【正文】 ol system ZhangPing (Sichuan University of Science and Engineering, Zigong, China, 643000) Abstract: This article make the control of the motor by pulse duration modulation. This article use a kind of simple and practical design solution .By help of Single Chip Micyoco , we could do something more flexible . the system can pute the speed of the motor by checking the optical grating . when get the data , it will dispose the data with a corresponding way , and then control DC motor by adjusting the PWM . on the other side , online is very important for a system , so to municate with other system , the system support a Serial interface ,too . Key words: digital 。直到進(jìn)入上世紀(jì) 80 年代，隨著全 控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展， PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。 現(xiàn)在 ，直流電機(jī) 控 速系統(tǒng) 的 數(shù)字化已經(jīng) 日趨成熟 ，伴隨著電子技術(shù)的 高速 發(fā)展，直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè) 嶄新 的階段，智能化、高可靠性已 不可避免的 成為了 它發(fā)展的 新 趨勢(shì) 。又分析了直流電機(jī)控速在現(xiàn)代化大生產(chǎn)中的重要作用。本系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī) 的控制， 采用 C 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的 速度檢測(cè)以及轉(zhuǎn)動(dòng) 調(diào)速。張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 這樣， 我們 終于 可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的 “占空比 ”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。計(jì)時(shí)器 0 被設(shè)置成計(jì)時(shí)模式，每隔 1 毫秒其會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，系統(tǒng)再根據(jù)需要來判斷這 1 毫秒是否屬 于工作區(qū)間，如果屬于則輸出工作信號(hào)，若不屬于則輸出停止工作信號(hào)。 其引腳圖如圖 35 所示 ： CPU 震蕩電路 特殊 功能 寄存 器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器 中斷系統(tǒng) 并行 I/O 串行 I/O 定時(shí)器 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 圖 35 AT89C52 單片機(jī)引腳圖 引腳功能 ：這 8個(gè)引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。 ALE/_________PROG ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用，在訪四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 問片外存儲(chǔ)器時(shí)， 8051CPU 在 引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8位地址的同時(shí)還在 ALE/_________PROG 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。 2）由處理器清空鎖存器數(shù)據(jù)，并鎖定為空信號(hào)，關(guān)閉數(shù)碼管顯示。如果此時(shí)芯片的輸出控制端為低，也即是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。其邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 311 所示： E RR O RT X D3RX D2CT S8RT S7DS R6DT R4DC D1RI9P1CO M P I MT 1 I N11R1O UT12T 2 I N10R2O UT9T 1 O UT14R1I N13T 2 O UT7R2I N8C2 +4C25C1 +1C13VS+2V S 6U3M A X 2 3 2 圖 311 MAX232引腳圖 第一部分是電荷泵電路。 第三部分是供電。其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。 SM2 ：多機(jī)通信控制位。在多機(jī)通信中它代表傳輸?shù)牡刂坊驍?shù)據(jù)， TB8=0 為數(shù)據(jù)， TB8=1 時(shí)為地址。 電源控制寄存器 PCON（見表 33） 。 IDL（ ） ：待機(jī)方式位。 波特率計(jì)算：在了解了串行口相關(guān)的寄存器之后，我們可得出其通信波特率的一些結(jié)論： ① 方式 0 和方式 2 的波特率是固定的。串行接口一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通 訊方式稱為 串行通訊 。 串口通信 的兩種最基本的方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。 RS232C、 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn) 只對(duì) 接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。最為簡(jiǎn)單且常用的是 三線制 接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，下面涉及到最為基本的接法，且直接用 RS232 相連。例如 Q1 和 Q4端，或者 Q2 和 Q3 端。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)軸上的光柵 會(huì)使光電開關(guān)產(chǎn)生脈沖 ， 由系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算而得到其轉(zhuǎn)速 ， 電路如圖 317： K _ c o u n tCon_1Con_2Q1T I P 3 1Q2T I P 3 2Q3B C18 4Q5T I P 3 2Q6B C18 4Q4T I P 3 1Q7B C18 4Q8B C18 4+ 8 8 . 8D C M O T O RR81kR91kR 1 01 0 k R 1 11 0 kQ 7 ( C) 圖 317 光電測(cè)速電路 單片機(jī) 光電開關(guān) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電機(jī) 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 本章小節(jié) 本章主要闡述了實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)的各個(gè)子電路的工作原理及其主要元件的性能參數(shù)， 分別包括 PWM 模塊，串行通信模塊，顯示模塊以，光電模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及主芯片。 按 下反轉(zhuǎn)按鈕之后顯示如圖 45 所示： 圖 45 反轉(zhuǎn) 按下設(shè)定占空比按鈕之后，顯示‘ H’ ，顯示如圖 46 所示： 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 46 調(diào)節(jié)占空比 在進(jìn)入設(shè)定模式之后可以調(diào)節(jié)激勵(lì)源占空比，通常隨著占空比的增加，電機(jī)的工作動(dòng)力會(huì)增強(qiáng)，當(dāng)然由于還有外接負(fù)載，所以通過計(jì)算占空比來測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，故需要通過光柵來測(cè)量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度。 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 致 謝 這次 的 畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我從中受益很大，深刻的認(rèn)識(shí)了自己在實(shí)踐方面的不足，凝結(jié)了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。借此論文之際，我想向所有人表達(dá)我的最誠(chéng)摯的謝意，愿我們將來都越來越好。//紅外測(cè)速端口 sbit Con_1=P1^6。//希望顯示的數(shù)字 int Show_Flag=0。// void Serial_Init(void)。//當(dāng)接收到中斷請(qǐng)求后， RI 被硬件置 1。//中斷 0 初始化，用于鍵盤 main() 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 { Timer0_Init()。//接收到中斷后， unsigned char Serial_SBUF=0。// char Set_Flag=0。 Utilitis[M]． ZiffDavis Press， 1993． [11] Horowitz E． Sahni S． Fundamentals of Data Structure[M]． Pitmen Publishing Limited， 20xx [12] Leen Ammeraal． C++程序設(shè)計(jì)教程 (第三版 ) [M]．中國(guó)鐵道出版社． 20xx． [13]沈蘭蓀．高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理及應(yīng)用 [M]．北京 :人民郵電出版社 ,1995． [14]李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M]．北京 :航空航天大學(xué)出版社 ， 1999． [15]李群芳等．單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù) [M]．北京 :電子工業(yè)出版社 ， 20xx． [16]Frank J， Meixner H． Sensor System for Air Monitoring Using Semiconducting Metal Oxides and IRabsorption[J]． Sensor and Actuators B， 20xx， 78： 298302． [17]劉瑞新．面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教程 [M]． 北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 20xx． 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 附 錄 附錄一 詳細(xì)電路設(shè)計(jì)圖 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 附錄二 軟件設(shè)計(jì) include sbit Key1=P3^3。 首先，我要特別感謝 王賢秋 老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 王 老師指導(dǎo)我、幫助我收集文獻(xiàn)資料，理清設(shè)計(jì)思路，完善操作方法，并對(duì)我所做的設(shè)計(jì)提出有效的 改進(jìn)方案。文章首先就直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)展開論述，詳細(xì)分析了各種系統(tǒng)模塊電路的設(shè)計(jì)思路以及邏輯結(jié)構(gòu)。張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 第 4 章 仿真 苯設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件采用 keil 編寫，電路的仿真采用 proteus7。當(dāng)然為了其擁有更好的性能，該電路有很多改進(jìn)版本。在這種情況下，通常是需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路用以作為系統(tǒng)和電機(jī)之間的橋梁，來提升系統(tǒng)性能。它是在 1970 年由 美國(guó) 電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）聯(lián)合 貝爾系統(tǒng) 、 調(diào)制解調(diào)器 廠家及計(jì)算機(jī) 終端 生產(chǎn)廠家共同制定的用于 串行通訊 的 標(biāo)準(zhǔn) 。 ISP 總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息， TRM450 是 ISP 接口。 串行通訊 的距離可以從幾米到幾千米；根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。 在方式 2 中，波特率取決于 PCON 中的 SMOD 值，即波特率為 ： 64fosc2 ?SMOD （ 31） 當(dāng) SMOD=0 時(shí)，波特率為 fosc/64 ；當(dāng) SMOD=1 時(shí)，波特率為 fosc/32。 另外與串行口相關(guān)的寄存器有前面文章敘述的定時(shí)器相關(guān)寄存器和中斷寄存器。 SMOD ：波特率加倍位。 TI ：串行口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志。其中發(fā)送機(jī) SM2 ＝ 1（需要程序控制設(shè)置）。 SBUF 寄存器：它是兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器，可同時(shí)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，可通過指令對(duì) SBUF 的讀寫來區(qū)別是對(duì)接收緩沖器的操作還是對(duì)發(fā)送緩沖器的操作。 電容器應(yīng)選擇 1μF的電解電容。功能是產(chǎn) 單片機(jī) MAX232 9 針 串行接頭 9 針 串行接口 邏輯上位機(jī) 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。本文所 建立的系統(tǒng)一直是以可組裝部件的原則來設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)中充分考慮了現(xiàn)代化大生產(chǎn)對(duì)系統(tǒng)模塊化的要求，加入了和其他系統(tǒng)通信的功能。 4）輸出段信號(hào)，控 制段鎖存器接收信號(hào)并鎖定。如果 __EA=1，那么允許使用片內(nèi) ROM；如果 __EA=0，那么允許使用片外 ROM。第二種情況是 AT89C52 帶片外存儲(chǔ)器， 在CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低 8位地址，然后傳送 CPU 對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。其基本組成如 圖 34 所 示： 圖 34 基本結(jié)構(gòu)圖 ． CPU 及部件的作用功能 中央處理器 CPU：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。如圖 31 所示： 圖 31 PWM 方波 100ms H0 L 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 當(dāng) 電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速 的 最大 值 為 Vmax，設(shè)占空比為 T= H/(H+L)，則電機(jī)的平均速度為 Va verge = Vmax * H/(H+L)=Vmax*T ,其中 Va 指的是電機(jī)的平均速度； Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度； T 是指占空比。 張平：數(shù)字式直流電機(jī)控速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 第三章 電路設(shè)計(jì) PWM 信號(hào)發(fā)生電路 脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，