【正文】 機(jī)中常用軟件法，在本設(shè)計(jì)中也是應(yīng)用軟件法。用軟件實(shí)現(xiàn) PWM信號，常用兩種方法：一種是用定時(shí)器控制 PWM輸出，此種方法死區(qū)時(shí)間最少占 5個(gè)指令周期，分辨率比較低。 實(shí)現(xiàn)測速功能的程序流程圖如圖 55。 轉(zhuǎn)速的檢測，實(shí)際上是應(yīng)用了兩個(gè)中斷服務(wù)子程序， T0 中斷和INT0 中斷。 在 LED 的硬件圖中可以看到，單片機(jī)的 P2 口作為顯示部分的數(shù)據(jù)輸出口與控制輸出口。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。經(jīng)過多天的努力探索，也經(jīng)過老師的指導(dǎo)，大部分問題都已經(jīng)解決，就是程序還是不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能，這讓我很著急。數(shù)字測速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護(hù)方便。并且對論文中的我所不清楚的難點(diǎn)問題都細(xì)心解答。老師及學(xué)長 對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，并將使我終生受益。 在此次設(shè)計(jì)中存在的不足和失誤還有待改進(jìn)，對于實(shí)現(xiàn)軟硬件搭配的多種可行性分析我沒有太多的去思考，對于測速部分的算法也需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)跟改進(jìn)?？偨Y(jié)這次軟件調(diào)試，讓我認(rèn)識到了做軟件調(diào)試的基本方法與流程： （ 1）認(rèn)真檢查源代碼，看是否有文字或語法錯誤 （ 2）逐段子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，找出錯誤出現(xiàn)的部分，重點(diǎn)排查 （ 3）找到合適的方法 ，仔細(xì)檢查程序，分步調(diào)試直到運(yùn)行成功 仿真圖形 初始狀態(tài)，直流電機(jī)有如圖示 運(yùn)行效果 ，按下急停鍵，直流電機(jī)有圖 19的停止運(yùn)行結(jié)果。 Proteus 提供了大量的元件庫，有 RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、 LED、 LCD、 AD/DA、部分 SPI 器件、部分 IIC 器件，編譯方面支持 Keil 和 MPLAB 等編譯器。其中 uVision2 集成開發(fā)環(huán)境中的 工程 (project)是由源文件、開發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說明三部分組成的 。其中 P2口的低四位作為 BCD 碼的輸出口， P2 口的高四位分別控制四位 LED（ LED LED LED3 和 LED4）。 T0 中斷的作用就是給定一個(gè)時(shí)間間隔 T，在 T 內(nèi)應(yīng)用 INT0 中斷對外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，時(shí)間到就送出 R0 的數(shù)值，并對其清零。通?？梢允褂靡韵聝煞N方法： ，在一定時(shí)間間隔 T內(nèi)，對脈沖發(fā)生器的輸出脈沖計(jì)數(shù)，從而得到與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖測量值 m。理論上，把這兩種方法結(jié)合起來，根據(jù)不同的占空比，采用相應(yīng)合適的方式可以比較好的解決死區(qū)與效率的問題。而在檢測到按鍵釋放后（ ）再延時(shí) 510個(gè)毫秒，消除后沿的抖動，然后再對鍵值處理。 圖 52 鍵盤子程序的流程圖 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 Key board subprogram flow diagram 組成鍵盤的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。 首先分析主程序的流程，其程序流程圖如圖 51 所示。設(shè)計(jì)中我采用了通過控制三極 管來選通 LED 的方法。對于開關(guān)型傳感器的正值規(guī)定是：用磁鐵的 S極接近傳感器的端面所形成的 B值為正值。在電機(jī)的轉(zhuǎn)葉上貼上兩片小磁鋼，那么電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出兩個(gè)脈沖。第二， L298 允許的電流和功率的 限制。 Ven 為電壓比較器輸出端信號 表 46 L298 對直流電機(jī)控制的邏輯真值表 logical truth table of Automation motor control by L298 輸入 輸出 Ven=H Ven=H Ven=L Ven=L PWM 無輸出 C=H； D=L C=L； D=H C=※； D=※ C=※； D=※ Ven=※； C=※； D=※ 運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，正轉(zhuǎn)。在ENABLE輸入為 PWM波的情況下，當(dāng) DIRECTION輸入為高電平時(shí)，可以見到 1AV 與1BV 一直導(dǎo)通，其對應(yīng)下臂橋 2AV 與 2BV 一直截止。調(diào)節(jié)電位計(jì)的參考電壓能調(diào)節(jié) L298 的限流電壓。 L298有單極性、雙極性 2種工作方式。由于 C4本身的電解比大，對高頻交流成分的濾波效果比較差，所以為了改善濾波電路的高頻抑制特性，在 C4旁邊并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能良好的小電容 C5。 整個(gè)系統(tǒng)的電源由外接雙路穩(wěn)壓電源（ +5V 、 +12V）提供。 所以這兩種輸出信號 其中一路 控制 L298 的使能和方向，一路PWM 波形送 L298 控制直流電機(jī)的速度。所使用的三極管是 9014，該三極管是 NPN 管，當(dāng)給它一個(gè)高電平時(shí)就導(dǎo)通，給它低電平時(shí)截止。它可以外接電阻，把變化量反 饋給控制電路。當(dāng) V V4 導(dǎo)通時(shí)，V V3 關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng) VV3導(dǎo)通時(shí)， V V4 關(guān)斷電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。所有外圍器件的地址都占用數(shù)據(jù)存儲空間的地址資源，因此 CPU 與片外外圍器件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可以使用與訪問外部數(shù)據(jù)存儲器相同的指令。 對于沒有定義的存儲單元用戶不能使用。程序狀態(tài)字寄存器中的數(shù)據(jù)可以通過編程來改變，這種功能為保護(hù)工作寄存器的內(nèi)容提供了很大的方便。 外 部 數(shù) 據(jù)存 儲 空 間數(shù) 據(jù) 存 儲 空 間F F F F H0 0 0 0 H內(nèi) 部 數(shù) 據(jù)存 儲 空 間特 殊 功 能寄 存 器0 0 H7 F H8 0 HF F H內(nèi) 部 程 序存 儲 空 間0 F F F H0 0 0 0 H外 部 程 序存 儲 空 間程 序 存 儲 空 間F F F F H1 0 0 0 HE A = 1外 部 程 序存 儲 空 間E A = 0 圖 22 AT89S51 單片機(jī)的存儲器映射圖 Memory mapping diagram of AT89S51 AT89S51 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器有 256 字節(jié)，它們被分為兩部分：高 128字節(jié)和低 128字節(jié)。 AT89S51單片機(jī)內(nèi)部具有的 4KB 程序存儲器被映射到程序存儲空間的 0000H～ 0FFFH 區(qū)間，如圖 32 所示。最適合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室使用的是 PDIP40 封裝形式，它的外形如圖 21 所示。 所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法 [2]。 C. 單片機(jī)的硬件和外圍電路的設(shè)計(jì) :通過查閱大量資料和直流電機(jī)原理和單片單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理，使用 Protel軟件畫出完整的系統(tǒng)圖和電路原理圖。電動機(jī)的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。 PWM 直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需用的功率元件少、線路簡單、控制方便、開關(guān)頻率高、低速性能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在工廠企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。在直流電機(jī)中安裝霍爾開關(guān)傳感器，把速度信號傳送到 AT89S51， 由 AT89S51 進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)， 算出直流電機(jī)每秒鐘的轉(zhuǎn)速， 最后 送LED 顯示。 近年來，電氣傳動的 PWM 控制技術(shù)以成為電氣傳動自動控制技術(shù)的熱點(diǎn)之一。 而以往直流電動機(jī)的控制只是簡單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，第一章 緒論 2 不能實(shí)現(xiàn)智能化。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步， 交流調(diào)速問題的解決，交流調(diào)速 系統(tǒng) 在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo) 地位，但 在我國 ， 目前仍有大量 的各類機(jī)床和控制 系統(tǒng) 仍在 使用直流電動機(jī) 來作 伺服驅(qū)動 ,有些用模擬 PWM 進(jìn)行 控制、有些用晶閘管移相 進(jìn)行控制。 E. 程序的嵌入與調(diào)試：進(jìn)行仿真、調(diào)試，固化樣機(jī)聯(lián)調(diào)，軟硬件結(jié)合起來調(diào)試，找錯、修改軟硬件，進(jìn)行軟硬件測試。其中脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation,PWM）是常用的一種調(diào)速方法。上述存儲空間在物理上可以被映射到 4 個(gè)區(qū)域：片內(nèi)程序第二章 預(yù)備知識介紹 6 存儲器和片外程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。高于 0FFFH 的程序存儲空間只能被映射為外部程序存儲器。它可以進(jìn)一步被分為 3部分，如圖 23 所示。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址從 30H～ 7FH 部分僅可以用作通用數(shù)據(jù)存儲器。例如前面提到的用來確定當(dāng)前工作寄存器組的程序狀態(tài)字寄存器（ PSW），它的地址為 D0H，因此對它可以進(jìn)行字節(jié)操作，也可以進(jìn)行 位操作。要實(shí)現(xiàn)以上的功能，應(yīng)用比較廣泛的是由四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的 H 型橋式驅(qū)動電路。但是為了簡化電路，在設(shè)計(jì)中使用集成有橋式電路的電機(jī)專用芯片。 圖 26 L298 引腳圖 The pin figure of L298 表 27 L298 引腳功能表 第二章 預(yù)備知識介紹 12 Function table of L298 pins 顯示模塊 本系統(tǒng)使用四位共陽數(shù)碼管顯示直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，為了節(jié)省 I/O 口，我們使用 74LS47 來把四位的 BCD 碼轉(zhuǎn)換成七段 LED顯示，所以在單片機(jī)中輸出轉(zhuǎn)速的數(shù)值要用 BCD表示，會詳細(xì)在下一章的軟件部分講到。南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 第 三 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)是基于 AT89S51 單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) ，其基本原理為：由單片機(jī) AT89S51接受鍵盤的信號并通過計(jì)算占空比產(chǎn)生出對應(yīng)的 PWM信號輸出和控制信號輸出， 脈寬調(diào)制 (PWM)信號經(jīng)過功率放大后 驅(qū)動電機(jī) ,本調(diào)速控制系統(tǒng)采用的是 L298 驅(qū)動芯片。比較器LM393 主要起到了限制過流和保護(hù) L298 的作用。為解決這個(gè)問題，我們采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。至于 AT89S51正常工作的最少模式跟 AT89C51 基本上是一樣的，這里就不再詳述了。調(diào)速控制系統(tǒng)采用的是單極性工作方式。這就起到了限制過流和保護(hù) L298的作用。這過程中 3AV 與 3BV 一直與 PWM 波形變化一致。 停止?fàn)顟B(tài)下，電機(jī)不工作。 速度的測量和顯示 本設(shè)計(jì)附加了對直流電動機(jī)的測速顯示功能。 第四章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 CS3020 霍爾傳感器內(nèi)部有 5 個(gè)部分 組成 ，即由穩(wěn)壓 電路 、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級組成。對于 CS3020， OPB =， RPB =， OLV =80～ 150mV，OHV =4V，工作電壓為 ～ 24V。這樣做可以保證 LED 能正常地工作。（當(dāng)然可送其它占空比數(shù)據(jù)，這里是為了更好的展示，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，其值可變）。 這種抖動對于人來說是感覺不到的，但對計(jì)算機(jī)來說，則是完全可 以感應(yīng)到的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)處理的速度是在微秒級，而機(jī)械抖動的時(shí)間至少是毫秒級，對計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè) “ 漫長 ” 的時(shí)間了。 相對應(yīng)用硬件實(shí)現(xiàn) PWM 信號，用軟件實(shí)現(xiàn)具有成本低，限制少，實(shí)現(xiàn)便捷等優(yōu)點(diǎn)。定時(shí)器 T0確定 PWM 波的頻率， T1 確定高電平的時(shí)間，這樣改變 T1 的初值就可以改變占空比。在實(shí)際應(yīng)用中，還有一種集以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)與一體的測南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 速方法 M/T 法。 圖 55 測速功能的程序流程圖 Program flow chart of speed measurement 第五章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 顯 示子程序 本設(shè)計(jì)用了四位共陽數(shù)碼管和七段譯碼器作為顯示電路外圍器件，其詳細(xì)的硬件論述請看第四章的 LED 顯示的硬件電路部分。 LED的千位是正反轉(zhuǎn)的標(biāo)志位，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)的時(shí)候不顯示（ BCD 碼為 1111），當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候顯示為“三”型（ BCD 碼為1101）。 Proteus 軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程，并進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與分析 32 圖 電機(jī)正轉(zhuǎn)加速 圖 電機(jī)正轉(zhuǎn)減速 按下反轉(zhuǎn)鍵，直流電機(jī)有圖 反向加速運(yùn)行結(jié)果 。 Application Research of PWM Inverter in the Cascade Speed Control System of Innerfeedback Motor[C]. Proceedings of 2020 9th International Conference on Electronic Measurement am