【文章內(nèi)容簡介】 的外部中斷擴展電路 組 成。直流電機PWM 控制實現(xiàn)部分主要由一些二極管、 直流 電機和 L298 直流電機驅動模塊 構 成。 設計顯示部分 ，主要是 LED 數(shù)碼顯示部分， 它實現(xiàn) 對 PWM 脈寬調(diào)制占空比 的實時 進行 顯示。 設計輸入部分 ， 這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來 達到 對直流電機的加 、減速以及電機的正 、 反轉和急停 進行 控制。 系統(tǒng)框架設計 方案 簡介 ：直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng) 主要 以 AT89S52 單片機為控制 的 核心，由命令輸入模塊、 LED 顯示模塊及電機驅動模塊組成。 利用 帶中斷的獨立式鍵盤 輸入命令 ， AT89S52 單片機在程序 的 控制下，定時不斷給 L298 直流電機驅動芯片發(fā)送 PWM 波形， H 型驅動電路 實現(xiàn)直流 電機正，反轉和急?？刂?；同時單片機不停的將 PWM 脈寬調(diào)制占空比 傳送到 LED 數(shù)碼管完成實時 的 顯示。 見 圖 21。 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 5 圖 21 系統(tǒng)框架設計 因為 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關 次數(shù) 很 多 ， 所以 僅靠電樞電感的濾波作用就 可以 得到 穩(wěn)定 的直流電流， 速度低性能 好 ；同樣，因為開關次數(shù)高， 響應 迅速性能 好，動態(tài)抗干擾能力強， 就 可以 得到 很寬 廣 的頻帶；開關器件只工作在開關 的 狀態(tài)，主電路 功率 損耗 低 ，裝置效率高。 PWM 抗噪性 很強 ， 而 且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟實惠 等 優(yōu) 點。 另外， 利 用傳統(tǒng)的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路容易隨 著 時間 進行飄移， 因而 會產(chǎn)生一些不必要的熱 能 損耗，以及對噪聲敏感等 缺點 。而在 直流電機調(diào)速系統(tǒng)利 用了 PWM 技術后，避免了 上述 的缺 點，實現(xiàn)了對數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低支出 成本 和功 率損 耗。 3 PWM 脈寬調(diào)制原理 PWM 調(diào)速原理 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是 利用 控制固定電壓的直流電源開關 次數(shù) ， 來實現(xiàn)改變 負載兩端的電壓 大小 ，從而 實現(xiàn) 控制要求的一種電壓調(diào)整方 案 。 PWM 可以應用 于 許多 的 方面， 譬如 ：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等 [7]。 在 PWM 驅動控制的調(diào)整系統(tǒng)中， 按照 一個 不變 的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需 要來 改變一個周期內(nèi)“ 運行 ”和“ 停止 ”時間的 大小 。 通過變化 直流電機電樞上電壓的“占空比”來 實現(xiàn) 改變平均電壓大小的目的 ，從而 可以 控制 直流 電動機的轉速。也正因為 這樣 ， PWM 也 被稱為“開關驅動裝置” ，見圖 31所示。 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 6 圖 31 PWM 信號的占空比 設電機 一直 接通電源時，電機轉速最大 值 為 Vmax，設占空比為 D= t1 / T，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 接 通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 通過上面的公式可以知道 ，當我們 把 占空比 D=t1/T 改變 時，就可以得到 各種 電機平均速度 Va,從而 實現(xiàn)了 我們需要的 調(diào)速目的。嚴格來 講 ，平均速度 Vd和 占空比 D并 不是 嚴格的線性關系，但是在 通常 的應用中，我們可以 把它 近似的當成 是線性關系。 直流電機的速度 調(diào)節(jié) 既可 利 用電樞控制法 , 也 可以通過 磁場控制法。磁場控制法控制磁通 , 它的 控制功率雖然較小 , 但低速 運行 時受到磁極飽和的 控制 , 高速時受到換向火花和換向器結構強度的 控制 ,而且 因為 勵磁線 圈電感較 小 , 動態(tài)響應較 慢 , 一次 在工業(yè)生產(chǎn)過程中 通常使用 的是電樞控制法。 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下 , 把控制電壓信號 放在 電機的電樞上來 影響 電機的轉速。 過去 改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻 , 通過調(diào)節(jié)電阻 大小 改變電樞 兩端 電壓 ,從而 達到調(diào)速的目的 , 所以說 這種方法效率低、平滑度差 , 而且 由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率 ,也引發(fā)出 經(jīng)濟效益低 , 而且轉速越慢 , 能 量損 耗越大 等缺點 。隨著電力電子的 快速進步和 發(fā)展 , 出現(xiàn)了 大量 新的電樞電壓控制方法。如 : 通過 交流電源 提供電源 , 利用 晶閘管整流器 來 相控調(diào)壓 。 脈 寬調(diào)制 ( PWM )調(diào)壓等 方法 。調(diào)壓調(diào)速法 因為 平滑度高、能耗 低 、精度 準確 等優(yōu)點 , 在工業(yè)生產(chǎn)中 得到了 廣泛使用 , 尤其 PWM 應用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個 穩(wěn)定 的頻率來 調(diào)節(jié) 電源的接通或斷開 , 并通過改變一個周期內(nèi)“ 接通” 和“斷開”時間的 大小 , 即 通過變化 直流電機電樞上電壓的“占空比 ”來改變平均電 流 的大小 , 從而 改變 電動機的 轉動快慢 , 所以 PWM 又被 叫成 “開關驅動裝置”。 根據(jù)圖 1, 如果電機始終接通電源時 , 電機轉 動 最 快時的速度 為 Vm ax,占空比為 D = t1*T,則電機的平均 轉動 速度為 : VD= Vmax/ D,顯而 改變占空比 D大小 ,就可以得到 各種需要 的電機速度 , 從而 實現(xiàn)改變速度的結果 , 非常 嚴格地說 , 平均速度與占空比 D 它們之間 并不是嚴格的線性關系 , 在一般的 生產(chǎn)生活應用中 , 我們可以把 其近似 當成是 線性關系。 PWM 調(diào)速方法 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 7 由于 單片機類 通過 軟件來 達到我們需要的 PWM：在 PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比 D是 一個決定性的參數(shù) ， 在電源電壓 保持 穩(wěn)定 的 狀態(tài) 下，電樞端電壓的平均大小受到 占空比 D 的大小 的影響 ，改變 D的 大小 可以 使 電樞端電壓的平均值 發(fā)生變化 從而達到 改變速度 的目的。改變占空比 D 的值有三種方法： ① 定寬調(diào)頻法： 首先 不變 ，只改變 t， 從而 使周期 (或頻率 )也隨之 發(fā)生變化 。 ② 定頻調(diào)寬法： 首先 周期 T(或頻率 )不變 ， 通過 改變 t1 和 t 值大小 。 ③ 調(diào)寬調(diào)頻法： 首先 t 穩(wěn)定 ， 僅 改變 ， 從而 使周期 (或頻率 )也隨之 發(fā)生 改變。 前 兩種方法在 改變速度時使 控制脈沖的周期 (或頻率 )發(fā)生了變化 ，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率 值一樣 時，將會 產(chǎn)生 振蕩， 所以一般通過 定頻調(diào)寬法來改變占空比 來實現(xiàn) 改變直流電動機電樞電壓 大小 。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時 等 方 法 來 達到 脈寬的自由調(diào)整， 這種方法可以簡便 硬件電路，操作 容易 等優(yōu)點 。 PWM 實現(xiàn)方式 ⑴ ： 通過 軟件延時 方法 ， 這種方法在精度上沒有第二種精確 ， 尤其是在采用了 中斷后，將有 產(chǎn)生很大 的誤差。故采用方案 二 。 ⑵ ： 通過 定時器 當作 脈寬控制的 時間控制 方式， 這種方法產(chǎn)生的脈沖寬度非常 精確，誤差只 有 幾個 us。 PWM 控制流程圖 在本設計中 PWM 脈沖調(diào)制 控制流程圖如 下圖 32 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 8 圖 32 PWM 控制流程圖 4 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)基本組成 硬件模塊組成 （ 1）單片機控制模塊 （ 2） LED 顯示模塊 （ 3） L298 電機驅動模塊 （ 4）獨立鍵盤控制模塊 單片機整個控制模塊 直流電機 調(diào)節(jié)速度 系統(tǒng)的控制 板塊 見圖 41 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 9 圖 41單片機整個控制模塊 上圖通過 定時計數(shù)器讓單片機 P2 口的 引腳 產(chǎn)生各種不 同占空比的 方波， 而后通過 驅動芯片 L298 放大后 調(diào)節(jié) 直流電機 轉動 。驅動芯片的輸入電壓是兩引腳的 電勢差 ，在 調(diào)節(jié)快慢 時一根引腳線 產(chǎn)生調(diào)速方波 ，另一個引腳 接低電平 ，這樣兩個引腳的電壓 之間的差值 就 可以通過改變 其中一個引腳來控制。 當我們需要讓電機轉動方向發(fā)生改變時 ，兩個引腳的輸出 一樣 。 定時計數(shù)器若干時間（ 1us） 停止 一次， 就會讓 低 電平 或者高電平。直流電機的速度 有 10 個等級 構成 ， 所以 一個周期就有 10個脈沖 組成 ，周期為一百個脈沖的時 長構成 ，速度等級 與 一個周期的高電平脈沖的個數(shù) 相關聯(lián) 。占空比為高電平脈沖個數(shù) 在 周期 中 總脈沖 數(shù)量中所對應 百分 比 。一個周期 內(nèi)通過電機兩端的電壓為脈沖高電壓 和 占空比 的乘積 。占空比越大， 相應 電機兩端的電壓越大，電機 轉速 越 大 。電機的平均速度 就是 在 穩(wěn)定 的占空比下電機的 轉速的最大值 乘以占空比。當我們改變占空比 的大小 時，就可以得到不同的電機平均速度，從而 實現(xiàn)我們改變速度的目的 。精確的講，平均速度與占空比并不是嚴格的線性關系， 在我們通常使用和利用的時候 ， 可以認為他們就是 線性關系。 AT89S52 的簡介 AT89S52 主要性能 AT89S52 是一種 功率損耗大，性能不好的 CMOS8 位 微控制器， 擁有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲 裝置 。使用 Atmel 公司高密度 不容易失去記憶的 存儲器技基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 10 術制造， 與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳 可以共同使用 。片上 Flash 使用 程序存儲器在系統(tǒng)可 以通過 編程 得到 ， 也可以用在常規(guī)編程器。在單芯片上，具有小巧簡便 的 4 位 CPU 和在系統(tǒng) 使用到的可以使用的 Flash，使得 AT89S52 為 較少 嵌入式 約束 應用系統(tǒng)提供靈活 性強 、 方法有效 的解決方 法 。 與 MCS51 單片機產(chǎn)品 完全可以混合使用 ； 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； 10000次擦寫周期； 所有的都是靜止操作 ： 1Hz～ 33Hz；三級加密程序存儲器； 48個可編程 I/O 口線；三個 32位定時器 /計數(shù)器； 十六 個中斷源；全雙工 UART 串行通道；低功耗空閑和 斷電狀態(tài) ； 關閉電源后 中斷可喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標識符。 AT89S52 主要功能列舉 擁有靈巧的 4位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM）為 16KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個可編程 I/O 口線 8 個中斷向量源 三個 32 位定 時器 /計數(shù)器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 各引腳功能介紹 AT89S52 單片機 各個 引腳見圖 42 基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 11 圖 42 AT89S52 單片機各引腳 VCC： AT89S52 輸入 電源正 極 10V。 VSS： 電源地端。 XTAL1： 單芯片系 統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： 系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端， 通常 在 設計時 只要在 XTAL2 和 XTAL1 上 裝上 一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以 完成我們的需要 了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 個 30PF 的小電容，可以 讓 系統(tǒng)更穩(wěn)定 運行 ，避免噪聲干擾而 引起機器停止運行 。 RESET： AT89S52 的重置引腳，高電平動作， 當要對晶片重新改動時 ，只要對此引腳電平提升 到 高電平并 在 兩個機器周期以上的時間 保持不變 ， AT89S51 就能夠完成系統(tǒng)要求的 的各項動作， 就能讓 內(nèi)部特殊功能寄存器 中的數(shù)據(jù)都 被設成已知狀態(tài)， 而且 至地址 00000H 處開始 輸入 程序代碼而執(zhí)行程序 命令 。 EA/Vpp： EA為英文 External Access的縮寫， 意思是存儲 外部程序代碼，低電平動作， 相當于當此引腳接低電平后，系統(tǒng)就會利用 外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行 命令 。因此在 8031 及 8033中， EA 引腳 一定要與 低電平 相連 ，基于 L298 直流電機調(diào)速控制設計 12 因為 它的內(nèi)部中沒有 程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時， 這時候要 引腳要 引入 高電平。 而且 ，在將程序代碼 變成了 8751 內(nèi)部 EPROM 時，可以利用此引腳來 得到 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ALE/PROG： ALE 是英文 Address Latch Enable的 意思 ，表示地址鎖存器 開啟狀態(tài) 。 AT89S52 可以 通過這支引腳來引起外面 的 8 位鎖存器（如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）放在 鎖存器 之 中， 由于 AT89S52 是以多種的方案傳出地址及數(shù)據(jù)。通常 在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出單位時間次數(shù)約是系統(tǒng)工作單位時間次數(shù) 的 1/12，所以可以依靠驅動其他附近晶片的時基輸入。并且 在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序 設計 的特殊 需要 來 采用 。 PSEN： 此為 Program Store Enable的 意思 ， 意思是 程序儲存 功能開啟 ，當 8051被設成為 讀作 外部程序代碼工作 狀態(tài) 時（ EA=0），會送出此信號 方便得到 程序代碼， 一