【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對(duì)過電壓、過電流和過高的 dudt 與 didt 都十分敏感，若超過允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 圖 13 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM系統(tǒng)） 兼于方案一 調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大 ，因此本設(shè)計(jì)采用方案一。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 3 第二章 單元模塊設(shè)計(jì) H 橋電路方案設(shè)計(jì) 圖 21所示的 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括 4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī) ， 電路得名于 “H 橋驅(qū)動(dòng)電路 ” 是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。 如圖 21所示， 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。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖 21 H橋驅(qū)動(dòng)電路 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖 22 所示，當(dāng) Q1管和 Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極。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)。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。 圖 22 H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī) 順 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 4 圖 23所示為另一對(duì)三極管 Q2 和 Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管 Q2和 Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。 圖 23 H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 調(diào)速設(shè)計(jì)方案 調(diào)速采用 PWM（ Pulse Width Modulation） 脈寬調(diào)制，工作原理：通過產(chǎn)生矩形波，改變占空比，以達(dá)到調(diào)整脈寬的目的。 PWM 的定 義 :脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。 9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在 {0V,5V}這一集合中取值 。 模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì) 汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重 (如老式的家庭立體聲設(shè)備 )和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正 比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 5 何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 電源電路 （ 1）芯片介紹 78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓 45V 電子產(chǎn)品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78 系列和負(fù)電壓輸出的 79 系列。故名思義，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端 、 接地 端和輸出端。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 ,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路 。 該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M或 L，如 78M12 或 79L24,用來(lái)區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中 78L系列的最大輸出電流為 100mA， 78M 系列最大輸出電流為 1A， 78系列最大輸出電流為 。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散 熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 （ 2）電路原理圖 電源電路采用 78系列芯片產(chǎn)生 +5V、 +15V。電路圖如圖 24： 圖 24 78系列的電源電路 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 基于三極管的使用機(jī)理和特性，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中采用 H橋功率驅(qū)動(dòng)電路 ， H橋功率驅(qū)動(dòng)電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng) 。 永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn) 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 6 電機(jī)的勵(lì)磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說繞組有時(shí)需正向電流，有時(shí)需反向電流，這樣繞組電源需用 H橋驅(qū)動(dòng) 。直流電機(jī)控制使用 H 橋驅(qū)動(dòng)電 路（圖 25），當(dāng) PWM1為低電平 ,通過對(duì) PWM2 輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q Q6 同時(shí)導(dǎo)通 Q5截止， 從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng) PWM2 為高電平 ,通過對(duì) PWM1 輸出占空比不同的矩形波使三極管 Q Q6 同時(shí)導(dǎo)通， Q5 截止 ，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制。 圖 25 H橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 2． 5 基于霍爾傳感器的測(cè)速模塊 霍爾傳感器的工作原理 霍爾效應(yīng) ： 在一塊半導(dǎo)體薄片上，其長(zhǎng)度為 l，寬度為 b，厚度為 d,當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)中，如果在它相對(duì)的兩邊通以控 制電流 I，且磁場(chǎng)方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B乘積成正比的電勢(shì) UH，即 UH=KHIB，其中 kH為霍爾元件的靈敏度。該電勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。 工作原理 ： 霍爾開關(guān)集成電路中的信號(hào)放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的霍爾電壓 UH 放大后再經(jīng)信號(hào)變換器、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號(hào)。信號(hào)輸出端每輸出一個(gè)周期的方波，代表轉(zhuǎn)過了一個(gè)齒。單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù) N，因此可求出單位時(shí)間內(nèi)的速度 V＝ NT。 霍爾傳 感器的電路原理圖 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 7 圖 26 霍爾傳感器的測(cè)速電路 2． 6 LCD 顯示模塊 1602 芯片介紹 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母 “A” 的代碼是01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母 “A” 。因?yàn)?1602識(shí)別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還 可以用字符型常量或變量賦值，如 39。A’ 。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為電源地 第 2 腳： VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳： V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “ 陰 影 ” ，使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 8 電路原理圖 圖 27 LCD顯示電路 調(diào)速設(shè)計(jì)模塊 PWM 波軟件軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖： 圖 28 軟件電機(jī)控制的方框圖 通過控制總中斷使能 EA 控制電機(jī)的開關(guān)，同時(shí)使能對(duì)霍爾傳感器輸出的方波在單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。其中定時(shí)器 T0,T1 分別對(duì)脈沖的寬度、霍爾元件輸出的脈沖開始 按鍵查詢 OPEN 是否按下 時(shí) 定時(shí)器 T0開始計(jì)時(shí) Add_speed 是否按下 初始化 是 是 增大矩形波占空比 Sub_speed 是否按下 是 減小矩形波占空比 Swap 或 close 是否按下 改變轉(zhuǎn)向或關(guān)閉電機(jī) 產(chǎn)生矩形波 山東華宇職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 9 數(shù)對(duì)應(yīng)的 1秒時(shí)間定時(shí)。對(duì)脈沖寬度的調(diào)整是通過改變高電平的定時(shí) 長(zhǎng)度，由變量 high控制。變量 change、 sub_speed 、 add_speed 分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、加速、減速。 /***********通過按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)開關(guān)、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的控制的程序 *****************/ void motor_control() { if(open == 1) EA = 1。 if(close == 1) EA = 0。 if(swap == 1) { change = ~change。 while(swap != 0) {} } if(sub_speed == 1) { high++。 if(h