【正文】 高，對(duì)能源的利用率較高，且電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。 按照硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)圖，對(duì)每個(gè)部分模塊的原理進(jìn)行剖析，編寫各自模塊程序，最終將其組合。按鍵 的工作情況不影響其他按鍵上的輸入狀態(tài)。最好的解決方式是在檢查 簧片被下壓時(shí)，過 14 段時(shí)間再開始掃描，延遲時(shí)間最佳為 10～ 20ms。 圖 46 電機(jī) PWM 驅(qū)動(dòng)模塊的電路 第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 15 在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)這方面， 本設(shè)計(jì) 應(yīng)用了占空比可調(diào)的周期性矩形信號(hào)控制。常用的電機(jī) H 橋驅(qū)動(dòng)芯片有： L298。 CPU 通過特定的命令把某個(gè)具 備 一定功能的單元電路進(jìn)行讀或?qū)懙牟僮鬟€可以對(duì)這 一個(gè)單元電路的工作情況進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件系統(tǒng)簡(jiǎn)單而又靈活的擴(kuò)展 和 控制。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性所考慮本次論文所選系統(tǒng)的顯示電路選擇數(shù)碼管。 數(shù)碼顯示一般可以分為共陰以及共陽顯示兩種類型。第二位到第四位表示轉(zhuǎn)速。 中 中 中 中中 中 中 中 中 中中 中 中 中W A Y = 0 ?P 2 .6 中 1P 2 .7 = 1 ?中 中 中D IA N 0P 2 .7 中 1中 中 中 中中 中 中 中P 2 .7 中 1P 2 .6 = 1 ?中 中 中D IA N 1P 2 .6 中 0中 中 中D IA N 1P 2 .7 中 0中 中 中D IA N 0P 2 .6 中 1YNYYNN 注： WHY:電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式； :電機(jī)控制端 A； :電機(jī)控制端 B 圖 52 PWM 脈寬控制流程圖 PWM 脈寬控制程序如下 void timer0() interrupt 3 { TH1=(65536500)/256。TL0=0。led1=1。 22 中 中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中K 4 = 1 ?K 1 = 1 ?中 中 中 中中 中 中 中K 4 = 1 ?中 中 w a yYNYYNK 2 = 1 ?YK 3 = 1 ?Y中 中 中 中中 中 中K 1 = 1 ?N中 中 中 中中 中 中NK 2 = 0 ?中 中中 中 中N中 中 中 中中 中 中K 3 = 1 ?中 中中 中 中中 中 中 中中 中 中F 0 = 0 ?F 0 = 1中 中 中 中中 中 中 中F 0 = 0中 中 中 中中 中 中 中YNYNYNNY 注： K1:啟動(dòng)，停止； K2:加速； K3:減速； K4:方向控制 圖 53 鍵盤中斷處理流程圖 詳細(xì)的程序見附錄。進(jìn)行第二部的操作：建立的工程保存一個(gè)工程名字，并且選擇我們要保存的路徑和目錄。 如果出現(xiàn)問題要按照系統(tǒng)的整體的原理圖進(jìn)行分析，看是否有遺漏的地方需要修改。對(duì)本次設(shè)計(jì)中的控制器模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，電源模塊和存儲(chǔ)模塊都分別比較，結(jié)合系統(tǒng)的具體要求和實(shí)際情況選取了最優(yōu)于本次設(shè)計(jì)的方案。 sbit wei2=P2^5。//LED1 接口 sbit led2=P3^7。 //定時(shí)器 0 中用到的數(shù)據(jù) uchar pwm。j)。 //第二位數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示 delayms(2)。 //第四位數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示 delayms(2)。 } void stop1()//停止記錄 { sda=0。 delay()。 delay()。 delay()。 sda=1。 scl=1。 //第三位數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示 delayms(2)。 //第一位數(shù)碼管點(diǎn)亮顯示 delayms(2)。 for(i=x。//第三個(gè)按鍵接口 sbit key4=P1^3。//AT24C01 sbit sda=P3^5。隨著 PWM 技術(shù)的發(fā)展，我國(guó) 直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制方向發(fā)展?？梢愿鶕?jù)數(shù)碼管顯示的數(shù)字，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 華南理工 大 學(xué)廣州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 24 本次設(shè)計(jì)主要使用 keil 軟件編輯，調(diào)試程序， Proteus 軟件仿真單片機(jī)。下圖 61所示就是 keil 軟件的編寫程序的窗口圖。led2=1。 if(count=pwm)ctrl1=0。 count2++。 PWM 脈寬調(diào)速子程序流程圖 選用定時(shí)方式 1 時(shí)，由于單片機(jī)使用的是 12M 晶振，其能產(chǎn)生最高大概為 的延時(shí)。 數(shù)碼管顯示電路 如下圖所示 410 所示為本次設(shè)計(jì)的數(shù)碼管顯示電路。靜態(tài)顯示好處是其所占用 CPU 不多時(shí)間，數(shù)碼顯示易于操作。 表 AT24C01A 的管腳介紹 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時(shí)鐘 16 WP 寫保護(hù) VCC +～ GND 地 圖 47 AT24C01 應(yīng)用電路 在上面的電路中， AT24C01A 是一款簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過圖中的典型電路的連接可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì) AT24C01A 的數(shù)據(jù)的讀寫操作，對(duì)于本次系統(tǒng)中單片 機(jī)可以先把采集到的速度信息和溫度信息以及里程信息存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)下次使用的時(shí)候還可以通過單片機(jī)把存儲(chǔ)器中的信息讀出來在次使用。 AT24C01A 接口技術(shù)采用的是 I2C 總線接口控制方式。但是現(xiàn)場(chǎng)使用的頻率大小可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。具體見圖 46。 消除鍵抖動(dòng)。 圖 43 復(fù)位電路 單片機(jī)的每個(gè)功能部件都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)的，不僅時(shí)鐘頻率影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)的穩(wěn)定性，時(shí)鐘電路如圖 44 所示。 通過上述的分析和論證，系統(tǒng)各模塊采用如下方案： （ 1） 控制模塊： 選 用 AT89S51 單片機(jī)； （ 2） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：選用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 H 型電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)； （ 3） 顯示模塊： 選用 LED 數(shù)碼管顯示模塊； （ 4） 鍵盤模塊： 選用獨(dú)立式式鍵盤進(jìn)行控制； （ 5） 電源模塊： 選用 7812 芯片實(shí)現(xiàn) ； （ 6） 存儲(chǔ)模塊： 選用 AT24C01A 芯片實(shí)現(xiàn) 。本次設(shè)計(jì)不適用。但其成本比較高，因此本次不適用。 10 二：選用特定電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，如 L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，這是由于其本身已經(jīng)想到了電路的可靠性，抗干擾能力，安全，所以 本次設(shè)計(jì) 在使用時(shí)只要考慮到芯片的驅(qū)動(dòng)能力、硬件連接等問題就行了，所以此方案的電路抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性好。 單片機(jī)是溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要部分，所有的程序都在里面運(yùn)行。它的制造技術(shù)采取了 CMOS 工藝，同時(shí)采用了來自 ATMEI 公司所制造的密度、防易失性都較好的存儲(chǔ)器（ NURAM）。 對(duì)比兩個(gè)方法，選用 AT89S51 比較容易，而且可以達(dá)到目標(biāo)。以下為控制器的三種選擇。 從圖 23 可以知道，當(dāng)電機(jī)接電源時(shí)，最大的轉(zhuǎn)動(dòng)速度值為 maxV ，占空比用 TtD /1? 表示。 VM 在安全性、經(jīng)濟(jì)性、調(diào)速性能都有很大優(yōu)勢(shì)，讓它成為了直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方式。 但是 改變 電樞電路電阻大小的 方式其 缺點(diǎn) 不少 ，所以現(xiàn)在 不常 使用這個(gè)方 式 來控制轉(zhuǎn)速；因?yàn)槿醮耪{(diào)速范圍小，需要與調(diào)壓調(diào)速配合使用，這反而多此一舉；于是，自動(dòng)調(diào)速 6 系統(tǒng)主要以調(diào)壓調(diào)速為主，所以本次選 用第一種方法。在其上安置著兩個(gè)固定電刷 B1 和 B2，每次電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈就可以經(jīng)電刷 和 換向片來與外電路進(jìn)行接通 [12]。 編寫單片機(jī)軟件程序，繪制電路原理圖。隨著 PWM 技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制方向發(fā)展。同時(shí)，控制電路也實(shí)現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本 [7]。第二， 30 年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)，配合采用電磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等優(yōu)點(diǎn)，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易的將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的止動(dòng)特性，另一方面又可以減少能量的損耗，提高效率。近 30 年來，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。 其 采用微機(jī)控制后， 讓調(diào)速系統(tǒng) 完成 全數(shù)字化 運(yùn)作 ， 而且其 結(jié)構(gòu) 不復(fù)雜 、 安全性 高、操作 不難 ,其每個(gè) 指標(biāo) 都可以很好完成現(xiàn)實(shí) 生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求 [3]。 由 單片機(jī) 以及 電力電子技術(shù) 廣泛 應(yīng) 用， 讓 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)從 以前 模擬化向 現(xiàn)在的 數(shù)字化 改 變。 通過合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)速度的控制。 本文主要研究了利用 MCS51 系列單片機(jī)控制 PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法 ，即采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成大小可變的直流電壓，用以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)電樞兩端電壓的平滑調(diào)節(jié)構(gòu)成直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 。通過單片機(jī)的 I/O 口輸出 PWM 信號(hào)來控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，對(duì)直流電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。直流電機(jī) 擁有很好 的調(diào)速 特點(diǎn) ， 其 調(diào)速平滑、 簡(jiǎn)單 ，調(diào)速范圍 大 ， 可以抵抗多次 沖擊， 能夠完成 快速起動(dòng)以及 反轉(zhuǎn)； 可以完成生活中生產(chǎn)的 要求，在 很多領(lǐng)域內(nèi) 得到 使用 [1]。 伴隨著 科學(xué)的 快速 發(fā)展 ， 模擬 以及 數(shù)字電路 現(xiàn)在已經(jīng) 被大規(guī)模集成電路 替代 ， 而因?yàn)檫@就 讓 數(shù)字 調(diào)制技術(shù) 得到發(fā)展 。 單片機(jī)的使用解決了這個(gè)問題的一部分，誤差大的問題可以讓許多完善的算法來搞定，還能降低硬件的復(fù)雜性。后來逐漸由 PWM 變流器所替代，明顯的擴(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了效率 [5]。第四， 1957 年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其他變流元件相比，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。 我國(guó)從 20 世紀(jì) 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管電流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)完成的主要內(nèi)容如下： 設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路； 設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路； 設(shè)計(jì) LED 顯示電路顯示轉(zhuǎn)速的等級(jí)； 設(shè)計(jì)鍵盤控制電路。向電樞鐵心上安放了 A 以及 X 兩條導(dǎo)體連結(jié)成的電樞線圈，線圈開頭以及末尾各自連結(jié)到兩個(gè)銅片上，這銅片叫做換向片。即使外面第二章 直流電機(jī)的工作原理 5 加進(jìn)來的是直流電源，但因?yàn)閾Q向片以及換電刷的功能影響，最后從線圈中流過來的電流還是交流的，所以其最終作用的轉(zhuǎn)矩的方向也是不會(huì)改變的。 （ 2） 20 世紀(jì) 40 年代，起先 是 用汞弧整流器 以及 閘流管構(gòu)成的靜止變流設(shè)備 替代 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，但 是 在后期馬上被更加 低成本以及 安全的晶閘管變流裝置所 替代 ?，F(xiàn)在因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展消除了學(xué)科之間的界線，綜合當(dāng)下控制技術(shù)， PWM 操控電機(jī)調(diào)速能力將越來越重要 [16]。 圖 31 系統(tǒng)方案框圖 本系統(tǒng)控制對(duì)象是 55LCX 永磁式直流電機(jī)，主要技術(shù)指標(biāo)如表 。其自由度大、算術(shù)運(yùn)算功能比一般的強(qiáng)，能用多種語言所以軟件編程變通，還能 夠用軟件編程完成全部算法以及邏輯控制。 本次設(shè)計(jì)使用 51 系列單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種型號(hào)的單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)包括：功耗較低，低電壓環(huán)境工作，屬于性能較高的 CMOS 八位類型。在前一種方式里， RAM、串行口以及中斷系統(tǒng)和定時(shí)器等都不會(huì)因?yàn)?CPU工作的停止而中斷。本型號(hào)的單片機(jī)的具體的管腳圖如圖 32 所示： 圖 32 單片機(jī)引腳圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)方案 本文中最重要的是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊不可或缺，考慮以下方法。在本次論文設(shè)計(jì)中數(shù)碼管完全可以完成本次目標(biāo)。 方案二：選用行列式鍵盤，它的特征是行線、列線一一對(duì)應(yīng)連輸入線、輸出線。 根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。 圖 41 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)一般包括晶振、復(fù)位電路和電源電路。 所以，只要檢驗(yàn)輸入線的電平狀態(tài)能夠很簡(jiǎn)單知道其中哪個(gè)按鍵被啟動(dòng)了。這個(gè)問題一般可通過調(diào)用子程序來解決，當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)子程序時(shí)，調(diào)用幾回顯示子程序也能剛好達(dá)到消除抖動(dòng)的目的。脈沖頻率能讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有一定影響，雖然脈沖頻率高時(shí)其連續(xù)性好，但導(dǎo)致其帶負(fù)載能力變差，在脈沖頻率低的時(shí)候跟上述相反。 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì) 為了能將系統(tǒng)所設(shè)定的參數(shù)在系統(tǒng)掉電之后還能夠恢復(fù)， 所以 在設(shè)計(jì)時(shí)須考 慮如何來存儲(chǔ)這些特定的參數(shù)。AT24C01A 的管腳功能如表 所示。任意一位數(shù)碼管顯示都是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成的，根據(jù)不同的二極管發(fā)光，來顯 示出不同的數(shù)據(jù)。下面圖 48 所表示的就是數(shù)碼管顯示的原理圖： 圖 48 共陰數(shù)碼管原理圖 CS0、 CS CS CS3 各自作為四位一體數(shù)碼管的位選端，當(dāng)中間一個(gè)端口置于低電平時(shí)，則這一位數(shù)碼管就被選中；最后再回去設(shè)置段選端，段選端被 8 位數(shù)據(jù)線操控，當(dāng)一個(gè)端口處于高電平時(shí)則其所對(duì)應(yīng)的一段顯示。 總電路 圖 411 為根據(jù)以上電路設(shè)計(jì)的總電路 圖 411 總電路 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 主程序流程圖