【正文】 510a 所示的橋式（稱為 H型）斬波電路。 晶閘管的相控調(diào)壓或 PWM 斬波器調(diào)壓比串電阻調(diào)壓損耗小，效率高。 模擬 PWM發(fā)生器 眾所周知，直流電動機轉(zhuǎn)速 n 的表達式為 24 a a aeU I Rn C?? ?? (r/min) （公式 51） 式中 aU —— 電樞端電壓（ V） aI —— 電樞電流（ A） aR?—— 電樞電路總電阻（ ? ）； ? —— 每級磁通量 （ Wb）； eC —— 與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。 圖 56 74HC240 真值表 電機驅(qū)動模塊 L298 是雙電源大電流功率集成電路 , 直接采用 TTL 邏輯電平控制 ,可用來驅(qū)動繼電器、線 圈、直流電動機、步進電動機等電感性負載。單片機對 LED 顯示屏第 2行的掃描控制、第 3 行的掃描控制??直到第 8行的掃描控制，其過程與第 1行的掃描控制過程相同。 矩陣式鍵盤的連接方法和工作原理 圖 53 4*4 鍵盤 21 什么是矩陣式鍵盤？當(dāng)鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口線的占用，通常將按鍵排列成矩陣式，在矩陣式鍵盤中， 每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接，如圖 53。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計數(shù)器 PC 將得不到一個合適的初值，因此， CPU 可能會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序，所以需上電復(fù)位電路。 AT89C51 的上電復(fù)位電路如圖 51 所示，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電 阻到地即可。按 Ctrl+F5 進入調(diào)試界面或者點擊工具欄的調(diào)試按鈕。 第二步，安裝完畢，把 Proteus 6 Professional\MODELS\目錄下的 文件復(fù)制到 Keil\C51\BIN 文件夾下。 (4)實驗過程中損耗小 用 Proteus 仿真軟件進行的實驗教學(xué)，其在實驗的過程中，學(xué)生們可以將自己的構(gòu)思付諸于設(shè)計，不用因為元器件和儀器儀表的損耗問題而畏首畏尾。 對于一個仿真軟件或?qū)嶒炇?，測試的儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量實驗室是否合格 的一個關(guān)鍵因素。開發(fā)人員可用IDE 本身或其它 編輯器 編輯 C或匯編源文件。 Proteus 軟件集成了高級原理布圖、混合模式 SPICE 電路仿真、 PCB 設(shè)計以及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(tǒng)。 Ω 轉(zhuǎn)動的角速度 。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、 電樞繞組 、 換向器 和風(fēng)扇等組成。 12 第三章 直流電機 直流電機的介紹 定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的 電機 。 HMOS 單片機的節(jié)電工作方式只有掉電工作方式； CHMOS 單片機的節(jié)電工作方式有掉電工作方式和空閑工作方式兩種。復(fù)位后，單片機內(nèi)部寄存器的值被初始化。 （ 8）片外可尋址 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間 片外最多可擴展 64K 程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器空間。 （ 2） 4K 字節(jié) ROM， 128 字節(jié) RAM 片內(nèi) 4K 字節(jié) ROM 存儲器為片內(nèi)程序存儲器，用于存儲程序和表格。 雖然大多數(shù)普通單片機都具有熔絲燒斷保護單片機內(nèi)代碼的功能，但由于通用低檔的單片機并非定位于制作安全類產(chǎn)品，因此，它們往往沒有提供有針對性的防范措施且安全級別較低。 7 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 單片機的應(yīng)用范圍很廣，在社會生產(chǎn)的方方面面都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著低價位 OTP（ One Time Program）及各種類型片內(nèi)程序存儲器的發(fā)展，加之外圍接口不斷進入片內(nèi)，推動了單片機“單片”應(yīng)用結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 6 高 性能化 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3~6V 范圍內(nèi)工作。 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 4 隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點，克服了晶閘管的主要缺點。所以應(yīng)用先進控制算法，開發(fā)全數(shù)字化智能運動控制系統(tǒng)將成為新一代運動控制系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展方向。 隨著計算機，微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子 功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動機的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。 從 20 世紀(jì) 80 年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進。但發(fā)電機、電動機調(diào)速系統(tǒng)的主要 缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。在應(yīng)用方面，這種控制技術(shù)已經(jīng)滲透到了醫(yī)療、汽車制造、鐵道運輸、航天航空、鋼鐵生產(chǎn)、物流配送 、飲料生產(chǎn)等多個方面。 控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。不同的控制系統(tǒng)、傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。隨著科技的進步，人們對生活舒適性的追求將越來越高， PID 控制技術(shù)作為一項具有發(fā)展前景和影響力的新技術(shù)，正越來越受到國內(nèi)外各行業(yè)的高度重視。但是汞弧變流器仍存在一些缺點 :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。 隨著微型計算機、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動機控制也裝置不斷向前發(fā)展。正是這些技術(shù)的進步使電動控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。 直流電動機控制的研究現(xiàn)狀 數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機，同一臺控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對不同類型的被控對象進行控制，強大的通訊功能使它易和 PLC 等各種器件通訊組成整個工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強等特點，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化，彌補了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護功能不完善、調(diào)試不 方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護簡單，使其具備了廣一闊的應(yīng)用前景。但由于進口設(shè)備價格昂貴，也給出了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。 低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。這類單片機的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。因此，單片機具有以下特點 : （ 1）較高的性價比 目前國內(nèi)市場上，有些單片機的芯片價格只有幾十元人民幣，再加上很少的外圍器件，就可以構(gòu)成一臺多功能的控制機構(gòu)。 （ 3）辦公自動化領(lǐng)域 現(xiàn)代的辦公室所使用的大部分現(xiàn)代產(chǎn)品多數(shù)都采用了單片機，如打印機、繪圖儀、 復(fù)印機等等。 MCS51 系列單片機芯片有許多種，但是它們的基本組成和基本性能是相同的。用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進行管理、控制和監(jiān)視等。 MCS51 單片機的工作方式 MCS51 系列單片機的工作方式有：復(fù)位方式，程序執(zhí)行方式，節(jié)電工作方式，低功耗方式以及 EPROM 編程和校驗方式。上電自動復(fù)位是通過電容充電來實現(xiàn)的，通過選 擇適當(dāng)?shù)碾娙莺碗娮?，就能夠?RST 引腳上的高電平保持兩個振蕩周期以上，以實現(xiàn)上電的同時完成單片機的復(fù)位；按鍵手動復(fù)位分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種方式。 其中退出空閑方式的方法有兩種，一種是中斷推出，另一 種是按鍵復(fù)位退出；退出掉電方式的唯一方法是由硬件復(fù)位，復(fù)位時將所有的特殊功能寄存器的內(nèi)容初始化，但不改變內(nèi)部 PAM 區(qū)的數(shù)據(jù)。與交流電機相比直流電機的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，可靠性較差，使它的 應(yīng)用受到限制。 Ia電樞電流 。 KD轉(zhuǎn)動部分的阻尼系數(shù) . 永磁直流電動機的電樞反電動勢可表示為 : Ea=Ke*Ω (公式 33) 式中 Ke反電動勢常數(shù) . 電磁轉(zhuǎn)矩為 : Te=KT *Ia (公式 34) 式中 KT磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 Keil 提供了包括 C編譯器 、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個 集成開發(fā)環(huán)境 （ uVision）將這些部分組合在一起。 ABS 文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51或 tScope51使用進行 源代碼 級調(diào)試，也可由 仿真器 使用直接對 目標(biāo)板 進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號等。 PROTEUS 與 KEIL 的聯(lián)調(diào) Proteus 軟件包括匯編語言編譯系統(tǒng)，可以在軟件平臺上對單片機進行可視化調(diào)試。在 Kei 中打開一個項目，在 option for target中的 Debug標(biāo)簽中選中 Proteus VSM Monitor51 Driver 。 18 單片機（速度的測量計算、輸 入 設(shè)定及系統(tǒng)控制） 單片機（ PID 運算控制器、 PWM 模擬發(fā)生器） 電機 速度采集電路 電機驅(qū)動電路 鍵 盤 顯示器 第五章 設(shè)計實現(xiàn) 系統(tǒng)總體框架 圖 51 系統(tǒng)總流程圖 本設(shè)計是以 51 單片機為控制中心，通過采集電機的當(dāng)前速度，與設(shè)定的速度之間的差值進行 PID 運算，然后輸出相應(yīng)的模擬 PWM 波，使得差值越來越小直到電機速度在允許的誤差范圍內(nèi)。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時間取決于電容的充電時間。在這種鍵盤的連接方法中，我們通常采用上拉電阻接法，即各按鍵開關(guān)一端接低電平，另一端接單片機 I/O 口線并通過上拉電阻與 VCC 相連，這是為了保證在按鍵斷開時，各 I/O 口線有確定的高電平，如果端口內(nèi)部已經(jīng)有上拉電阻，則外電路的上拉電阻就可以省去。由此可見，在需要的按鍵數(shù)量比較多的時候，采用矩陣法萊連接鍵盤是非常合理的，所以本設(shè)計采用矩陣式鍵盤。 本設(shè)計使用的驅(qū)動器件是 74HC240，如圖 56所示。 L298是一種常用的電機驅(qū)動芯片 , 一片 L298 即可驅(qū)動兩個直流電機或一個步進電機。所以常用控制方法是改變電樞電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。在圖 59a 中，假定晶體管 V1先導(dǎo)通 T1秒（忽略 V1的管壓降，這期間電源電壓 Ud全部加到電樞上）， 25 圖 59 PWM 斬波器原理圖電路及輸出電壓波形 a：原理圖 b：輸出電壓波 然后關(guān)斷 T2秒（這期間電樞端電壓為零）。該間隔時間成為死區(qū)時間）之后， 26 r(t) Kp Ki/S Kd比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。在微分時間選擇合適的情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。用理論計算法設(shè)計調(diào)節(jié)器的前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。 ③ 選擇控制度：所謂控制度就是以模擬調(diào)節(jié)器為基準(zhǔn)，將 DDC 的控制效果與模擬調(diào)節(jié)器的控制效果相比較。 ③ 積分系數(shù) IK 保持不變，改變比例系數(shù) PK ，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調(diào)整，直到滿意為止。 原理圖說 明 仿真開始之后，電機不轉(zhuǎn)，停止指示燈亮。 圖 514 PID 算法流程圖 鍵盤程序程序流程 鍵盤中斷程序是用來設(shè)在系統(tǒng)相應(yīng)參數(shù)和控制系統(tǒng)進入相應(yīng)的運行狀態(tài)，其程序流程圖如圖 515 所示。在老師的精心講解下，并通過自己的努力也了解了單片機內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，以及接外部電路的情況，但也知識皮毛而已。但是，單片機發(fā)展到現(xiàn)在也有存儲空間較小、下游方案較少等局限性。同時也使我明白了我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的，還要與實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，通過自己的雙手來解決問題比用腦子解決問題來的更加深刻。 sbit p36=P3^6。 //延時 1ms 子程序 void delay(uchar z) { uchar x,y。 shu[1]=a%100/10。 P0=table[shu