【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口除了作為普通I/O口，還有第二功能：超聲波模塊部分的濾波和放大，需要用到運(yùn)算放大器，本設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器是LM324。LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專(zhuān)為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的177。15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用的是Atmel公司的8位單片機(jī)AT89S51，該單片機(jī)是基于MCS51內(nèi)核，具有在線編程（ISP）的4k Bytes Flash存儲(chǔ)器，256Bytes RAM空間，可外擴(kuò)存儲(chǔ)空間64k Bytes，32個(gè)可編程的I/O引腳，集成了異步串口和16位定時(shí)器，最高工作時(shí)鐘頻率可達(dá)33MHz。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路包括ISP程序下載接口、電源電路、晶振電路和上電復(fù)位電路，下面做詳細(xì)分析。ISP程序下載接口是一個(gè)雙排10針的接口座子，（MOSI）、（MISO）、（SCK）和復(fù)位引腳RESET連接。圖31 ISP下載接口電源電路如圖32所示，系統(tǒng)由電池組供電，電池組電壓經(jīng)過(guò)LM7805穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的5V直流電壓，電解電容用于儲(chǔ)能，抑制電壓波動(dòng)對(duì)單片機(jī)的影響，瓷片電容可以濾除電源中的高頻干擾信號(hào)，在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，這幾個(gè)電容要盡量靠近單片機(jī)的電源和地引腳。圖32電源濾波電容本系統(tǒng)的單片機(jī)時(shí)鐘選擇12M晶振，如圖33所示，晶振兩端分別接22pF電容到地。圖33 時(shí)鐘電路單片機(jī)的上電復(fù)位電路采用一個(gè)10μF電容和10kΩ電阻串聯(lián)，在上電時(shí)候，電容和電阻分壓，給單片機(jī)的復(fù)位引腳提供了一個(gè)高電平信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位，當(dāng)電容充電完成后，復(fù)位引腳被下拉到地，單片機(jī)正常工作。 圖34 上電復(fù)位電路單片機(jī)最小系統(tǒng)的整體電路詳見(jiàn)附錄。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)湫枰鶕?jù)電機(jī)的功率和運(yùn)行方式來(lái)覺(jué)定，實(shí)際浮標(biāo)上電機(jī)的功率較大，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)需要考慮較多問(wèn)題，例如電機(jī)保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)隔離電路等方面都是需要考慮的。下面給出了實(shí)際浮標(biāo)上面的大功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的一種設(shè)計(jì)方案和本設(shè)計(jì)中浮標(biāo)模型上面實(shí)際應(yīng)用的一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案。 實(shí)際浮標(biāo)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)實(shí)際大功率電機(jī)的驅(qū)動(dòng)主回路如圖35所示，為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)MOS管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖35 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)MOS管導(dǎo)通。例如，如圖36所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過(guò)電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)MOS管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè)较颍?。圖36 電機(jī)正轉(zhuǎn)示意圖圖37所示為另一對(duì)MOS管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)。當(dāng)MOS管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè)较颍?。圖37 電機(jī)反轉(zhuǎn)示意圖驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的MOS管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果MOS管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)MOS管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了MOS管外沒(méi)有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞MOS管?；谏鲜鲈?，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制MOS管的開(kāi)關(guān)?；谶@種考慮，MOS管的驅(qū)動(dòng)電路是在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門(mén)和2個(gè)非門(mén)。4個(gè)與門(mén)同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開(kāi)關(guān)。而2個(gè)非門(mén)通過(guò)提供一種方向輸入，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)MOS管能導(dǎo)通。實(shí)際使用的時(shí)候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路和H橋的驅(qū)動(dòng)電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。例如IR2110就是一個(gè)可靠的板橋驅(qū)動(dòng)芯片，利用兩片IR2110即可驅(qū)動(dòng)一個(gè)H橋電路。IR2110是美國(guó)國(guó)際整流器公司(International Rectifier Company )利用自身獨(dú)有的高壓集成電路及無(wú)門(mén)鎖CMOS技術(shù)，于1990年前后開(kāi)發(fā)并投放市場(chǎng)的大功率MOSFET和IGBT專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)集成電路，已在電源變換、馬達(dá)調(diào)速等功率驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。該電路芯片體積小(DIP14封裝) ，集成度高，可驅(qū)動(dòng)同一橋臂兩個(gè)MOS管，響應(yīng)快，開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間分別為120ns和94 n s，偏值電壓高達(dá) 600 V ，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，而且其成本低，易于調(diào)試，并設(shè)有外部保護(hù)封鎖端口。尤其是上管驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，使得驅(qū)動(dòng)電源路數(shù)目較其他IC 驅(qū)動(dòng)大大減小。對(duì)于發(fā)射機(jī)的4管構(gòu)成的全橋電路，采用2片IR 2110驅(qū)動(dòng)2個(gè)橋臂，僅需要一路1020V電源，從而大大減小了控制變壓器的體積和電源數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本，提高了系統(tǒng)的可靠性。IR2110芯片組成的MOS管驅(qū)動(dòng)電路中，用到了經(jīng)典的自舉電路，自舉電路也叫升壓電路，利用自舉升壓二極管,自舉升壓電容等電子元件，使電容放電電壓和電源電壓疊加，從而使電壓升高．有的電路升高的電壓能達(dá)到數(shù)倍電源電壓。 模型電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的浮標(biāo)模型中，采用小型有刷直流電機(jī)，工作電壓5V，因?yàn)槠涔β屎苄?，所以電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)較簡(jiǎn)單，如圖38所示。該電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)用三極管構(gòu)成的電源開(kāi)關(guān)電路，單片機(jī)通過(guò)引腳控制三極管Q的開(kāi)通和關(guān)斷，從而控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，圖中R為限流電阻，如果單片機(jī)端口直接接到三極管基極，會(huì)燒壞單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)電路，圖中的二極管D是電機(jī)的續(xù)流二極管，當(dāng)單片機(jī)控制電機(jī)從運(yùn)轉(zhuǎn)到停止的時(shí)候，電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)不能馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn)，由于電機(jī)線圈存在很大的電感值，電機(jī)的電流不能立即減小到零，所以需要續(xù)流二極管D為電機(jī)中的電流提供一個(gè)回路，來(lái)消耗掉這一部分能量，否則可能會(huì)擊穿三極管，由于沒(méi)有和單片機(jī)隔離，這樣產(chǎn)生的電磁干擾甚至可能會(huì)影響單片機(jī)的工作。圖38 模型中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)的模型中，三極管選用NPN型的8050三極管，其耐壓可達(dá)25V，這對(duì)本設(shè)計(jì)中的電機(jī)已經(jīng)足夠了，因?yàn)殡姍C(jī)有可能工作在高頻通斷狀態(tài)，續(xù)流二極管IN5819，1N5819是肖特基二極管，反向耐壓40V，額定正向電流1A。 PWM調(diào)速原理脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候，其原理如圖39所示。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。圖39 PWM調(diào)制原理示意圖電流控制PWM的基本思想是把希望輸出的電流波形作為指令信號(hào),把實(shí)際的電流波形作為反饋信號(hào),通過(guò)兩者瞬時(shí)值的比較來(lái)決定各開(kāi)關(guān)器件的通斷,使實(shí)際輸出隨指令信號(hào)的改變而改變。由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以為為三類(lèi)，正弦PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類(lèi)），優(yōu)化PWM及隨機(jī)PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低