【文章內(nèi)容簡介】 一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。 由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。 上電復(fù)位 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 AT89C51 的上電復(fù)位電 路如圖 15 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。對于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1181。F。上電復(fù)位的工作過程是在加電時，復(fù)位電路通過電容加給 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。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。上電時， Vcc 的上升時間約為10ms， 而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。在圖 15 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個負(fù)電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)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。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itleN um be r R e vi s io nS iz eBD a te : 12 Jun 20 10 S h e e t of F ile : C :\D oc um e n ts a nd S e tting s \A dm in is tra to r \桌面 \M y D e s ig bD r a w n B y:R8. 2KC10 uF /1 6vA T 8 9C 51R S TG N DV c cV c c 圖 15 上電復(fù)位電路 167。1 . 電源電路 如 圖 16 所示電路為輸出電壓 +5V 的 穩(wěn)壓電源。它由 整流 二極管 D1，濾波電容 C C2，防止自激電容 C3 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 (LM7805)極為簡捷方便地搭成的。 發(fā)光二極管 DS1 顯示通電狀態(tài)，通電時 發(fā)光。 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過 整流 二極管 D1和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會因?yàn)槭须婋妷旱牟▌踊蜇?fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 )。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和 C2 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了 精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其 穩(wěn)壓精度高、外圍電路簡單、容易設(shè)計(jì)和制作、 體積小、 重量輕、 成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 123P O W E R 9VH e a de r 3123S W 1H e a de r 311223344U S B 1H e a de r 4R1510C3104C210 0 uC133 0 uFD S 1L E D 0D1D i o de 1N 40 0 7V C CV i n1GND2V o ut3U1L M 78 05 圖 16 電源電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 2 章 電機(jī)驅(qū)動電路 167。 電機(jī)的選擇 電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種機(jī)器。它是驅(qū)動小車運(yùn)動必不可少的一種 器件。電機(jī)有交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)等。 167。 交流電機(jī) 交流電動機(jī)主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。電動機(jī)利用通電線圈在磁場中受力轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象而制成的 。 交流電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源，所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的，即線圈中的電流方向變了，同時電磁鐵中的電流方向也變，根據(jù)左手定則，線圈所受磁力方向不變，線圈能繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。 交流電動機(jī)的特點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)簡單， 單機(jī)容量 大； 轉(zhuǎn)速高而且耐高壓； 維護(hù)容易，運(yùn)行可靠， 物廉價美； 對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)； 應(yīng)用范圍廣。 交流電動機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用 。 167。 步進(jìn) 電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為不連續(xù)的機(jī)械運(yùn)動的機(jī)電裝置。當(dāng)施加適當(dāng)?shù)碾娒}沖指令時，電機(jī)轉(zhuǎn)子軸或外轉(zhuǎn)子將會以不連續(xù)的步進(jìn)增量旋轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)一個角度，因此非常適 合 單片機(jī)控制，在非超畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 載的情況下，電機(jī) 的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角，同時步進(jìn)電機(jī)只有周期性的無累積誤差，精度高。 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 步進(jìn)電動機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性 ； 2． 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時）； 由于每步的精度在 3%5%，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動的重復(fù)性； 步進(jìn)電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速 ； 由于沒有電刷，可靠 性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本 ； 低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)距，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載 ； 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。 缺點(diǎn)： 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施 ； 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速 ； 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源 ； 開環(huán)控制：步進(jìn)電機(jī)最有意義的一個優(yōu)點(diǎn)就是在開環(huán)系統(tǒng) 里可以實(shí)現(xiàn)精確的控制。開環(huán)控制意味著不需要關(guān)于（轉(zhuǎn)子）位置方面的反饋信息。這種控制避免了使用昂貴的傳感器以及象光學(xué)編碼器這樣的反饋設(shè)備，因?yàn)橹恍枰欇斎氲牟竭M(jìn)脈沖就可以知道 轉(zhuǎn)子 的位置 。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 167。 直 流電機(jī) 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子和轉(zhuǎn)子之間有空氣隙分開。定子的作用是產(chǎn)生主磁場和在機(jī)械上支撐電機(jī)，它的組成部分有主磁極、換向極、機(jī)座、端蓋和軸承 等，電刷也用電刷座固定在定子上。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電勢或產(chǎn)生機(jī)械轉(zhuǎn)矩以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，它的組成部分有電樞鐵心、電樞繞組、 換向器、軸、風(fēng)扇等。 直流電動機(jī)雖不及交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠，但由于長期以來交流電動機(jī)的調(diào)速問題未能得到滿意的解決，在此之前，直流電動機(jī)具有交流電動機(jī)所不能比擬的良好的啟動性能和調(diào)速性能。到目前為止，雖然交流電動機(jī)的調(diào)速問題已將解決，但是在速度調(diào)節(jié)要求較高，正、反轉(zhuǎn)和啟、制動頻繁或 多單元同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械上，仍采用直流電動機(jī)拖動。 直流電機(jī)的調(diào)速采用調(diào)壓調(diào)速 。改變電樞電壓可以對直流電動機(jī)進(jìn)行速度控制，調(diào)壓的方法很多，其中應(yīng)用最廣泛的是脈寬調(diào)制 (PWM)調(diào)速的方法。 所謂脈寬調(diào)制 (PWM)，就是使功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下，開關(guān)頻率與加在晶體管上的輸入電壓保持恒定，根據(jù)控制信號的大小來改變每一周期內(nèi)“接通”和“斷開”的時間長短，即改變“接通”脈寬，使晶體管輸出到電動機(jī)電樞上電壓的占空比改變，從而改變電動機(jī)電樞上的平均電壓，完成電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 PWM 的優(yōu)點(diǎn)有： 避開與機(jī)械 的共振。由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)開關(guān)工作頻率高（約為 2kHz），遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)子所能跟隨的頻率，避開了機(jī)械共振區(qū)。 電樞電流脈沖小。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)工作頻率高，僅靠電樞繞組本身的電感濾波即可獲得脈動很小的電樞電流，因此低速工作非常平滑、穩(wěn)定，調(diào)速可達(dá) 1： 10000 或更高。 動態(tài)特性好。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)反應(yīng)速度很快，具有很寬的頻帶。它具有極快的定位速度和很高的定位精度，抗負(fù)載擾動的能力強(qiáng)。 PWM 的 另 一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行 數(shù)模轉(zhuǎn)換 。 讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是不能承載高的過載電流，功率還不能做的很大，故在小功率的驅(qū)動裝置中，大多采用性能優(yōu)異的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 總結(jié)：由于小車的功率不大， 直流電機(jī)的調(diào)速簡單且容易實(shí)現(xiàn)， PWM調(diào)速易于實(shí)現(xiàn)，因此本設(shè)計(jì)采用兩個直流電機(jī)分別驅(qū)動小車的前輪和后輪，用 PWM 調(diào)速。 167。 功率驅(qū)動電路的選擇 在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮 以 下幾點(diǎn) ： 功能：電機(jī)是單向還 是雙向轉(zhuǎn)動？需不需要調(diào)速？對于單向的電機(jī)驅(qū)動，只要用一個大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動時，可以使用由 4 個功率元件組成的 H 橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn) PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。 性能：對于 PWM 調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)。 輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。 效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可 以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（ H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個問題，即兩個功率器件同時導(dǎo)通使電源短路）入手。 對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。 對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。 可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。 小 車電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了 小 車的整體運(yùn) 行性能，在 小 車電動機(jī)的選擇上，我們選用性價比高、控制簡單的直流電機(jī)。直流電機(jī)的驅(qū)動方法很多， 本設(shè)計(jì) 采用集成橋式電機(jī)專用驅(qū)動芯片 L298N。這一設(shè)計(jì)方案可令系統(tǒng)的控制電路簡潔，且可靠性高。 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用 15 腳封裝。 主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A； 額定功率 25W； 轉(zhuǎn)速可調(diào) ，抗干擾能力強(qiáng) ， 具有過電壓和過電流保護(hù) ； 可單獨(dú)控制兩臺直流電機(jī) ， PWM脈寬平滑調(diào)速 ， 可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn) 。 內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓 大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路 。 圖 24 是其引腳圖 。 圖 24 L298N 芯片 引腳圖 表 21 L298N 控制電機(jī)表 電機(jī) 旋轉(zhuǎn) 方式 控制端 IN1 控制端 IN2 控制端 IN3 控制端 IN4 輸入 PWM 信號改變 脈寬可調(diào)速 調(diào)速端 A 調(diào)速端 B M1 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 高 / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 高 / 停止 低 低 / / 高 / M2 正轉(zhuǎn) / / 高 低 / 高 反轉(zhuǎn) /