【正文】 。 13 圖 AD574 簡介【 6】 AD574A 是美國模擬數(shù)字公司（ Analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換 芯 片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容 器 件即可構(gòu)成一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器 . AD574 是一種常用的 12 位 AD 變換芯片，也可以實(shí)現(xiàn) 8位轉(zhuǎn)換。 1/2LBS 或177。 [4]. Pin4(A0)—— 字節(jié)地址短周期控制端。 [10]. Pin10(REF IN)—— 基準(zhǔn)電源電壓輸入端。 [17]. Pin28(STS)—— 工作狀態(tài)指示信號(hào)端，當(dāng) STS=1 時(shí)，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng) STS=0 時(shí)，聲明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，通過此信號(hào)可以判別 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號(hào)之用。 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí) ，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。60 0～ 177。20 mV VOT 失調(diào)電壓溫漂 IPN=0 TA=–25～ +85℃ 177。效果基本相同，是 指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 20 圖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波 N等分，看成 N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 21 圖 用 PWM波代替正弦半波 H 橋 芯片的工作原理 【 9】 圖 中所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 H 橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本 H 橋電路的基礎(chǔ)上增加了 4 個(gè)與門和 2 個(gè)非門。 24 圖 具有使能控 制和方向邏輯的 H 橋電路 圖 使能信號(hào)與方向信號(hào)的使用 主電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中電機(jī)兩端電樞電壓由 L298 提供，通過調(diào)節(jié) PWM 占空比來調(diào)節(jié) L298輸出電壓即電機(jī)兩端電樞電壓。 設(shè)計(jì)中采用定時(shí)器 T0，再配以軟件計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對(duì)數(shù)值時(shí)，可以使用增量式 PID 控制算法進(jìn)行控制。 30 系統(tǒng)中部分程序的設(shè)計(jì) 單片機(jī)資源分配 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)存分配表： 地址 功能 地址 功能 E0H~FFH 堆棧 42H 電流給定首地址 39H~3CH 顯示緩沖區(qū) 53H 電流采樣首地址 3DH 置轉(zhuǎn)速比例值 57H 轉(zhuǎn)速采樣首地址 3EＨ 置轉(zhuǎn)速積分值 5BH 中值濾波數(shù)據(jù)首地址 3FH 置電流比例值 5EH 標(biāo)度變換數(shù)據(jù)地址 40H 置電流積分值 45H 轉(zhuǎn)速 PID 輸出首地址 41H 置轉(zhuǎn)速給定首 地址 47H 電流 PID 輸出首地址 程序流程圖 主程序包括如下三個(gè)環(huán)節(jié)： 實(shí)現(xiàn)各種初始化，包括設(shè)置堆棧指針、 8255 初始化、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器初始化、以及開中斷、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器啟動(dòng)等。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，也遇到了一些問題，如 PID 算法、 PWM 占空比調(diào)節(jié)等，但經(jīng)過努力都一一 解決了。 我用了 Protel 99 se 來繪制系統(tǒng)硬件電路圖。在這次的設(shè)計(jì)中，也得到了同學(xué)和老師的幫助。更重要的是，通過課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自身存在的更多不足之處和實(shí)際應(yīng)用能力方面的欠缺，這些不足之處在今后的學(xué)習(xí)之中要有意識(shí)的彌補(bǔ)和改變。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。第 一次接觸這樣的課程，十分高興。 我的設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，以 2A、 1000r/min 小 直流電機(jī)為控制對(duì)象，以 L298N 為 H橋驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。即分別對(duì)轉(zhuǎn)速、電流采樣值進(jìn)行中值濾波，標(biāo)度變換，之后送顯示緩存區(qū)，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行 PID 運(yùn)算 ，輸出作為電流 PID 運(yùn)算的輸入，電流 PID運(yùn)算的輸出用來調(diào)節(jié)PWM 占空比。 而位置式 PID 控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計(jì)算公式： () 上式就是目前在計(jì)算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推 PID 控制算法。 27 ４位共陽極ＬＥＤ，用ＰＮＰ型三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 圖 圖 26 AD 轉(zhuǎn)換 由于本設(shè)計(jì)只有電流信號(hào)需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，因此采用單通道 AD 轉(zhuǎn)換芯片AD574。 轉(zhuǎn)速檢測的傳感器、電流檢測的傳感器都要與直流電機(jī)連接。） 采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。 二、使能控制和方向邏輯 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證 H 橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。 SPWM 波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形 ，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和 SPWM 控制相同，也基于等效面積原理 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 采用 定時(shí)器及軟件編程輸出 PWM。從波形可以看出，在 i(t)的上升段， i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) PWM 的基本原理 直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation簡稱 PWM) 【 8】 調(diào)速產(chǎn)生 19 于 20 世紀(jì) 70 年代中期，最早用于 自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等的驅(qū)動(dòng)，后來由于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展 , PWM 技術(shù)得到了高速發(fā)展 ,各式各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運(yùn)而生，許多單片機(jī)也都有了 PWM輸出功能。15（ 177。 CS040G 簡介 CS040G 系列霍爾電流傳感器 應(yīng)用霍爾效應(yīng)開環(huán)原理的電流傳感器，能在電隔離條件下測量直流、交流、脈沖以及各種不規(guī)則波形的電流。 當(dāng)作為單一放大器時(shí)， LF398 直流增益精度為 %,采樣時(shí)間小于 6us時(shí)精度可達(dá) %。 [14]. Pin14(20V IN)—— 20V 量程模擬電壓輸入端。 [6]. Pin6(CE)—— 使能端。 15V和 5V ⑥ 數(shù)據(jù)輸出格式： 12 位 /8 位 ⑦ 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式 14 圖 AD574 引腳圖 AD574A 的引腳結(jié)構(gòu)如圖 。只需要適當(dāng)?shù)母淖兡承┛刂埔_的接法。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停 。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。端口 C可以通過工作方式設(shè)定而分成 2個(gè) 4 位的端口， 每 8 個(gè) 4 位的端口包含一個(gè) 4位的鎖存器，分別與端口 A和端口 B配合使用，可作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信號(hào)輸入端口。 圖 給出了 8255 芯片引腳結(jié)構(gòu) . 7 8255 引腳功能 ① RESET:復(fù)位輸入線， 當(dāng)該輸入端外 接 高電平時(shí)，所有內(nèi)部寄存器 (包括控制寄存器 )均被清除，所有 I/O口均被置成輸入方式。 （ 5） AT89C52 單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8字節(jié) FLASH 閃速存儲(chǔ)器， 256 字 節(jié) 內(nèi)部 RAM , 32個(gè) I/O 口線， 3 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器 (地址為0000HFFFFH ) , EA 端必須保持低電平 (接地）．需注 意 的是：如果加密位 LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端狀態(tài)。 表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口〕 TXD（串行輸出口〕 INTO（外中斷 0〕 INTO（外中斷 l) TO （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 ) Tl （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 l ) WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ⑧ ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)， ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)．一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 ⑥ P3 口： P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位 雙向 I/O 口。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。同時(shí)， AT89c52 可降至 OHz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電 工 作模式。因此整個(gè)系統(tǒng)大致包括五部分：單片機(jī)、顯示電路、鍵盤電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速性能好，性能價(jià)格比高，真正實(shí)現(xiàn)了直流調(diào)速系統(tǒng)的高精度控制。negative. And in four LED on realtime display input parameters and dynamic speed. Keywords ： monolithic integrated circuits, a direct motor， PWM， PID III 目錄 基于單片機(jī)的 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) .....................................................................I 摘要 .................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章