【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 IN4IN3GNDENAVSOUT3SENSAOUT2IN1IN2VSSENBOUT3SENSBL298NU3VCCPWM OUTB AD4 D5D6 D7電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 VMMGND電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源參考地MB1Motort=R2 C，代入 R2 值解不等式可得： C。單位換算得C F ，為了方便整形，實(shí)際設(shè)計(jì)中 C= F 。由于單片機(jī)中斷 I/O口的需要輸入信號(hào)是正規(guī)的矩形脈沖，所以電路的脈沖整形電路采用 74 系列反向器 74LS06 進(jìn)行兩次反向后輸入單片機(jī)。 圖 脈沖濾波整形電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用目前市場(chǎng)上較容易買(mǎi)到的 L298N 直流或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，它采用單片集成塑裝， 是一個(gè)高電壓、大電流全雙橋驅(qū)動(dòng)器，由標(biāo)準(zhǔn)的 TTL 電平控制。 L298N 支持 50V 以?xún)?nèi)的電機(jī)控制電壓，在直流運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，可以通過(guò)高達(dá) 2A的電流，因此它滿(mǎn)足了一般小型電機(jī)的控制要求。接法見(jiàn)圖 ，圖中二極管的作用是消除電機(jī)的反向電動(dòng)勢(shì)，保護(hù)電路，因此采用整流二極管比較合適。 PWM控制信號(hào)由 in in2 輸入。如果 in1 為高電平， in2 為低電平時(shí)電機(jī)為正向轉(zhuǎn)速，反之 in1 為低電平， in2為高電平時(shí)，電機(jī)為反向轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)將 in2直接接地，即采用單向制動(dòng)的方式。 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 9 1234567891011121314LCDRT12232FVSSVCCVORSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7接單片機(jī) P1 口10KRVCCGND調(diào)亮度圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 LCD 顯示電路 和鍵盤(pán) 與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中采用的 LCD—— RT12232F 是一種內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字庫(kù)和 128個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器 / 列驅(qū)動(dòng)器及128 32全點(diǎn)陣液晶顯示器組成 。 可完成圖形顯示，也可以顯示 2個(gè) (1616點(diǎn)陣 )漢字，與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。 本設(shè)計(jì)采用并行方式控制， LCD與單片機(jī) 的通訊接口電路如圖 所示采用直連的方法，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在不影響性能的條件下還不用添加其它硬件，簡(jiǎn)化了電路，降低了成本。 圖 LCD 顯示電路與單片機(jī)的接口 本設(shè)計(jì)采用四個(gè)鍵作為鍵盤(pán)，分別為選擇、加、減、確定。它們分別與 、 、 接口相連。作為設(shè)置速度的輸入。 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 10 圖 鍵盤(pán)電路 兩單片機(jī)的互 連 本設(shè)計(jì)采用兩片單片機(jī)（ AT89S52） ,其中一片做成 PID 控制器，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行PID運(yùn)算和 PWM控制信號(hào)輸出；另一片則系統(tǒng)主芯 片，完成電機(jī)速度的鍵盤(pán)設(shè)定、測(cè)量、顯示，并向 PID控制器提供設(shè)定值和測(cè)量值，設(shè)定 PID控制器的控制速度等。 它們的接線圖如圖 。 圖 兩單片機(jī)互聯(lián)圖 本設(shè)計(jì) 使用異步串口通信，直接把兩個(gè)單片機(jī)的 TXD 和 RXD 兩個(gè)引腳交叉相連接，兩者都以中斷接收串口數(shù)據(jù)。省 I/O 口省代碼。也就是 A 的 TXD() 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 11 和 B 的 RXD（ ）連接， A 的 RXD 和 B 的 TXD 連接。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總程序框圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序程序框圖如圖 。 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化顯 示 初 始 化鍵 處 理 子 程 序是 否 有 鍵 按 下調(diào) 用 按 鍵 子 程 序 無(wú)有定 時(shí) 中 斷 為 1定 時(shí) 中 斷 為 0外 中 斷 為 0發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 至 從 處 理器測(cè) 量 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速發(fā) 送 測(cè) 量 值 到 從 處理 器系 統(tǒng) 時(shí) 間 計(jì) 時(shí) 、 處理中 斷 返 回中 斷 處 理 圖 系統(tǒng) 主單片機(jī) 總程序框圖 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 12 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初 始 化P I D 參 數(shù) 初 始 化查 看 中 斷中 斷 0 中 斷 1接 受 設(shè) 定 值 子 程 序接 受 測(cè) 量 值 子 程 序P I D 計(jì) 算 處 理計(jì) 算 P W M 定 時(shí) 值輸 出 P W M 信 號(hào) 圖 系統(tǒng)從單片機(jī)（ PID 控制器）程序框圖 當(dāng)系統(tǒng)被啟動(dòng)后，主從單片機(jī)初始化。主單片機(jī)檢測(cè)是否有鍵按下，再執(zhí)行 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 13 鍵子程序，將輸入的值傳送到 PID 控制器， PID 控制器經(jīng) PID 計(jì)算處理，再計(jì)算出 PWM 的定時(shí)值， PID 再送出相應(yīng)的 PWM 信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，主單片機(jī)將傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，再將得出的值輸出到 PID 控制器， PID 控制器經(jīng)計(jì)算輸出相應(yīng)的 PWM 信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于設(shè)定的轉(zhuǎn)速。依 次循環(huán)使電機(jī)趨于穩(wěn)定值。 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中考慮到電機(jī)的工作環(huán)境一般比較惡劣，因此除了硬件外，從程序上除了要更高的精確度也需要進(jìn)行更多的抗干擾設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)軟件的大范圍檢錯(cuò)、糾錯(cuò)或丟棄錯(cuò)誤等。在程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)嚴(yán)重不符合要求的測(cè)量數(shù)據(jù)（如大于 6000 轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)）進(jìn)行了丟棄處理，而對(duì)于正常范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤采用了采 5取 3求平均的算法（即采集 5個(gè)數(shù)據(jù)，去掉 一個(gè)最大值一個(gè)最小值，然后將剩余 3 數(shù)據(jù)求平均）。實(shí)驗(yàn)表明，此方法降低了系統(tǒng)采集轉(zhuǎn)速中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法，是通過(guò)速度脈沖信號(hào) 下降沿觸發(fā)單片機(jī)的外中斷，中斷服務(wù)子程序在某一個(gè)脈沖的下降沿開(kāi)啟定時(shí)器記時(shí)，然后在下一個(gè)下降沿關(guān)閉定時(shí)器，通過(guò)對(duì)定時(shí)器數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理可以得到信號(hào)周期進(jìn)而得到速度值。其程序框圖如圖 。可以看出，此方法下的采樣周期是隨轉(zhuǎn)速變化的，轉(zhuǎn)速越高采樣越快。通過(guò)這種非均勻的速度采樣方式可以使電機(jī)在高速情況下，實(shí)現(xiàn)高速度高精度的控制。 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 14 進(jìn) 入 中 斷檢 測(cè) 中 斷 標(biāo) 志開(kāi) 定 時(shí) 器 計(jì) 時(shí)設(shè) 中 斷 標(biāo) 志 位 為“ 1 ”系 統(tǒng) 時(shí) 間 初 始 化中 斷 返 回為 “ 0 ”關(guān) 閉 定 時(shí) 器 及 總 中斷判 斷 數(shù) 據(jù) 是 否正 常是是 否 采 “ 5 ” 處理保 存 數(shù) 據(jù)完 成 5 組 數(shù) 據(jù) 采集“ 取 3 ” 求 平 均 值計(jì) 算 速 度 值速 度 值 是 否 正常發(fā) 送 到 P I D 控 制 器系 統(tǒng) 時(shí) 間 初 始 化定 時(shí) 器 初 值 初 始 化中 斷 返 回為 “ 1 ”是否否否是是否 圖 外中斷 程序框圖 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 15 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì)的任務(wù)是賦予各按鍵相應(yīng)的功能，完成速度設(shè)定值的輸 入和向PID 控制器的發(fā)送。 4 只按鍵一只用來(lái)位循環(huán)選擇，告訴單片機(jī)要調(diào)整的是設(shè)定值的個(gè)位、十位、百位還是千位。第二、三只按鍵分別是減 加 1減。在沒(méi)有位選擇的情況下對(duì)設(shè)定值整體進(jìn)行減 加 1；在有位選擇的情況下僅對(duì)相應(yīng)位進(jìn)行減 加 1，并且當(dāng)按著不釋放按鍵時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速連續(xù)減 加 1，同時(shí)允許循環(huán)減、加（既當(dāng)某位為 0時(shí)，在減 1則為 9，某位為 9時(shí)，加 1則為 0）。最后一只按鍵是確認(rèn)發(fā)送鍵，按下它后，單片機(jī)將設(shè)定值送給 PID 控制器，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)定控制。程序框圖如圖 。 鍵 盤(pán) 子 程 序位 按 鍵 按 下 否位 選 循 環(huán) 右 移加 1 鍵 按 下 否調(diào) 用 加 1 子 程 序減 1 按 下 否調(diào) 用 減 1 子 程 序發(fā) 送 鍵 按 下 否鍵 值 處 理 、 保 存 、顯 示向 P I D 控 制 器 發(fā) 送返 回是是是是否否否否 圖 鍵盤(pán)程序框圖 科技創(chuàng)新實(shí)踐設(shè)計(jì)報(bào)告 16 LCD 顯示子程序的設(shè)計(jì) LCD的詳細(xì)使用過(guò)程可參閱對(duì)應(yīng)型號(hào)的使用手冊(cè)。僅在本小節(jié)強(qiáng)調(diào)以下內(nèi)容： LCD 使用的關(guān)鍵是根據(jù)顯示需要正確地對(duì)其進(jìn)行初始化設(shè)置，而一般情況下不用考慮如何向它讀寫(xiě)指令或數(shù)據(jù)，因?yàn)橹圃鞆S商所給的使用資料里就附有驅(qū)動(dòng)程序，如果沒(méi)有也可以從網(wǎng)上搜索下載得到。然而我們必須清楚那些初始化設(shè)置之間的關(guān)系，以及它是如何利用設(shè)置讀取、顯示數(shù)據(jù)字符的，不然就會(huì)發(fā)生一些不可預(yù)料的錯(cuò)誤，例如表 。因此，熟讀 LCD驅(qū)動(dòng)芯片使用手冊(cè)也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 LCD 中文字型的編碼寫(xiě)入地址對(duì)照 在 RT12232F 中， CGRAM 字型與中文字型的編碼只可出現(xiàn)在每一 Address Counter 的開(kāi)始位置，圖表中最后一行為錯(cuò)誤的填入中文碼位置，其結(jié)果會(huì)產(chǎn)生亂碼象。 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 H L H L H L H L H L H L H L H L H L H L S H A A N X I . . L I G O N G X U E . . 陜 西 理 . . 物 理 系 0 2 電 . 陜 西 理 . . . 物 理 系 0 2 電 . 通常 LCD的初始化包括復(fù)位設(shè)置、清除顯示、地址歸位、顯示開(kāi)關(guān)、游標(biāo)設(shè)置、讀寫(xiě)地址設(shè)置、反白選擇以及睡眠模式等等。實(shí)際中根據(jù)需要，正確、靈活地修改這些設(shè)置可以達(dá)到較為滿(mǎn)意的顯示效果。 LCD 中所有漢字、數(shù)字和字符都可以通過(guò)它的 ASCII碼來(lái)訪問(wèn)顯示；圖象的顯示是通過(guò)將相關(guān)軟件（提取漢字、圖象點(diǎn)陣數(shù)據(jù)程序）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照 LCD手冊(cè)的要求完成響應(yīng)設(shè)置后寫(xiě)入即可。由于本設(shè)計(jì)中沒(méi)有使用到圖形顯示，所以沒(méi)有詳述。對(duì)于系統(tǒng)使用的漢字、字符和數(shù)據(jù)的 LCD顯示初始化程序和寫(xiě)數(shù)據(jù)程序框圖見(jiàn)圖 。