【文章內容簡介】 流電動機正轉、反轉以及停轉的原理圖當PWM1為高電平,PWM2為低電平時，三極管QQQ6均導通，使得直流電動機正轉，同理，當PWM1為低電平,PWM2為高電平時，直流電動機反轉。當PWM1和PWM2同時為低電平時，三極管QQ2均能工作，電路中的其他部分均不工作，直流電動機停轉。當PWM1和PWM2同時為高電平時，三極管QQ2均不能工作，直流電機也停轉。該電路板可以直接通過引線或插針的形式與單片機相連。 直流電動機轉速檢測方法在應用直流電動機作為執(zhí)行部件時，如果要很好地控制直流電動機，首先要知道直流電動機的轉速。對于轉速的檢測，方法有很多，常用到的傳感器有：霍爾傳感器、光電傳感器、旋轉編碼器等。其中霍爾傳感器是應用磁感應的方金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 12式進行檢測，由于其安裝結構的限制，這種傳感器檢測的精度很低，所以常常用在高轉速并且對精度要求不高的場合；旋轉編碼器的檢測精度非常高，通常旋轉一圈可輸出幾百至幾千個脈沖，適用于轉速較低的場合，但是這種傳感器價格較比其他傳感器高很多，一般情況下不予采用；光電傳感器的檢測精度介于前兩種傳感器之間，安裝簡單、價格較低，所以是設計中的首選。光電傳感器有時又陳為光電開光，具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠，以及抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，同時由于光電傳感器屬于非接觸式檢測器件，對檢測對象不會造成損傷，所以被應用到很多領域中。透射式光電傳感器是將砷化鎵紅外發(fā)光管和硅光敏三極管等，以相對的方向裝在中間帶槽的支架上。當槽內無物體時，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三極管的窗口上，從而產(chǎn)生一定大的電流輸出，當有物體經(jīng)過槽內時則擋住光線，光敏管無輸出，以此可識別物體的有無。適用于光電控制、光電計量等電路中，可檢測物體的有無、運動方向、轉速等方面。利用透射式光電傳感器檢測的電路圖如圖7所示：圖7 透射式光電傳感器檢測速度的電路圖可是當直流電動機高速旋轉，并且光電碼盤上的條紋或孔較多時，在示波器上看到的波形對單片機來說，識別起來十分困難。為了能夠讓單片機準確識別光電傳感器輸出的信號，可以在傳感器的輸出端連接一個具有施密特觸發(fā)特性的器件或是連接一個比較器。其原理圖如圖8所示：金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 13圖8 應用74LS14為輸出波形整形的電路圖 直流電動機的控制方法直流電動機在使用時需要在電動機的兩個接線端上加載電壓，電壓的高低直接影響電動機的轉速，這取決于兩者之間的關系：n=(UIR)/CeΦ上式中,U為加載在電動機兩端的直流電壓，I為直流電動機的工作電流，R為直流電動機線圈的等效內阻，Ce=PN/(60a)，其中，P為電極的極對數(shù)，N為電樞繞組總導體數(shù)，a為支路對數(shù)，通常表示為2a，即電刷間的并聯(lián)支路數(shù)，這個參數(shù)與電動機繞組的具體結構有關，所以Ce是一個常數(shù)由電動機本身的結構參數(shù)有關，φ為每極總磁通。由于我們買到的直流電動機，其機械結構已經(jīng)固定，勵磁部分為永久磁鐵，所以式中的R、Ce和φ已經(jīng)固定，只能改變加載在直流電動機兩端的直流電壓。所以，常見的直流電動機轉速控制方法是調節(jié)直流電壓。電壓調節(jié)的兩種方法：D/A轉換器輸出法和PWM輸出法。由于D/A轉換器大多是電流輸出型，需要外接運算放大器才能轉換成電壓，另外由于運算放大器輸出的電流有限，如果直接連接到直流電動機將會造成直流電動機的轉矩過小和運算放大器過熱的現(xiàn)象，所以建議采用PWM輸出方法。該方法可以利用單片機的一個I/O引腳作為PWM的輸出端，輸出信號控制大功率晶體管的開啟和關閉，以控制電動機的運轉和停止，當PWM的頻率足夠高時，由于電動機的繞組是感性負載，具有儲能的作用，對PWM輸出的高低電平起到了平波的作用，在電動機的兩端可以近似得到直流電壓值，PWM的占空比越高，電金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 14動機獲得的直流電壓越高，反之，PWM的占空比越低，電動機獲得的直流電壓越低。PWM的周期對于控制直流電動機的轉速和轉動特性有十分重要的作用。當PWM的周期較長，占空比較小時，在一個周期內加載在直流電動機兩端電壓的時間為100ms，而電動機失去電壓的時間為900ms，在這段時間內，電動機線圈繞組內的電流已經(jīng)釋放完畢（當電動機轉速較低時，線圈繞組的性質顯現(xiàn)為阻性，感性較少），電動機在內部繞組的轉動慣量下將繼續(xù)向前轉動，如果負載的轉矩較大，那么此時電動機的轉速跌落很快，甚至出現(xiàn)停轉的現(xiàn)象，只有下一個PWM周期到來時，電動機才能重新轉動起來，如此循環(huán)。當PWM的周期較短、占空比仍然為10%時，而失去，在這段時間內，直流電動機線圈繞組內的電流并不會釋放完畢（主要取決于繞組感性的大?。?，直流電動機繼續(xù)轉動，當下一個PWM周期到來時，直流電動機重新獲得電壓，如此循環(huán)，直流電動機不再有停轉的現(xiàn)象。 RS232 通信電路 串行通信與并行通信在微型計算機系統(tǒng)中，MCU與外圍電路通信的基本方式有兩種，如圖9所示：? 并行通信——數(shù)據(jù)的各位同時傳送? 串行通信——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送圖9 MCU與外圍電路通信的方式外部RAM擴展電路、基本“I/O”擴展電路、實時時鐘電路、鍵盤電路、LCD接口電路都是采用并行通信方式，從圖上可以看出，在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少位就需要多少條傳送線。而串行通信只需要一對傳送線，故串行通信MCUMCU或外圍電路D1D2Dn狀態(tài)控制D0金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 15能節(jié)省傳送線，特別是當數(shù)據(jù)位數(shù)很多和傳送距離較遠時，這一優(yōu)點更加突出。A/D采樣電路就是串行通信的一個應用，當然串行通信還包括許多其他的通信形式，比如RS23CAN總線等。串行通信的主要缺點是數(shù)據(jù)的傳送速率比并行通信要慢。 異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式串行通信是將構成字符的每個二進制數(shù)據(jù)位依據(jù)一定的順序逐位傳送。按照數(shù)據(jù)傳送格式可以分為異步串行通信和同步串行通信。同步串行通信應用在傳輸速度要求較高的場合，通信開始時需要同步信息，對收發(fā)兩端時間要求嚴格，這些條件局限了同步串行通信的應用。異步串行通信規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳送格式，即每個數(shù)據(jù)以相同的幀格式傳送。如下圖所示。每一幀由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位構成，字符數(shù)據(jù)一個接一個的傳送，在發(fā)送間隙，通信線路上總是處于邏輯“1”狀態(tài)。0起始位第 n+1 個字符第 n 個字符起始位0空閑位 空閑位低位 高位5~8 位數(shù)據(jù)奇偶校驗停止位空閑位和起始位：當通信線上沒有數(shù)據(jù)傳送時就處于空閑狀態(tài)，通信線上保持邏輯電平“1”，即相當于發(fā)送端不斷發(fā)送空閑位“1”，當發(fā)送端要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)出一個邏輯“0”信號，這個低電平就是起始位，接收端檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收數(shù)據(jù)位信號，所以起始位就表示字符傳送開始，起始位只有1位。數(shù)據(jù)位：緊跟在起始位后面的就是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位長度可以是7或8位數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳送過程中，數(shù)據(jù)從最小有效位開始傳送。奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完后，可以選擇是否發(fā)送奇偶校驗位，奇偶校驗用于差錯檢測，有奇校驗和偶校驗兩種方式。奇校驗是指在所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，“1”的個數(shù)為奇數(shù)；偶校驗是指在所有數(shù)據(jù)位和校驗位中，“1”的個數(shù)為偶數(shù)。奇偶校驗的方法是：如果采用奇校驗，則對所有數(shù)據(jù)位金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 16取異或后求反便是校驗位的數(shù)值；如果采用歐校驗，則對所有數(shù)據(jù)位取異或即是校驗位的數(shù)值。停止位：在奇偶校驗位或數(shù)據(jù)位之后發(fā)送的是停止位，可以是1位、1位半或2位，表示一個字符的結束。波特率：通信線路上的字符數(shù)據(jù)是按位傳送的，每一位寬度（位信號持續(xù)時間）由數(shù)據(jù)傳送速率確定，傳送速率越快，每一位的寬度越短。把數(shù)據(jù)傳送速率稱為波特率，其定義是：單位時間內傳送的信息量，以每秒傳送的位（bit）表示，單位為波特。1波特=1位/秒=1bit/s=1bps在異步串行通信中，發(fā)送端和接收端保持相同的傳送波特率，相同的起始位、奇偶位和停止位，這樣收發(fā)兩端才能成功地傳送數(shù)據(jù)。 RS232 接口電路圖及其功能說明單片機上有UART（通用異步接收/發(fā)送）用于串行通信，發(fā)送時數(shù)據(jù)由TXD端送出，接收時數(shù)據(jù)由RXD端輸入，片內有兩個緩沖器，一個作為發(fā)送緩沖器，另一個作為接收緩沖器。UART是可編程的全雙工串行口，這里的串行口只提供TTL電平，可以使用驅動芯片如“MAX232”把TTL電平變成RS232標準接口電平，從而和通用微機通信。串行通信的RS232接口電路，包括擴展串行通信的異步收發(fā)器以及RS232電平轉換電路。(1)、MAX232片介紹MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號電平（10 ，+10v）轉換為單片機所用到的TTL信號點平（0 ，+5）的芯片, MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電。內部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構成。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由11114腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道?！　?腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 17TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。其內部結構如圖10所示：圖10 MAX232的內部結構MAX232的元件封裝圖如圖11所示：圖11 MAX232芯片的封裝圖主要特點 ：單 5V 電源工作。金陵科技學院學士學位論文 第四章 硬件設計 18 LinBiCMOSTM 工藝技術。 兩個驅動器及兩個接收器。 177。30V 輸入電平。低電源電流：典型值是 8mA。符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標準 。ESD 保護大于 MILSTD883（方 法 3015）標準的 2022V。（2）、RS232(DB9)的引腳定義：DCD :載波檢測。主要用于Modem通知計算機其處于在線狀態(tài)，即Modem檢測到撥號音，處于在線狀態(tài)。RXD:此引腳用于接收外部設備送來的數(shù)據(jù)；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)RXD指示燈在閃爍，說明RXD引腳上有數(shù)據(jù)進入。TXD:此引腳將計算機的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設備；在你使用Modem時，你會發(fā)現(xiàn)TXD指示燈在閃爍，說明計算機正在通過TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。DTR:數(shù)據(jù)終端就緒；當此引腳高電平時，通知Modem可以進行數(shù)據(jù)傳輸，計算機已經(jīng)準備好。GND:信號地；此位不做過多解釋。DSR:數(shù)據(jù)設備就緒；此引腳高電平時，通知計算機Modem已經(jīng)準備好，可以進行數(shù)據(jù)通訊了。RTS:請求發(fā)送；此腳由計算機來控制，用以通知Modem馬上傳送數(shù)據(jù)至計算機；否則，Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時放入緩沖區(qū)中。CTS: 清除發(fā)送；此腳由Modem控制，用以通知計算機將欲傳的數(shù)據(jù)送至Modem。RI : Modem通知計算機有呼叫進來，是否接聽呼叫由計算機決定。RS232接口原理圖如圖12所示：金陵科技學院學士學位論文 第四章