【文章內(nèi)容簡介】 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 10 基于 STC89C51單片機的用軟件產(chǎn)生 PWM信號的途徑，并介紹了一種獨特的通過軟件 定時中斷 實現(xiàn) PWM 信號占空比調(diào)節(jié)的方法。 由于單片機的驅(qū)動能力不強，驅(qū)動直流電機需要很強的電流所以必須有外圍的驅(qū)動電路，因此本設(shè)計采用 L298芯片 放大單片機微弱的電流。 控制原理：以 STC89C51單片機為核心的直 流電機控制系統(tǒng)控制，由軟件轉(zhuǎn)換成 PWM信號，并由 、 ，經(jīng)驅(qū)動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電。軟件采用 定時中斷 進行設(shè)計。單片機上電后，系統(tǒng)進入準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)按動啟動按鈕后，根據(jù) 電平 實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn) ， 高 電平 時實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn) 。根據(jù)不同的加減速按鈕，調(diào)整 ，從而可以控制 ，進而控制電壓的大小。控制程序應(yīng)用于電機的加減速 。 電機調(diào)速控制模塊 方案選擇 方案一 ：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位 器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。 方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對 電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。 方案三：采用 驅(qū)動芯片 L298N 驅(qū)動直流電機， L298N 具有驅(qū)動能力強，外圍電路簡單等優(yōu)點，因此我們采用方案三。 PWM調(diào)速工作方式 方 案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機兩控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 11 方案二：單極性工作制。單極性工作制是單片機控制口一端置低電平，另一端輸出 PWM 信號，兩口的輸出切換和對 PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動也比雙極性工作制的小，所以我們采用了 方案二 。 系統(tǒng)分析與硬件設(shè)計 鍵盤向單片機輸入相應(yīng)控制指令，由單片機通過 與 其中 一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、驅(qū)動電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制 ， 電動機正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)， 加速 ， 減速 、 停止 。 總體設(shè)計方案的硬件部分詳細(xì)框圖如圖 21所示 ： 鍵 盤輸 入電 路紅 外發(fā) 射電 路S T C 8 9 C 5 1 復(fù) 位 電 路電 源 電 路電 機 驅(qū)動 電 路直 流電 機 圖 21 系統(tǒng)硬件框圖 設(shè)計部分分析 STC89C51 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 12 STC89C51 內(nèi)有 8 位的 CPU、 4K 的 ROM 程序存貯器， 128 個字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存貯器， 4個 8位并行口， 2個 16位定時器 T0和 T1，一個異步串行口 UART。 STC89C51是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可 編程 Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造。另外， STC89C51 可降至 0HZ 靜態(tài)邏輯操作，支持兩種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切停止工作，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 復(fù)位電路及時鐘電路 復(fù)位電路和時鐘電路是維持單片機最小系統(tǒng)運行的基本模塊。復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動復(fù)位。 RST單片機C1R1GNDVCC RST單片機C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 22上電復(fù)位 圖 23手動復(fù)位 有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復(fù)位。所以本次設(shè)計選用手動復(fù)位。 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 由于單片機 P3 口輸出的電壓最高才有 5V，難以直接驅(qū)動直流電機。所以我們需要使用 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動芯片 L298N 來驅(qū)動電機。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號 VSS， VSS可接 ～ 7V電壓。 4腳 VS接電源電壓， VS電壓范圍 VIH為＋ ～ 46V。輸出電流可達 ，可驅(qū)動電感性負(fù)載。 1腳和 15 腳下管的發(fā)射極分 別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。 L298 可驅(qū)動 2個電動機， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。 EnA， 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 13 EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。 同時需要加四個二極管在電機的兩端，防止電機反轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生強大的沖擊電流燒壞電機。具體驅(qū)動電路如下圖 29： 紅外遙控電路設(shè)計 紅外系統(tǒng)方框圖 （ 1） 發(fā)射端電路：由單片機系統(tǒng)、紅外發(fā)射電路及紅外遙控按鍵，電源電路等組成。其設(shè)計原理圖如下 ： 遙 控按 鍵S T C8 9 C 5 1紅 外 發(fā) 射 管5 V 電 源 圖 24 遙控器方框圖 系統(tǒng)功能需求 本遙控系統(tǒng)要求用單片機作為控制芯片制作一個遙控器，使一個單片機系統(tǒng)能被遙控操作。本系統(tǒng)要求遙控器能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機的啟停、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能。用 STC89C51 來作主芯片控制，采用紅外接收頭，具有紅外遙控功能。 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 14 紅外發(fā)射電路 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。 在確定選擇 STC89C51 作為本設(shè)計發(fā)射電路核心芯片和點觸式開關(guān)作為控制鍵后，加 上一個簡單紅外發(fā)射電路和 12M 晶體振蕩器便可實現(xiàn)紅外發(fā)射。 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。它實際上是一只特殊的發(fā)光二極管，由于其內(nèi)部材料不同于普通發(fā)光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它發(fā)出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為 940nm 左右，外形與普通二極管相同，只是顏色不同。 圖 25 紅外發(fā)射電路 紅外檢測接收電路 在接收過程中，脈沖通過光學(xué)濾波器和紅外二極管轉(zhuǎn)換 為 40KHZ的電信號，此信號經(jīng)過放大，檢波，整形，解調(diào)，送到解碼與接口電路，從而完成相應(yīng)的遙控功能。接收電路如圖 通常，紅外遙控器將遙控信號（二進制脈沖碼）調(diào)制在 40KHZ 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號發(fā)射出去。將上述的遙控編碼 測控儀器設(shè)計課程設(shè)計 15 脈沖對頻率為 40KHZ 的載波信號進行脈幅調(diào)制（ PAM),再經(jīng)緩沖放大后送到紅外發(fā)光管，將遙控信號發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號編碼和發(fā)射過程，遙控信號的識別 —— 即解碼過程是去除40KHZ 載波信號后識別出二進制脈沖碼中的 0 和 1。由 ST89C51 單片 機、一體化紅外接收頭、還原調(diào)制和紅外發(fā)光管驅(qū)動電路組成。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，基極為感光部分）。在實際應(yīng)用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應(yīng)用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度。 設(shè)計所需部分器件 變壓器、單片機 STC89C5 直流電機驅(qū)動芯片 L298N、 12MHZ 晶振 、 780四位共陽數(shù)碼管 、 電容 、 電阻、紅外遙控器、 5V直流電動機 等。 應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試 使用 Keil 軟件工具時，項 目開發(fā)流程和其它軟件開發(fā)項目的流程極其相似。 (1) 創(chuàng)建一個項目，從器件庫中選擇目標(biāo)器件，配置工具設(shè)置。 (2) 用 C語言或匯編語言創(chuàng)建源程序。 (3) 用項目管理器生成應(yīng)用。 (4) 修改