【正文】 成化、小型化、高可靠性及低成本。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 術(shù)，傳感器技術(shù)，永磁材料技術(shù)，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。 在那些對電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。因此我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡稱 PWM）方向發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá) 1~2V。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。特別是 IC、 SPI 等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。 （ 1）工業(yè)自動(dòng)化 如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)。加上單片機(jī)應(yīng)用場合廣泛，銷售量大，廠商間委托加工與技術(shù)轉(zhuǎn)讓頻繁，大量技術(shù)資料外瀉，使得利用該類芯片的設(shè)計(jì)漏洞和廠商的測試接口，并通過修改熔絲保護(hù)位等侵入型攻擊或非侵入型攻擊手段來讀取單片機(jī)的內(nèi)部程序變得比較容易。片內(nèi) 128 字節(jié) RAM 為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，用 于存儲(chǔ)單片機(jī)運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等。 （ 9）單一的 +5V 電源 片內(nèi)振蕩器和定時(shí)電路，最高主時(shí)鐘頻率為 12MHz。 MCS51 系列單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號的引入端，復(fù)位信號高電平有效，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后，只是在 RST端持續(xù)給出兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平就可以完成復(fù)位操作。 單片機(jī)的節(jié)電工作方式是由其內(nèi)部的電源控制寄存器 PCON 中的相關(guān)位來實(shí)現(xiàn)控制的，該特殊功能寄存器的地址為 87H， MCS51系列單片機(jī)的節(jié)電工作方式有空閑工作 方式和掉電工作方式兩種情況，其中在掉電工作方式中，單片機(jī)的內(nèi)部振蕩器停止工作， PCON 的各位定義如表 21所示。直流電機(jī)是電機(jī)的主要類型之一。 直流電機(jī)的數(shù) 學(xué)模型 直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如下圖所示。 Te電磁轉(zhuǎn)距 。如圖 41 所示， Proteus 是一個(gè)完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)： ISIS 為功能強(qiáng)大的原理布線工具； ARES PCB 設(shè)計(jì)為一個(gè)完整的 PCB 設(shè)計(jì)系統(tǒng)。然后分別由 C51及 C51編譯器 編譯生成目標(biāo)文件（ .OBJ）。在Proteus 軟件包中，不存在同類儀表使用數(shù)量的問題，其提供的儀表有：交直流電壓表、交直流電流表、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器、信號發(fā)生器等，而且 Proteus 還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。 (5)與實(shí)際設(shè)計(jì)接近程度大 由于 Proteus 軟件中的虛擬元器件參數(shù)都是由半導(dǎo)體元器件廠家提供，當(dāng)學(xué)生們在Proteus 軟件中進(jìn)行軟硬件仿真調(diào)試成功后，可以直接進(jìn)行實(shí)際電路的搭建，只要在電路板制作沒有問題的前提下，基本上都能成功。 第三步，用文本編譯器打開 Keil 根目錄下的 文件，在 [C51] 欄目下加入 TDRV3=BIN\ (Proteus VSM Monitor51 Driver ) ，其中“ TDRV3” 中的 “ 3”要根據(jù)實(shí)際情況寫，不要和原來的重復(fù)。連接成功以后，在 Keil 調(diào)試程序，單步、全速調(diào)試，設(shè)置斷點(diǎn)，觀察變量的值等，而 Proteus 界面中電路開始運(yùn)行，各種仿真元件的電器性質(zhì)發(fā)生變化；當(dāng) Proteus 做硬件方面的模擬，如按按鍵、改變可調(diào)電阻的阻值等時(shí)， Keil 中的調(diào)試窗口中監(jiān)控的寄存器也會(huì)有相應(yīng)的變化。對于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉， 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 51 復(fù)位電路 而將外接電容減至 1181。 鍵盤輸入模塊的設(shè)計(jì) 獨(dú)立式鍵盤的接線原理 獨(dú)立式鍵盤是由若干個(gè)機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)構(gòu)成的，把它與單片機(jī)的 I/O 口 縣連接起來，通過讀 I/O 口的電平狀態(tài)，即可識別出相應(yīng)的按鍵是否被按下。這樣做有什么好處呢？一個(gè)并行口可以構(gòu)成 4*4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍多，而且線數(shù)越多，區(qū)別就越明顯。對全部 8 行的控制過程都完成后， LED 顯示屏也就完成了 1 幀圖像的完整顯示。其驅(qū)動(dòng)電壓可達(dá) 46V,直流電流總和可達(dá) 4A。 由式（ 21）可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n的可知方法可分為兩類，即勵(lì)磁可知法與電樞電壓可知法。而斬波調(diào)壓比相控調(diào)壓又有許多優(yōu)點(diǎn)，如果需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動(dòng)機(jī)的損耗和 發(fā)熱較小；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等。 在圖 510a 中，晶體管 V V4是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的， V V3也是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，但 V1與 V V3與 V4都不允許同時(shí)導(dǎo)通，否則電源 Ud直接短路。 PID 控制 PID 控制器是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的控制器 . 其算法框圖如圖511。 微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的 變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差的變化趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，以被微分調(diào)節(jié)作用消除，因此屬于“超前或未來”型調(diào)節(jié)控制。顯然，要同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求是很困難的，必須根據(jù)具體過程的要求，滿足主要方面，并兼顧其它方面。使用這種方法整定數(shù)字調(diào)節(jié)器參數(shù)的步驟是： ① 選擇一個(gè)足夠小的采樣周期，具體地說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時(shí)間的十分之一以下。 下 面以 PID 調(diào)節(jié)器為例，具體說明經(jīng)驗(yàn)法的整定步驟： ① 讓調(diào)節(jié)器參數(shù)積分系數(shù) IK =0，實(shí)際微分系數(shù) DK =0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，由小到大改變比例系數(shù) PK ，讓擾動(dòng)信號作階躍變化，觀察控制過程，直 到獲得滿意的控制過程為止。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般 P可在 10 以上 ,I 在 （ 10） 之間 ,D 在 1 左右。其運(yùn)算公式為： ?)(nu （公式 57） 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 延時(shí)去抖動(dòng)P 1 口低四位置 1讀 P 1 口低四位數(shù)據(jù)到 KEYLKEYL 、 KEYH相與為 KEYP 1 口高四位置 1讀 P 1 口高四位數(shù)據(jù)到 KEYHKEY = 0 XEE ?KEY = 0 XEB ?KEY = 0 XED ?KEY = 0 XE 7 ?KEY = 0 XDE ?KEY = 0 XDD ?KEY = 0 XDB ?KEY = 0 XD 7 ?KEY = 0 XBD ?KEY = 0 XBE ?KEY = 0 XBB ?KEY = 0 XB 7 ?KEY = 0 X 7 E ?KEY = 0 X 7 D ?KEY = 0 X 7 B ?KEY = 0 X 77 ?數(shù)字鍵 0數(shù)字鍵 1數(shù)字鍵 2數(shù)字鍵 3數(shù)字鍵 4數(shù)字鍵 5數(shù)字鍵 6數(shù)字鍵 7數(shù)字鍵 8數(shù)字鍵 9正 / 反功能鍵暫停功能鍵繼續(xù)功能鍵啟動(dòng)功能鍵停止功能鍵設(shè)置功能鍵RETIYNNNNNNNNNNNNNNNNYYYYYYYYYYYYYYY 因此要想實(shí)現(xiàn) PID 控制應(yīng)該在單片機(jī)內(nèi)編寫上述算法。掃描顯示的優(yōu)點(diǎn)在于消耗的系統(tǒng)資源少，占用的 I/O口少， N個(gè)數(shù)碼管只需（ 7+N）個(gè)引腳（（若需要顯示小數(shù)點(diǎn)，則是 8＋ N個(gè)引腳）。包括控制方案的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件開發(fā)、軟件編程與仿真調(diào)試等。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 其次，還要感謝大學(xué)四年各位老師的悉心教導(dǎo)，本設(shè)計(jì)是圍繞單片機(jī)而設(shè)計(jì)的，需要用到單片機(jī)、模電、數(shù)電等方方面面的知識。 sbit p34=P3^4。 int rk,yk,uk,uk_1=0,ek,ek_1=0,ek_2=0。 } //顯示子程序 void display(uint a,uint b) { char i。x0。 uchar code chose[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20}。接口技術(shù)但是作為成熟方案還是在很多領(lǐng)域能夠發(fā)揮作用。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識、專 業(yè)技能分析和解決問題全面的系統(tǒng)的鍛煉。采用了動(dòng)態(tài)顯示，利用了“視覺暫留”效應(yīng)。當(dāng)我們希望電機(jī)停止時(shí)，按下停止按鈕，這是電機(jī)就會(huì)快速停止，同時(shí)停止指示燈亮起。如此反復(fù)試湊，直到找到滿意的比例系數(shù) PK 和積分系數(shù) IK 為止。 控制度＝模擬])([])([0202????dttedtte DDC （ 公式 56） 實(shí)際應(yīng)用中并不需要計(jì)算出兩個(gè)誤差平方面積，控制度僅表示控制效果的物理 概念。這種方法最大優(yōu)點(diǎn)就是整定 參數(shù)揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 時(shí)不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，簡單易行。此外，微分反映的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無誤差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值，屬于“歷史積累”型調(diào)節(jié)控制。 電機(jī)電樞端電壓的平均值為 1 2 112 ( 2 1 )a d dT T TU U UT T T?? ? ?? (2 ) dU?? ?? （公式 55） 由于 0≤α≤ 1， Ua值的范圍是 – Ud? Ud，因而電機(jī)可以再正、反兩個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)電樞端電壓 Ua為其平均值： 112aTUTT? ? 1d d dTU U UT ??? （ 公式 53） 式（公式 53）中 1112TTT T T? ??? （ 公式 54） ? 為一個(gè)周期 T中，晶體管 V1導(dǎo)通時(shí)間的比率，稱為負(fù)載率或占空比。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法，其效率甚低。 圖 57 L298 真值表 圖 58 L298 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 測速模塊 我們只有知道當(dāng)前電機(jī)的速度，才能夠控制輸出達(dá)到調(diào)速的目的。74HC240 是雙線八路反相緩沖器 /線路驅(qū)動(dòng)器，具有三態(tài)輸出。 輸出顯示模塊 圖 55 顯示電路 讀得的字模數(shù)據(jù)，接著對第 2片、第 3 片 ?? 直到這一排的最后一片都寫完字模數(shù)據(jù)后，單片機(jī)再對這一排的行驅(qū)動(dòng)鎖存器寫行掃描信號，于是第 1 排第 1行與字模數(shù)據(jù)相關(guān)的 發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 按鍵區(qū)抖動(dòng)原則和方法常用的有兩種：硬件方法和軟件方法。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振 時(shí)間則為 10ms。 無論用戶使用哪種類型的單片機(jī) ,總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。等待編譯工程。應(yīng)用 TCP/IP 協(xié)議， Proteus 與 Keil 的聯(lián)調(diào)很好地解決了 Proteus 自帶的編譯 系統(tǒng)無法對C 語言進(jìn)行編譯的問題。通過工具欄中的 p 命令 (從庫中選擇元件命令 )，在 pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，將其放置在合適的位置，然后設(shè)置元件參數(shù)，當(dāng)整體硬件電路連接完畢后，點(diǎn)擊電路原理圖的左下角執(zhí)行建，如果有錯(cuò)誤提示，則說明硬件電路連接有問題，需要對硬件電路進(jìn)行更改，如果沒有錯(cuò)誤，則電路可以運(yùn)行，并且可以在各器件的輸入和輸出端顯示電路運(yùn)行時(shí)，這些端點(diǎn)所處的高低電平狀態(tài)；然后開始編寫程序，在 Source 菜單的 Define CodeGeneration 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 Tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑 、擴(kuò)展名等項(xiàng)目；在 Source 菜單的Add/Remove Source files 命令下，添加源文件，在源文件中進(jìn)行所需程序的編寫，通過編譯器編譯無錯(cuò)誤后，生成 .HEX 文件，將其加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序；通過debug 菜單的相應(yīng)命令觀察程序和電路的運(yùn)行情況。 采用 Proteus 仿真軟件進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，具有許多優(yōu)勢，如實(shí)驗(yàn)資源豐富、實(shí)驗(yàn)周期短、硬件投入少、實(shí)驗(yàn)損耗小、與實(shí)際設(shè)計(jì)接近程度大等。 Keil C51軟件提供豐富的 庫函數(shù) 和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。將式 (31)、式(32)、式 (33)和式 (34)作拉氏變換，得到如下函數(shù) : Ua(s )=RaIa(s)+ LaSIa(s)+ Ea(s) (公式 35) JSΩ (s)=Te(s)一 Tl(s)一 KDSΩ (s) (公式 36) Ea(s)= KeΩ (s)