【文章內(nèi)容簡介】 極管S9014 三極管符號 三極管封裝圖。 S9014的電氣特性參數(shù)符號測試條件最小值最大值符號集電極基極擊穿電壓，50集電極發(fā)射極擊穿電壓 ，45發(fā)射極基極擊穿電壓，5bc間的穿透電流 , ce間的穿透電流, 直流增益 , 601000集電極發(fā)射極飽和電壓，基極發(fā)射極飽和電壓，1三極管的特征頻率,150。 輸出特性曲線b) 場效應管TIP127和TIP122 TIP127和TIP122的封裝圖 NPN管TIP122原理圖 PNP管TIP127 原理圖。 TIP127和TIP122電氣特性符號參數(shù)測試條件最小值最大值單位集電極截止電流 VmA集電極截止電流VmA發(fā)射極關斷電流2mA集電極—發(fā)射極飽和電壓A mAA mA24VV基極—發(fā)射極電壓A VV直流增益A VA V10001000注：對于PNP類型的TIP127幅值為負TIP122和TIP127的電氣特征曲線圖： NPN PNP NPN PNP 光電編碼器測速 光電編碼器介紹由于光電傳感器具有結構簡單、質(zhì)量輕、體積小、價格便宜、響應快、性能穩(wěn)定及具有很高的靈敏度等優(yōu)點，因此在檢測和自動空控制等領域中應用很廣。光電傳感器按其原理可分為模擬式和脈沖式兩類。所謂模擬式，是指光敏器件的光電流的大小隨光通量的大小而變，為光通量的函數(shù)。脈沖式光敏器件的輸出狀態(tài)僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，也就是“通”與“斷”的開關狀態(tài)，即光敏器件受光照射時，有點信號輸出；不受光照射時，無電信號輸出，這多用于光電技術和光電式轉速測量等場合。在本設計中采用脈沖式光電編碼器。 光電編碼器實物圖 光電編碼器測速原理。在被測電動機軸上固定一個調(diào)制盤，當電機轉動時，紅外線被調(diào)制盤分隔成n個紅外光脈沖，紅外線射到光敏器件上一次，則光敏器件就會產(chǎn)生一個電信號脈沖，所以n個紅外脈沖信號被轉換成n個電脈沖信號，經(jīng)過放大整形電路，輸出一系列方波脈沖，經(jīng)單片機測出電機的轉速。調(diào)制盤電動機紅外發(fā)射系統(tǒng)線光電元件放大整形電路方波序列調(diào)制盤 透射式光電轉速計工作原理測速原理：利用光電編碼器將電動機轉速轉化為一系列的脈沖信號，將脈沖信號傳輸給到單片機M0，M0對方波信號的下降沿在設定的時間內(nèi)進行計數(shù)，并轉化為轉速，最后通過七段數(shù)碼管顯示轉速。若在調(diào)制盤上開有個缺口，設轉速為，轉速表達式： ()表達式中：為測量計數(shù)時間，為時間內(nèi)單片機捕獲的脈沖數(shù)。本論文中所采用的盤片圓周是由100個縫隙平均隔開的，光電開關是集發(fā)射管和接收管為一體的。盤片至于發(fā)射管和接收管之間，碼盤在旋轉的過程中，光路就有會被盤片上的縫隙一會阻斷一會導通，光電開關的信號輸出就是一個個的脈沖。將信號線直接接入單片機計數(shù)器的輸入端口，對脈沖進行計數(shù)，這樣就能準確的測出盤片旋轉的周數(shù)，再除以相應的時間就可以得到速度的參數(shù)了。表達式為：。光電開關引出四條線即：GND（黑色）、+5V（紅色）、信號線1（黃色）、信號線2（藍色）。兩條信號線中的信號相位相差90度，可以利用相位差判斷盤片是正轉還是反轉。在碼盤旋轉時用示波器測得的信號線中的信號為矩形波，幅值為5V。 測速硬件調(diào)試 光電編碼器測速實物圖 示波器測得的光電編碼器的信號 單片機測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過對比示波器測得的方波信號的頻率和數(shù)碼管顯示的頻率基本一致。 顯示電路在本論文的顯示電路設計中，初期硬件電路在在面包上搭建，所用的數(shù)碼管為共陽極的單位七段數(shù)碼管，在通用版實物制作時，所用的數(shù)碼管為共陰極四位七段數(shù)碼管。 七段數(shù)碼管接線方式 在單片機應用系統(tǒng)中使用LED顯示器構成N位LED顯示。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。靜態(tài)顯示時，需要8N根I/O控制，占用I/O資源比較多；動態(tài)顯示，可以簡化電路、降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，而共陰極分別由相應的I/O口線控制。 七段數(shù)碼管動態(tài)顯示電路8位LED動態(tài)顯示電路只需要兩個I/O口。其中一個是控制段選碼，另一個是控制位選。由于所有位的段選碼皆有一個I/O控制，因此，在每個瞬間，8位LED只可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用動態(tài)掃描顯示方式，即在每一瞬加只使某一位顯示相同的字符。再此瞬間，位選控制I/O口在該顯示位送入選通電平以保證該為顯示相同字符，段選控制I/O口輸出相應字符斷碼。如此輪流，使每位顯示該位應顯示的字符，并保持延時一段時間，以造成視覺暫留效果。不斷循環(huán)送出相應的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。由人眼的視覺特性，每一位LED在一秒內(nèi)點亮次數(shù)不小于30次，其效果和一直點亮相差不多。 單片機控制74HC595驅動數(shù)碼管SSP控制器概述：SSP是同步串行端口控制器，可控制SPI、4線SSI或Microwire總線的操作。在一條總線上可以有多個主機或從機。在一次數(shù)據(jù)傳輸中，總線上只有一個主機和一個從機進行通信。數(shù)據(jù)傳輸原則上為全雙工方式，4位到16位數(shù)據(jù)幀由主機發(fā)送到從機或由從機發(fā)送到主機。實際上通常情況下只有一個方向上的數(shù)據(jù)流包含有意義的數(shù)據(jù)。81391112141016MOSI/CSSPICLKMOSOGNDQAVCCSIRCSCLRKSCKSQHOEGNDSCLRQBQCQDQEQFQGQHbaacadeafagaGNDGNDdp七段數(shù)碼管74HC59 SPI控制74HC595驅動七段數(shù)碼管示意圖 七段數(shù)碼管介紹a) 共陽極七段數(shù)碼管共陽極七段數(shù)碼管，它的發(fā)光二極管陽極并接。當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。 a) 共陽極管 b) 腳配置示意圖 共陽極七段LDE顯示器 通常的七段LED顯示器中只有八個發(fā)光二極管，故也有人叫做八段顯示器。其中七個發(fā)光二極管構成七筆字形“8”，一個發(fā)光二極管構成小數(shù)點。b) 共陰極四位七段數(shù)碼管 四位共陰極七段LDE顯示器。 四位共陰極七段LDE顯示器引腳表引腳號123456功能位選4af位選3位選2b引腳號789101112功能edhcg位選1 74HC595移位寄存器74HC595是一款漏極開路輸出的COMS移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出端口。 121314151617181911011121314151674HC595 74HC595引腳圖。 74HC595管腳功能表：引腳編號管腳名管腳定義功能15QA～QH三態(tài)輸出管腳8GND電源地9SQH串行數(shù)據(jù)輸出管腳10SCLR移位寄存器清零端11SCK數(shù)據(jù)輸入時鐘線12RCK輸出存儲器所存時鐘線13OE輸出使能14SI數(shù)據(jù)線15VCC電源端4 調(diào)速控制系統(tǒng)的實現(xiàn) PWM信號軟件設計 PWM信號的設計流程。開 始電位器產(chǎn)生電壓信號A/D采樣并轉化調(diào)用顯示轉速子程序調(diào)用顯示頻率子程序NY七段數(shù)碼管標志位flag=1PWM模塊數(shù)字變量PWM模塊初始化A/D模塊初始化將A/D采集的數(shù)據(jù)設定為頻率變量固定PWM信號的頻率，根據(jù)PID的反饋值調(diào)節(jié)PWM 信號的占空比開 始 PWM信號的軟件設計流程圖 歸一化原理當A/D采樣得到的數(shù)據(jù)進行處理，轉化為所需數(shù)據(jù)時，運用到歸一化原理。歸一化原理：以歸一化的方法將有量綱的數(shù)據(jù)轉換成無量綱的數(shù)據(jù)表達。在統(tǒng)計學中，歸一化的具體作用是歸納統(tǒng)一樣本的統(tǒng)計分布性。在顯示頻率時，將A/D采集到的0～1024之間數(shù)據(jù)，歸一化到0～9999之間的頻率數(shù)據(jù)，表達式為：；在顯示占空比時，將A/D采集到的0～1024之間數(shù)據(jù)，歸一化到0～7000之間的轉速數(shù)據(jù)，表達式：。 測速軟件流程圖單片機利用一個定時器進行定時，同時運用另一個定時器2進行方波下降沿的捕捉。程序開始時，單片機對32位定時器1進行初始化，然后開始對方波進行計數(shù)和把轉速傳遞給七段數(shù)碼管進行顯示。當定時1s到時，單片機產(chǎn)生中斷，對存放方波數(shù)目的寄存器、中斷標志位寄存器進行清零，然后不斷的循環(huán)。兩個定時器初始化定時1s到對方波的下降沿進行捕捉七段數(shù)碼管顯示轉速將1s內(nèi)的方波數(shù)轉化為轉速方波數(shù)寄存器數(shù)清零中斷標志位清零開 始返 回 測速軟件流程圖 數(shù)字PID算法介紹 數(shù)字PID簡介一個自動控制系統(tǒng)要能很好的完成任務，首先必須工作穩(wěn)定，同時還必須滿足過程的質(zhì)量指標要求。即：系統(tǒng)的響應快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。很明顯，自動控制系統(tǒng)總希望在穩(wěn)定工作狀態(tài)下，具有較高的控制質(zhì)量，我們希望持續(xù)時間短，超調(diào)量小、擺動次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度，就要求系統(tǒng)有跟高的放大系數(shù)，然而放大系數(shù)一高，又會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)震蕩。反之，只考慮過程的穩(wěn)定性，又無法滿足精度要求。因此，調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生矛盾。為了解決這個矛盾，可以根據(jù)控制系統(tǒng)設計要求和實際情況，在控制系統(tǒng)中插入“校正網(wǎng)絡”，即：PID控制，矛盾就可以得到很好的解決。 PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。比例（P）控制：是一種簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系；積分（I）控制：為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中引入“積分項”，它對誤差取決于時間的積分隨著時間的增加，積分項會增大，這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而增大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到為零；微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分成正比關系，自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中會出現(xiàn)震蕩甚至失穩(wěn)，因此，在控制器引入“比例”往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項，它能夠預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。連續(xù)—。圖中為控制器。在PID控制系統(tǒng)中，完成PID控制規(guī)律，成為PID控制器。PID控制器是一種線性控制器，是用輸出量和給定量之間的誤差的時間函數(shù)，=。、積分、微分的線性組合，構成控制量，稱為比例（Proportional）積分（Integrating）微分（Differentiation）控制，簡稱PID控制。受控對象+_ +++ 連續(xù)—時間PID控制系統(tǒng)控制器：在實際應用中，可以根據(jù)受控對象的特性和控制的性能要求，靈活的采用不同的控制組合。比例（P）控制器：= （）比例+積分（PI）控制器：4= （） 比例+積分+微分（PID）控制器： = （）式中：為比例放大系數(shù)；為積分時間；為微分時間?？刂谱饔茫罕壤刂颇苎杆俜磻`差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的增加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制的作用是：只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷的累加，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩。微分控制可以減小超調(diào)量，克服震蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。應用PID控制，必須適當?shù)恼{(diào)整比例放大系數(shù)，積分時間和微分時間，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。 增量式PID控制算法在電子數(shù)字計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，PID控制器是通過計算機PID控制算法程序實現(xiàn)的。計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)大多數(shù)是采用采樣—數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)。進入計算機的連續(xù)—時間信號，必須經(jīng)過采樣和整量化后，變成數(shù)字量，方能進入計算機的存儲器和計算器，而在數(shù)字計算機中的計算和處理，不論是積分還是微分，只能用數(shù)值計算去逼近。在數(shù)字計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)，也必須采用數(shù)值逼近的方法。當采樣周期相當短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連