【正文】 圖 5— 1 主程序流程圖 本系統(tǒng)編程部分工作采用 KeilC51 語言完成，采用模塊化的設(shè)計方法，與各子程序做為實(shí)現(xiàn)各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別和功能、 PWM 脈寬控制和數(shù)碼管顯示等部分的設(shè)計。按鍵時，每進(jìn)行一次增加 或 減少一定的占空比。 電機(jī)驅(qū)動程序 的設(shè)計 L298N 控制電機(jī)的驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時有兩 個 方案： （ 1） 利用控制端子 IN1 和 IN2 高低電平來控制電機(jī)的 正反轉(zhuǎn) ，當(dāng)這兩個端子的電平不同時分別使電機(jī) 正轉(zhuǎn) 或 反轉(zhuǎn) ；用 ENA 端口輸出 PWM 波驅(qū)動電機(jī)的加減速，當(dāng) IN3 和IN4 兩端電平相同時電機(jī)急停。當(dāng) PWM 波的頻率太高時，它對直流電機(jī)驅(qū)動的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng) PWM波的頻率在 18KHz左右時，效果最好。 //1ms 次數(shù)加 1 if(count=50) //100hz 的頻率輸出 count=0。在按鍵程序中主要不斷的循環(huán)判斷按鍵的狀態(tài)，并對按鍵做好消抖工作即可。 顯示子程序流程圖如圖 5— 6 所示： 圖 5— 6 LCD1602 顯示子程序流程圖 定時 /計數(shù)器 T1 測速程序的設(shè)計 MCS51 單片機(jī)（ 51 系列）內(nèi)部包含有兩個 16 為的定時 /計數(shù)器，分別為 T0 和 T1，開始初始化成 8 位口2 行顯示 ， 5 * 7 陣列第一行顯示 S p ee d ：實(shí)測轉(zhuǎn)速第二行顯示 SET ：設(shè)定轉(zhuǎn)速及電機(jī)狀態(tài)S / Z / F設(shè)置光標(biāo)平移設(shè)置顯示光標(biāo)結(jié)束清屏 可以用來定時、延時、對外部和內(nèi)部脈沖計數(shù)、分頻和事故記錄。 本次設(shè)計采用 LCD1602，在顯示中分別有顯示字符和顯示數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速 +單位的顯示即（ Speed:+20r/s),1602 顯示主要依靠三個控制端分別為： RS—寄存器選擇輸入端；R/W—讀寫信號輸入端； E—使能端。 當(dāng) count=50 時，占空比達(dá)到最大值，即電機(jī)速度達(dá)到最大。這樣就可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速的 的目的了。通過 L298N 來驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，則可根據(jù)其三個控制端口 IN IN ENA 來控制驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行。當(dāng) 200us 定時時間到，定時器溢出則響應(yīng)該定時中斷處理程序，完成對定 時器的再次賦值，并對全局變量 time 加 1，這樣，通過變量 time 可計算出系統(tǒng)的運(yùn)行時間。a) for(b=120。 主程序中有定時器初始化，兩個定時器中斷子程序 和一個 外部中斷服務(wù) 子 程序。 霍爾元件介紹 在電機(jī)的定子磁場中，固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的小磁鋼的磁力線通向轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中引起定子磁通發(fā)生周期性的變化，從而引起了霍爾元件輸出信號的頻率變化，產(chǎn)生脈沖。因此，為保護(hù)電機(jī)電樞繞組在電機(jī)轉(zhuǎn)向時不被反相電動勢損壞， 在電機(jī)驅(qū)動電路中必須要設(shè)置保護(hù)電路。 獨(dú)立鍵盤模塊設(shè)計 在 此次設(shè)計的 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中 ，考慮到要對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，需要經(jīng)過按鍵命令來施行。缺點(diǎn)是接入電阻后 電樞的銅耗增大，電動機(jī)的效率要降低，另外電動機(jī)的機(jī)械特性將變軟，使負(fù)載變動時轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大的變化。 直流電機(jī)的工作原理：將直流電源通過電刷，接通電樞繞組，使電樞道題有電流流過；電動機(jī)內(nèi)部有磁場存在；載流的轉(zhuǎn)子（電樞）導(dǎo)體將受到電磁力的作用；所有導(dǎo)體將產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以 n（ r/min）旋轉(zhuǎn)以便拖動機(jī)械負(fù)載 [7]。 （ 2） 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特 點(diǎn)： 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的 穩(wěn)態(tài)特性 比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的 穩(wěn)態(tài)特性硬得多， 保證 了對 靜差率 有 要求 的情況 下， 還可以 提高 系統(tǒng)的 調(diào)速范圍，為此需要付出的代價是須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。一般較典型的單片機(jī)的有兩個定時器分別是 T0 和 T1。 比 如 8 位 的 PWM, 理 論上 其 分辨 率 為 1:255 , 16 位 的PWM 分辨 率 即為 1: 65535（單斜率） 。沖量指 的是 窄 波 的面積 大小 。 脈寬調(diào)制的方波 如圖 3— 2 所示： 圖 3— 2 PWM 方波 如圖 3— 2 所示， t1 為導(dǎo)通時間， t2 為阻斷時間，占空比 TtD 1? ,用于表示一個周期中電力電子開關(guān)導(dǎo)通所占的時間比例。 （ 3）采 用定時器作為脈寬控制的定時方法，且單片機(jī)內(nèi)部自帶定時器相對簡單，并 且產(chǎn)生的脈寬精度極其精確，所以我選用定時器產(chǎn)生 PWM。只是光電開關(guān)響應(yīng)速度不快所以這種測速方法只是適合于轉(zhuǎn)速不高的場合。 方案一 : 用 光電 旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行檢測。通常情況下，如果按照 8*8 的點(diǎn)陣方式顯示，可以顯示一般的漢字，如果按照 16*16 的點(diǎn)陣方式顯示，可以實(shí)現(xiàn)較繁鎖漢字的顯示。 方案二：采用獨(dú)立式鍵盤直接與單片機(jī)進(jìn)行連接。 （ 3）直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用的是 PWM 技術(shù)，用不可控整流電源供電或直流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。 XTAL1（ 19引腳）：接外部晶振的一端，作為反相放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。在訪問片外存儲器時，信號處于無效狀態(tài)。 P2口有兩種功能，一種是可作準(zhǔn)雙向 I/O端口使用，另一種是與 P0口配合，在外接片外存儲器或擴(kuò)展 I/O端口且尋址范圍超過 256B時，用于傳輸片外存儲器高8位地址。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8個 TTL負(fù)載，對端口 P0寫入 “1”時，可以作為高阻抗輸入。 STC89C52 單片機(jī)引腳如圖 3— 1 所示： 圖 3— 1 STC89C52 單片機(jī)管腳圖 在常用的 89 系列的單片機(jī)中， 51 系列只有 4K 字節(jié)的在系統(tǒng)可編程 的 Flash 存儲器， 128字節(jié) RAM。 第 3 章 系統(tǒng) 總體 方案 的設(shè)計 本課題研究的對象是直流電動機(jī)，對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。從無靜差的角度突出的表明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但是從另一方面看，在控制的快速性上，積分控制又不如比例控制。 （ 1） 比例控制（ P） ： 此種控制方法控制反應(yīng)靈敏，控制及時，偏差越大控制的能力越強(qiáng)，不過控制結(jié)果存在一定的偏差，并且放大倍數(shù)的增加是有限度的 。因此，控制器必須具有放大功能，即設(shè)置放 大器。 本次設(shè)計的控制器是 STC89C52 單片機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是 L298N 芯片，被控對象是小型有刷直流電機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)硬件簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，能夠適應(yīng)各種不同的環(huán)境，容易提高和擴(kuò)展系統(tǒng)功能， 得到極為廣泛的應(yīng)用。 （ 3）實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速，測出電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，與設(shè)定的值相比較形成偏差并且根據(jù)偏差調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 鑒于直流調(diào)速系統(tǒng)的重要地位，因此對直流調(diào) 速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制 要求尤為嚴(yán)格和精確，大致涵蓋了調(diào)速，加減速，穩(wěn)速這三大方面。其換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵磁電流的解耦。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展 及 各種新的理論方法， 像 現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM 控制技術(shù) 得 得了 迅速的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng) 有了很 多種 的 PWM 控制技術(shù) [2]。這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易行 ，且 設(shè)備 的 制造價格低 且方便 ，但 其 缺點(diǎn)是 有 效率低，機(jī)械特性過軟 ， 且 不 可以 在較寬 的 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 較平滑的 調(diào)速 ， 所以目前很少使用。生產(chǎn)規(guī)模小、設(shè)備差、能力欠佳，就連材料也多數(shù)依賴于進(jìn)口。 直流電機(jī)的出現(xiàn)可追溯到由 Michael Faraday 所發(fā)明的碟型馬達(dá) ，直到 1833 年，皮克西在電磁力和電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上，利用永久磁鐵和線圈之間的相對運(yùn)動和一個換向裝置支撐了一臺旋轉(zhuǎn)磁極式直流發(fā)電機(jī)。 因此 在傳動 控制 領(lǐng)域占有 很高的 地位。 So far, DC motor is still the most preferred choice , and it has been widely used in industrial control fields. It is also clear that the control is the most important. This design is the software design of the speed control system of DC motor based on PWM. This design used the single chip STC89C52 as the core to generate PWM pulse, then control DC motor speed by changed the duty cycle. The measured pulse will be fed back to the single chip by means of the hall element, in order to achieve the purpose of speed closedloop control, the set value would be pared with the signal that has been processed with single chip. This thesis mainly talked about software design. Then it will talk about design of each ponent and the prehensive design. It will be followed by software program to achieve the design requirements. Key words: DC motor, single chip, duty cycle, speed system, closedloop control 目 錄 第 1 章 緒 論 1 課題研究的背景 1 直流調(diào)速系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 1 本課題研究的目的和意義 3 直流調(diào)速系統(tǒng)研究意義 3 研究內(nèi)容和技術(shù)要求 4 第 2 章 控制系統(tǒng)及其控制方法 5 直流調(diào)速系統(tǒng)概述 5 控制系統(tǒng)各模塊設(shè)計 5 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 5 控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 5 控制系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 6 控制系統(tǒng)的控制方法 7 第 3 章 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 10 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 10 電動機(jī)調(diào)速控制的方法