【文章內(nèi)容簡介】 測速系統(tǒng) LED顯示轉(zhuǎn)速 獨立鍵盤輸入 直流電機 L289 電機驅(qū)動 STC89C52 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 則 電機的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是電機的平均速度； Vmax 是指電機在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時，就可以得到不同的電機平均速度 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的 [8]。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 PWM 調(diào)速方法 采用定時器做為脈寬控制的定時方法。如果采用軟件延時方法，此方法在精度上不及定時器，特別是在引入中斷后，將有一定的誤 差。 PWM 控制流程圖 在本設(shè)計中 PWM 脈沖調(diào)制的控制流程見圖 23。 圖 23 PWM脈沖調(diào)制的控制流程圖 各模塊作用 本設(shè)計主要模塊由 命令輸入模塊 、 電機驅(qū)動模塊 、獨立鍵盤模塊、 測速系統(tǒng)模塊 、LCD 顯示模塊 幾部分組成。 命令輸入模塊主要是由 STC89C52 為核心產(chǎn)生 PWM 波形，改變輸出電壓從而控制直流電機的轉(zhuǎn)速。電機驅(qū)動模塊是用來驅(qū)動直流電機。 獨立鍵盤模塊是控制電機停、轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速。 測速系統(tǒng)模塊在本設(shè)計采用的是紅外傳感器（由紅外線發(fā)射管、 紅外線接收管構(gòu)成的紅外計數(shù)電路）組成的能把直流電機實時轉(zhuǎn)速反饋給單片機。 LCD 顯示模塊時把測速模塊得來的數(shù)據(jù)在 LCD 顯示屏上顯示出來。 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的總體思路 、框架。 PWM 的工作原理和調(diào)速方法， PWM 是 通過改變直流電機電樞上電壓的 “ 占空比 ” 來達(dá)到改變平均電壓大小的目的 ，本系統(tǒng)主要是 由 命令輸入模塊 、 電機驅(qū)動模塊 、獨立鍵盤模塊、 測速系統(tǒng)模塊 、 LCD 顯示模塊 幾部分組成 。 開始 STC89C52控制 程序控制單片機輸出PWM脈沖 PWM輸入L298電機驅(qū)動進(jìn)行脈沖處理 電機轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、急停處理 結(jié)束 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計硬件模塊主要采用 STC89C52 控制模塊 、 L298 電機驅(qū)動模塊 、 LCD1602 液晶顯示 模塊 、 獨立鍵盤控制模塊 、 測速系統(tǒng) 模塊。 單片機控制模塊 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖 31。 圖 31直流電機調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊圖 這里利用定時計數(shù)器讓單片機 P3 口的 引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片 L298 放大后控制直流電機。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當(dāng)需要改變電機轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。 定時計數(shù)器 10us 中斷一次，就使 產(chǎn)生一個高 電平或低電平。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖 個數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比 。電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 占空比時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。精確的講，平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似看成線性關(guān)系 。 STC89C52 的簡介 在常用的 89 系列的單片機中， 51 系列只有 4K 字節(jié)的在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器， 128字節(jié) RAM。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， 它 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器， 操作方便，引腳也充足，而且 STC89C52， 支持 ISP 串口下載 ， 使得 STC89C52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 STC89C52 主要性能 圖 32 STC89C52 STC89C52 主要功能特性如下： 1． 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； 2． 8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 3． 32 個雙向 I/O 口； 4． 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 5． 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 6． 時鐘頻率 024MHz； 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 I N 1I N 2E N AO U T 1O U T 2O U T 3O U T 4I N 3I N 4E N B6 V 動 力 電 源7． 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8． 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 9． 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 10． 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設(shè)置睡眠和喚醒功能 ； 11． 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式。 我們通過編寫程序來控制單片機執(zhí)行相應(yīng)的指令，從而實現(xiàn)對指定電路的控制。 STC 89C52 編程前，要設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號， 編程方法如下： 。 2． 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。 3． 激活相應(yīng)的控制信號。 4． 在高電壓編程方式時，將 EA/Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 5． 每對 Flash 存儲陣列寫入一個字節(jié)或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE/PROG 編程脈沖。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為 。重復(fù) 1—5 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束 。 電機驅(qū)動模塊 電機驅(qū)動模塊采用的是 L289 芯片。 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進(jìn)電機。 L298N 芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個 四相電機，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 （ 1） L298 內(nèi)部的原理圖 L298 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 見 圖 33。 圖 33 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu) 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 （ 2） L298 內(nèi)部 H 橋驅(qū)動電路 電路得名于 “ H 橋驅(qū)動電路 ” 是因為它的形狀酷似字母 H 如圖 34。 4 個三極管組成H 的 4 條垂直腿，而電機就是 H 中的橫杠。如圖所示， H 橋式電機驅(qū)動電路包括 4 個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同 三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 圖 34 H橋驅(qū)動電路 要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖 35 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機，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)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。 圖 35 H橋驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 圖 36 所示為另一對三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 圖 36 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動 驅(qū)動電機時，保證 H 橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管 Q1和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒 壞三極管 [9]?；谏鲜鲈?，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān) 。 （ 3） L298 的邏輯功能 當(dāng)使能端為高電平時 ， 輸入端 IN1 為 PWM 信號 ， IN2 為低電平信號時 ， 電機正轉(zhuǎn) ；輸入端 IN1 為低電平信號， IN2 為 PWM 信號時 ， 電機反轉(zhuǎn) ； IN1 與 IN2 相同時 ， 電機快速停止。當(dāng)使能端為低電平時 ， 電動機停止轉(zhuǎn)動。 詳細(xì)邏輯見表 31。 表 31 L298 的邏輯功能 IN1 X IN2 X ENA 0 電機狀態(tài) 停止 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 順時針 逆時針 停止 停止 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 （ 4） 單片機與 L298 的連接 單片機和 L298 連接如圖 37。 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9P 3 . 0 / R X D10P 3 . 1 / T X D11P 3 . 2 / ! I N T 012P 3 . 3 / ! I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 5 / T 115P 3 . 6 / ! W R16P 3 . 7 / ! R D17X T A L 218X T A L 119G N D20A 8 / P 2 . 021A P / P 2 . 122A 1 0 / P 2 . 223A 1 1 / P 2 . 324A 1 2 / P 2 . 425A 1 3 / P 2 . 526A 1 4 / P 2 . 627A 1 5 / P 2 . 728! P S E N29A L E / ! P R O G30! E A / V P P31A D 7 / P 0 . 732A D 6 / P 0 . 633A D 5 / P 0 . 534A D 4 / P 0 . 435A D 3 / P 0 . 336A D 2 / P 0 . 237A D 1 / P 0 . 138A D 0 / P 0 . 039V C C40A T 8 9 S 5 2ISEN A1ISEN B15O U T 12O U T 23O U T 313O U T 414VS4VSS9I N 15I N 27I N 310I N 412E N A6E N B11GND8L 2 9 8V C C V C C12MM1M o t o rD2 D1D4 D3V C C V C C 圖 37單片機和 L298連接 液晶顯示 模塊 顯示模塊采用的是 LCD1602。 （ 1） LCD1602 液晶的結(jié)構(gòu) 如圖 38 所示 。 黑龍江 東方學(xué)院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 圖 38 LCD1602 液晶的結(jié)構(gòu) LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 ： 162 個字符芯片工作電壓 ： — 工作電流 ： ()模塊最佳工作電壓 ： 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）已經(jīng)存儲了 160 個不同的點 陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號等 。 （ 2） LCD1602 液晶主要接口 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號