(diào)速、 溫度控制 、壓力控制等。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計(jì) 19本系統(tǒng)是 在單片機(jī) AT89C51 的控制下，通過對(duì)單片機(jī) 、 產(chǎn)生的脈寬波形進(jìn)行調(diào)制的方法 來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的輕松調(diào)速， 即采用脈寬調(diào)制 （ PWM） 原理來控制直流電機(jī)的調(diào)速 [7]。 若 Vcc=5V， 有關(guān)1/3Vcc=,2/3Vcc=,能 滿足要求。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)硬件電路的模塊設(shè)計(jì) 18NE555 內(nèi)部電路： 2 腳為置位輸入端，當(dāng)該端輸入電壓低于 1/3U時(shí)， NE555 電路就置位； 3 腳輸出高電平， 放電端 7 腳就對(duì)搭地點(diǎn)斷路 (內(nèi)部放電三極管 T1 截止 )，6 腳為復(fù)位 輸入端，當(dāng)該端輸入電壓大于 2/3U+時(shí)， NE555 電路就轉(zhuǎn)入復(fù)位； 3 腳輸出低電平 ， 7 腳就對(duì)搭地點(diǎn)短路 (內(nèi)部放電三極管 T2 導(dǎo)通 )。經(jīng)單片機(jī)處理后，用、 分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及脈寬，車載顯示器在運(yùn)行過程中顯示通過地面標(biāo)志 線速度的變化狀態(tài) 。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。 30pFC130pFC212MHXTALXTAL1XTAL2GND 圖 44 時(shí)鐘 電路 我們可以用示波器測(cè)出 XTAL2 上的波形。 在前面介紹單片機(jī)引腳時(shí)，我們已經(jīng) 敘述過有關(guān)振蕩器的概念。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， 如表格 41 所示。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 2． 輸入 /輸出引腳： （ 1） P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起， 特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 除 此之外， 四者 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 引腳完全 相同 [2]。 （ 4） 采用紅、綠、黃三色燈提示小車行駛狀態(tài)。這樣可以用家用電帶動(dòng)小車，但對(duì)于小車來說不方便，因?yàn)橹悄苄≤囀枪I(yè)化的模型，在室外行駛，所以系統(tǒng)采用這種方案會(huì)限制了小車的行駛范圍。但硬件電路復(fù)雜，不易控制， 成本高， 在短時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到題目 的顯示 要求。這種方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判；雖然采取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6 圖 22 系統(tǒng)組成框圖 單 片機(jī) AT89C51 數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊 電 源 數(shù)碼 管顯示 （ 時(shí)間 、 路程顯示 ） 電機(jī) 調(diào)速電路 數(shù)碼管 驅(qū)動(dòng) 路程檢測(cè)電路 行 駛 狀 態(tài) 顯 示 脈寬調(diào)制 （ PWM） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證 7 3 系統(tǒng) 方案的 設(shè)計(jì) 與論證 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成電動(dòng)小汽車在規(guī)定行駛路線中的速度控制，不同的行駛路段采用變速行駛，并對(duì)行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、顯示。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng) 分析和 總體設(shè)計(jì) 思路 系統(tǒng)分析 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求分析整個(gè)系統(tǒng)的過程是： 裝載直流電 機(jī)的 小車在脈寬調(diào)制下，共有三種狀態(tài)：停止?fàn)顟B(tài)、加速狀態(tài)和限速狀態(tài)。 跑道寬度 ， 表面貼有白紙，兩側(cè)有擋板，擋板與地面垂直，其高度不低 于20cm。 5） 可靠性。 2． 性能： 對(duì)于 PWM 調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。由于直 流電機(jī)易于實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)距控制，因此 20 世紀(jì) 30年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。 于是 90 年代出現(xiàn)了以 IGBT 為代表，具有自關(guān)斷能力并可在高速下工作的功率器 件作為開關(guān)元件的 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)成為更為先進(jìn)的直流調(diào)速方案 。脈寬調(diào)制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的可控硅調(diào)速系統(tǒng)具有電樞電流連續(xù)性好、頻率高、響應(yīng)快等特點(diǎn)。 論文主要介紹了基于單片機(jī)用 PWM 實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速的基本方法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識(shí)，及 PWM 調(diào)整的基本 原理和實(shí)現(xiàn)方法。近年來，電氣傳動(dòng)的 PWM 控制技術(shù)以成為電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的熱點(diǎn)之一。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題研究的意義 2 課題研究的意義、國(guó)內(nèi)外有關(guān)課題的研究動(dòng)態(tài)和自己的見解 研究的意義 隨著現(xiàn)代交通的飛速發(fā)展，汽車的智能化控制已經(jīng)成為汽車工業(yè) 發(fā)展上 關(guān)注的焦點(diǎn)。 課題研究的主要內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵性問題和預(yù)期的成果 課題的主 要內(nèi)容 利用脈寬調(diào)制原理，設(shè)計(jì)并制造一個(gè)能自動(dòng)往返于起跑線和終點(diǎn)線間的小汽車，使小車實(shí)現(xiàn)智能化行駛。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（ H 橋或推挽 電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手。數(shù)據(jù)采集部分用什么來接收信 號(hào)比較好，并且受外界的影響也能降到最低，還能迅速的把接收到的信號(hào)準(zhǔn)確的傳到指定的地方。 2. 到達(dá)終點(diǎn)線和起跑線時(shí)，停車位置的偏差應(yīng)最小。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 裝有直流電動(dòng)機(jī)的小車的控制系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機(jī)為核心， 實(shí)現(xiàn)小車調(diào)速的智能化，單片機(jī)微型控制系統(tǒng)模塊對(duì)采集的信息進(jìn)行處理，并通過軟件程序來完成復(fù)雜的 調(diào)速 控制；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要根據(jù)單片機(jī)傳入的信號(hào)控制小車的運(yùn)動(dòng)；用 LED數(shù)碼管完成信息顯示。 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方案 的 選擇 根據(jù)課題研究的目的，系統(tǒng)需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)在上電啟動(dòng)后根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)已有很多種方式，但我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)實(shí) 際情況 分析論證， 選用最適合本設(shè)計(jì)的方案。在單片機(jī)的配合下，通過調(diào)脈寬的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，可以使小車適應(yīng)各種不同的電源。這個(gè)檢測(cè)器具有體積小、靈敏度高、線性好等特點(diǎn)，外圍電路及電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、安裝方便、電源要求不高、性能穩(wěn)定可靠。 系統(tǒng)要求顯示小車行駛的路程和整個(gè)路程所用的時(shí)間，都是數(shù)字顯示，不需顯示漢字，所以選用 MAX7219 驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管顯示更好，即選擇方案二。這樣做雖然不如單電源方便靈活，但可以將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 所造成的干擾徹底消除，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng) CPU 的選擇 104 系統(tǒng) CPU 的選擇 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的介紹 MCS51 等系列單片機(jī) 每 一類芯片的 RAM 和 ROM 根 據(jù)工藝的 許 可和用 戶 的要求，一 般 有：片內(nèi)帶 掩膜 ROM、片內(nèi)帶 EPROM 和外接 EPROM 的 三 種 形 式， 這 是 Intel 公司 的 首創(chuàng) ，現(xiàn)已成為單片機(jī)的統(tǒng)一規(guī) 范 。 單片機(jī) AT89C51 的 選擇 本設(shè)計(jì)選用的 AT89C51 是具有高性能的 8 位單片微型計(jì)算機(jī)，比原來的 48 系列結(jié)構(gòu)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)，它的基本特點(diǎn)為： 1． 8 位 CPU 2． 128 個(gè)字節(jié)的 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 3． 片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率 f 范圍為 ,可有時(shí)鐘輸出 4. 4K 字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 5. 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口 :P0、 P P P3 6. 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 7. 中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源 ,可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí) 8. 用單一 +5V電源 概述 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器 ，俗稱單片機(jī)。在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。在給出地址 “ 1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)， 當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。復(fù)位電路由 22UF 的電容和 1K 的電阻及 IN4148二極管組成，以前教科書上常推薦用 10UF 電容和 10K 電阻組成復(fù)位電路，這里我們根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選用 22UF 的電容和 1K 的電阻，其好處是在滿 足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力 [4]。在由多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，為了各單片機(jī)之間時(shí)鐘信號(hào)的同步，還引人公用外部脈沖信號(hào)作為各單片機(jī)的振東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng) CPU 的選擇 15蕩脈沖。 在二分頻的基礎(chǔ)上再三分頻產(chǎn)生 ALE 信號(hào)在二分頻的基礎(chǔ)上再六分頻得到機(jī)器周期信號(hào)。 利用單片機(jī)的 setb 指令可以實(shí)現(xiàn)置 1這個(gè)操作。 圖中 WW51P 芯片的 2 端為光發(fā)射， 4 端為光接收。 我們 利用 NE555 定時(shí)器來構(gòu)成施密特電路，輸入輸出之間的遲滯回線特性關(guān)系如圖 52 所示。 當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，第 4 端電壓為高電平,NE555 的第 2 腳也為高電平， 3 腳輸出低電平；反之，在白紙上時(shí)， NE555 的3 腳輸出高電平。脈沖頻率對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速也有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，單帶負(fù)載能力差，頻率低則反之。因此 ,P WM 又被稱為 “開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”如圖 53 所示 。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無(OFF)。 KDA+M+IaUaUa 圖 54 PWM 調(diào)速原理電路圖 PWM 脈沖驅(qū)動(dòng)電路 ： 直流電機(jī)的速度控制中，需 要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率驅(qū)動(dòng)或電氣隔離， 圖 55 為典型應(yīng)用電路（負(fù)載為直流電機(jī) M）。 PWM 驅(qū)動(dòng)裝置的控制結(jié)構(gòu)可以分為兩大部分，從主電源將 能量傳遞給電機(jī)的電路稱為功率轉(zhuǎn)換電路，其余部分稱為控制電路。 用 PWM 控制 系統(tǒng)的 電機(jī)調(diào)速電路 根據(jù)對(duì) PWM 調(diào)速原理的分析，本設(shè)計(jì)中選用 PWM 控制電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。于是， Q Q Q4 導(dǎo)通， Q Q Q7 截止。為了簡(jiǎn)單實(shí)用 本設(shè)計(jì)中 采用了脈寬調(diào)速，脈沖寬度的變化可以通過硬件或是軟件來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)就是通過軟件程序來實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的。 這 三個(gè)紅、綠、黃顏色的