【文章內容簡介】 且電流不可過大，否則會燒壞發(fā)光二極管，由于單片機的 I/O 口不可能輸出如此大的電流，所以數(shù)碼管與單片機相連時需要加驅動電路，可以用上拉電阻或專門的數(shù)碼管驅動芯片來驅動，本設計采用 74HC573 鎖存器 。 多位一體的數(shù)碼管，它們內部的公共端是獨立的，而負責顯示什么數(shù)字的段線全部是連接在一起的，獨立的公共端可以控制多位一體的哪一個數(shù)碼管點亮，而連接在一起的段線可以控制這個能點亮數(shù)碼管亮什么數(shù)字，通常我們把公共端叫做“位選線”，連接在一起的段線稱為“段選線”本設計采用 74HC138 譯碼器作為數(shù)碼管的位選。 數(shù)碼管 有 10 個引腳，二位數(shù)碼管也是 10 個引腳，四位數(shù)碼管是 12個引腳。 圖 24 數(shù)碼管原理圖 9 圖 25 顯示整體電路圖 利用數(shù)碼管顯示時，用六個數(shù)碼管來顯示，其中最高位是標記位，用來顯示“運行”狀態(tài)和“調節(jié)”狀態(tài)，如果是調節(jié)狀態(tài)，則顯示“ C” ,如果是運行狀態(tài)，則顯示“ S”。所有位的顯示則通過位選編碼和段選編碼來實現(xiàn)。 PWM 波驅動電機設計 本設計采用 PWM 波驅動電機的運轉，它是按一定規(guī)律改變脈沖序列的脈沖信號寬度，以調節(jié)輸出量和波形的 一種調制方式，我們在控制系統(tǒng)中最常用的是矩形波 PWM 信號，在控制時需要調節(jié) PWM 波的占空比。如圖25 所示，當信號處于高電平時，電機通電轉動，由于電機軸具有慣性，當信號處于低電平時，電機仍會繼續(xù)轉動，等待下一個高電平的到來，電機就這樣轉動下去。占空比是高電平持續(xù)時間在一個周期內的百分比，控制電機的轉速時，占空比越大，速度越快，如果全為高電平，占空比為100%時，速度達到最快，因為，高電平時間越長，意味著在一個周期內，脈沖給電機加速的時間就越長，電機的轉速就越快。 本設計采用 51 單片機和 DAC0832 構 成“單緩沖”電路產(chǎn)生正弦波， 10 與三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波進行合成產(chǎn)生 PWM 波，如圖 26 所示。在正弦波高于三角波的部分，輸出高電平，如圖 26 的 1， 2， 3， 4 部分。在正弦波低于三角波的部分，輸出低電平，如圖 26 的 5,6,7 部分，通過調節(jié)正弦波的頻率，來調節(jié) PWM 波的頻率，進而控制 PWM 波的占空比，達到調速的目的。占空比越大，速度越快。 圖 26 三角波和正弦波合成 PWM波 原理 圖 圖 27 PWM 驅動電機原理圖 11 DAC0832 電路設計 DAC0832 是使用非常普遍的 8 位 D/A 轉換器，其轉換時間為 1us,工作電壓為 +5V 到 +15V,基準電壓為正負 10V。它主要由兩個 8 位寄存器和一個 8 位 D/A 轉換器組成。使用兩個寄存器（輸入寄存器和 DAC 寄存器 )的好處是可以進行兩級緩沖操作，使該操作有更大的靈活性，其轉換原理與T 型解碼網(wǎng)絡一樣，因為片內存在輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可徑直和單片機接口相接， DAC0832 輸出的是電流，當輸出需要轉換為電壓時，可外接運算放大器。屬于該系列的芯片還有 DAC0830， DAC0831,它們 可以相互代換。 DAC0832 主要特性如下： ； 1us。 、單緩沖和直通方式進行數(shù)據(jù)輸入； ； TTL 電平兼容； （ +5V~+15V） 。 ， 20mW。 DAC0832 芯片為 20 管腳直插封裝，其引腳分部如圖 27 所示， 各引腳定義如下： CS — 片選輸入，低電平有效。 1WR — 輸入寄存器寫選通輸入，負脈沖信號有效（脈寬不小于 500ns）。當CS為 0 時， ILE 為 1， WR1 有效時 DI0 到 DI7 狀態(tài)被鎖存到輸入 寄存器。 DI0到 DI7— 數(shù)據(jù)輸入端， TTL晶體管電平，有效時間應該至少 90ns。 Vref— 基準電壓輸入口，電壓范圍在 10V 和 10V 之間。 Rfb— 反饋電阻端，芯片內部此端與 Iout1 接有一個 15k ohm 的電阻。 Iout1—— 電流輸出口，當輸入全為 1 時，其電流最大。 Iout2—— 電流輸出口，其值與 Iout1 端電流之和為一個常數(shù)。 XFER—— 數(shù)據(jù)傳控信號輸入口，低電平有效。 2WR —— DAC 寄存器的寫選通輸入口，負脈沖有效 (脈沖寬度應大于500ns)。當 XFER=0 且 WR2 有效時，把輸入寄存器的數(shù)據(jù)傳到 DAC 寄存器中。 ILE—— 數(shù)據(jù)鎖存控制信號輸入口，高電平有效。 Vcc—— 電源電壓端，電壓范圍 +5V 到 +15V。 12 GND—— 模擬地和數(shù)字地，模擬地為 模擬信號與基準電源參考地；數(shù)字地為工作電源地與數(shù)字邏輯地（兩地最好在基準電源處一點共地）。 圖 27 DAC0832 管腳圖 DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成單片直流輸出型 8 位數(shù) /模轉換器。由倒 T 型 R— 2R 電阻網(wǎng)絡、模擬開關、運算放大器和參考電壓 VREF 四大部分組成。輸出電壓 RDDDRVVo nnnnnfr e f 2 1)222( 002211 ????????? ????。 由 上 式 可 見 ， 輸 出 的 模 擬 量 與 輸 入 的 數(shù) 字 量? ?002211 222 ??????? ???? DDD nnnn 成正比，這就實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉換。 8 位 D/A 轉換器有 8 個輸入口（每一個輸入口是 8 位二進制數(shù)中的一位），一個模擬輸出端。輸入可有 25628? 個不同的狀態(tài)，輸出為 256 個電壓中的一種。 DAC0832 輸出的是電流，一般要求輸出的是電壓，所以必須外接運放轉換成電壓。本設計采用“單緩沖”方式輸出模擬正弦波信號，通過連接 ILE、 1WR 、 2WR 、 CS 和 XFER引腳，使得兩個鎖存器中的一個處于直通狀態(tài)，另外一個處于受控制狀態(tài)，或者兩個同時被控制， DAC0832就工作于“單緩沖”方式，連接線路如圖 28 所示。 13 圖 28 DAC0832構成“單緩沖” 電路圖 光電編碼器原理 本設計采用的測速裝置為對射式光電傳感器，其型號為 ITR9608 ITR9608 DIP4 槽型光耦 ，它可實現(xiàn) 快速響應 ，光敏感性高，結電容小，功耗低，抗干擾，分辨率高 ， 符合 國際通用 標準 。 反射式光電開關也屬于光電傳感器 的一種 ，它主要的 原理 是發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化成電流 的 變化 達到被檢 測 的目的 。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電 氣 隔離的，所以它可以在許多場合得到應用。 如 傳真機、打印機、車載導航、出卡機、車輛檢測器 等場 合 。 它的檢測原理是：電機主軸帶動光電碼盤轉動，碼盤上的 4個間隙將依次通過對射式光電傳感器中間的狹縫，如圖 ，當光束通過間隙射到光敏三極管上，使三極管能夠導通，使通過 R3的電流變大，從而使R3兩端的電壓增大，輸出電壓變?yōu)榈碗娖?，當光束被碼盤擋住時，光敏三極管處于截止狀態(tài)，通過 R3的電流很小， R3兩端的電壓相應很小，從而輸出電壓為高電平。這樣便在測量電路的輸出端 OUT端輸出矩形波，電機 14 的轉速越快，矩形波的頻率也越高，相應的每秒獲得的計數(shù)脈沖就越多，當狹縫數(shù)目增加時，同一時間內，采集的脈沖數(shù)目變 大，計數(shù)誤差變小 從而數(shù)碼管的示數(shù)就變大 ， 。 圖 29 電機驅動電路圖 本系統(tǒng)采用的驅動芯片 L9110。 它的特點：低靜態(tài)工作電流；寬電源電壓范圍： ~12V。每通道可以輸出連續(xù)電流 ；飽和壓降比較低； TTL/CMOS 輸出電平均可，能徑直接 CPU。輸出口有內置鉗位功能的二極管，使用于感性負載的情況；單片 IC 涵蓋控制功能和驅動功能；高壓時具備管腳保護功能； L9110 是為控制和驅動電機的電路元件，把分立的電氣元件安裝在單片 IC 之中，是外圍電路 成本降低，整體可靠性高，電平輸入可兼容TTL/CMOS，抗外界干擾；兩個 out 端驅動電機正反轉，電流驅動能力強，L9110 芯片電氣特性如表 21 所示。同時輸出飽和壓降不高；內置的充當鉗位的作用的二極管能夠放出感性元件的反向的沖擊電流，使之安全地驅動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管。 L9110 常應用于驅動模型車電機，步進電機、開光功率管等電路上。 管腳定義如下： A 端輸出 電源電壓 電源電壓 B 端輸出 地 15 A 端輸入 B 端輸入 地 器件管腳圖如圖 210所示： 圖 210 L9110芯片管腳圖 L9110 芯片電氣特性表、真值表如表 21和表 22所示。 表 21 L9110驅動芯片電氣特性表 表 22 L9110驅動芯片真值表 符 號 參 數(shù) 范 圍 單 位 最小 最大 典型 Vcc 電 源電壓 6 12 V Idd 靜態(tài)電流 —— 0 2 uA Iin 操作電流 200 350 500 uA IC 持續(xù)輸出電流 750 800 850 mA IMax 電流峰值 —— 1500 2020 mA IA IB OA OB H L H L L H L H L L L L 16 三角波發(fā)生器工作原理 555 定時器 結構組成 和 工作原理 如圖 圖 211 三五定時器電路組成圖 圖 212 三五定時器引腳圖 的工作原理 電壓比較器 內置其中 ，一個 是 RS 觸發(fā)器，一個 是 放電開關 T，三 個 5KΩ的電阻構成分壓 從而得到 比較器的參考電壓，高電平比較器 C1 同相端和低電平比較器 C2 的反相端的電平為 和 Vc31 。 C1和 C2的輸出控制 RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管狀態(tài)。當輸入 電壓 輸入 且 超過 Vcc32 時，觸發(fā)器 恢 復 原 位， 555 的輸出端 3腳輸出低電平，同時放電，開關 管 被自動 導通；當輸入 電壓從 2 腳輸入 且小 于Vcc31 時，觸發(fā)器 被自動 置位， 555 的 3 腳輸出 高電平 ，同時放電，開關管截止。 DR 是復位 口 ，當其為 0時， 555 輸出低電平。平時該 口斷 路或 者 接 到 Vc 。 Vco 是控制電壓 口 （ 5 腳），平時輸出 充當 比較器 A1 的參考電平，當 5 腳外接一個 inV ，比較器的參考電 平就 改變 了 ，實現(xiàn)另一種控制 下的 輸出，不 加 外界 電壓， 就把 一個 F? 的電容 接 到地， 可以起到 濾波 的功能 ， 抵消 外 界 干擾，H H L L 17 從而 確保參考電平的穩(wěn)定。 T 為放電管，當 T導通時，將給接于腳 7 的電容器提供低阻放電電路 . 電路的引腳功能 如表 23所示 表 23 555電路引腳功能表 三角波發(fā)生器工作原理 三角波發(fā)生器是由 IC1（ NE555）及周圍元件所構成的一個多諧振蕩器，通過對定時電容 C2（或 C3）的充放電，形成三角波形。調節(jié)電位器RP1可以改變波形的周期及占空比，從而使得輸出的三角波形左右對稱。開關 S1 可以選擇不同容量的定時電容，實現(xiàn)頻率的切換。 它的工作原理是：如圖 ， 剛接通電源 時 ，定時電容 C2（或C3）上 沒有 電壓， IC1的第 6腳 輸出的是 低電平，第 3腳輸出 的是 高電平，VT1導通，集電極輸出低電平， VT2導通， VT3截止，于是 12V 電源通過 VT2向定時電容充電，電壓 慢慢 上升，形成三角波上升沿 脈沖 。 當定時電容上的電壓達到 （ 2/3） VCC 時， IC1的第 3腳輸出低電平， VT1截止，集電極輸出高電平， VT3導通，定時 的 電容通過 VT RP1和 D4放電，電壓 慢慢 下降，形成三角波的下降沿 脈沖 。 當定時電容上的電壓降到（ 1/3） VCC 時， IC1第 3腳又輸出高電平，重復上述過程。 這種三角波發(fā)生器結構簡單，輸出信號穩(wěn)定，功耗低，比較適合在一——TR 觸發(fā) TH 閾值 —R 復位 DIS放電端 OUT輸出 Vcc31? Vcc32 H 導