【文章內容簡介】 直流電機進行驅動，從而改變其轉速。 工作原理直流電機的轉動是通過供給電壓而實現(xiàn)的。本模塊應用了H橋驅動電路、PWM(脈寬調制)技術來控制直流電機的轉動。1）H橋驅動電路H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。例如，在圖2－8中，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經Q1從左至右穿過電機，然后再經 Q4回到電源負極。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，驅動電機按特定方向轉動，保證H橋上兩個同側的三極管不會同時導通。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，電路上的電流就可能達到最大值，燒壞三極管。在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。圖2－7所示是改進的電路，它在基本H橋電路的基礎上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關。而2個非門通過提供一種方向輸入，可以保證任何時候在H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。圖27 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路2）PWM調速系統(tǒng)PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。對于直流電機，采用PWM控制技術構成的無級調速系統(tǒng)，起停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小，運行穩(wěn)定的特點。PWM(脈寬調制)是常用的一種調速方法。其基本原理是用改變電機電樞(定子)電壓的接通和斷開的時間比(占空比)來控制馬達的速度，在脈寬調速系統(tǒng)中 當電機通電時，其速度增加：電機斷電時其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通。斷電的時間，即可使電機的速度達到并保持一穩(wěn)定值。3）電機正、反轉單片機程序通過I/O口給反相器的信號可以改變電機的轉向。當需要電機正轉時，排針引腳4為高電平、2為低電平。當PWM脈沖信號出現(xiàn)時，反相器A被鎖定。使得H橋的三極管QQ3導通，QQ4無電流通過。從而使直流電機兩端能有持續(xù)的反相電壓，實現(xiàn)電機正轉的功能。 跟正轉原理相同，控制電機反轉時，只需通過改變程序，將引腳4的高低電平互換即可。 硬件連接電路圖圖2－8直流電機模塊電路根據電路原理，SN74LS01與非門是當任一端口有電平輸入時，根據輸入電壓的極性進行取反，通過單片機內部控制通過引腳輸出，在圖2－8中，引出排針的4管腳所給出是控制直流電機轉動方向的信號，通過SN74LS01的兩個反相器來對四個三極管進行控制，在任何時刻都只有一個對角線上的線路是導通的，每個8550上并一個1N4004進行保護，防止過流。由于直流電機的轉向和轉速都是由固有程序通過單片機來進行控制的，我們可以根據需要先設置好單片機與反相器的連接，通過插針來實現(xiàn)端口的轉換。排針3腳提供PWM脈沖，排針4腳通過光耦連接對電機的轉速進行測試。最后的測試結果將反饋給C8051F020單片機，通過液晶屏顯示出電機轉動的狀態(tài)。 鍵盤掃描模塊 設計思路單片機使用的鍵盤可分為獨立式和矩陣式兩種。獨立式鍵盤實際上就是一組相互獨立的按鍵，這些按鍵可以直接與單片機的I/O接口連接，其方法是每個按鍵獨占一條口線，接口簡單。矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，因為鍵的數(shù)目較多，所以鍵按行列組成矩陣。由于實驗箱規(guī)模較大，為節(jié)省硬件資源，這里我們采用的是矩陣式鍵盤。 硬件功能實現(xiàn)鍵盤的設計采用了常見的鍵盤掃描的方式，本系統(tǒng)用P1口實現(xiàn)，44鍵盤控制，鍵盤與系統(tǒng)接口電路如圖29所示。單片機的端口分輸入和輸出模式，且可以將每一位設置為輸入或輸出，當作為輸入模式時必須設置內部上拉電阻。在該電路中設置了上拉電阻，設置上拉電阻的作用是當按鍵無動作的時候保證它處在高電位。功能實現(xiàn)步驟：P13=0行掃描初值，P1左移檢測列，P1右移檢測行，計數(shù)指針至TABLE取碼。圖29 鍵盤掃描模塊3 系統(tǒng)總體調試系統(tǒng)的調試分硬件調試和軟件調試。硬件調試時先檢查電路板的焊接情況，在檢查無誤后可以通電檢查。實際制作中可萬用表來檢測硬件部分之間連接是否正確、各引腳處壓值是否正常及判斷電源極性。來對各模塊進行綜合硬件測試分析。軟件調試使用偉福編譯軟件，源程序編譯及仿真調試分段或以子程序為單位一個模塊一個模塊分開進行，最后結合硬件實時運行調試。整體的實驗系統(tǒng)完成之后，通過單片機編程對各模塊分別進行控制，根據各功能模塊的原理我們分析了各組成部分的工作流程，以下是我們對各個模塊功能的實現(xiàn)的一些簡單的介紹說明。 無線傳輸模塊在無線傳輸模塊部分，PC機(或其他外部設備)有數(shù)據傳輸或需設置設備參數(shù)時，通過串口將數(shù)據發(fā)送給單片機，單片機在接收數(shù)據后，將需發(fā)送的數(shù)據(包括目標設備地址和所要發(fā)送的數(shù)據)又通過SPI接口發(fā)送給nRF905，nRF905給數(shù)據加前導碼和CRC碼，將數(shù)據包發(fā)送。當nRF905接收到有效數(shù)據后，DR置高，單片機檢測到DR為高電平后，復位TRX_CE引腳，使nRF905進入空閑模式，通過SPI接口從nRF905中讀出接收數(shù)據，然后通過USART傳送給PC機或其他外部沒備。軟件功能模塊是由CPU寄存器初始化、串行口初始化、串口收發(fā)送程序、SPI初始化、SPI收發(fā)送程序、I／O口初始化、nRF905配置寄存器操作、nRF905接收程序、發(fā)送程序和主程序這些模塊組成。 語音模塊本模塊ISD2560的編程思路為：1） 地址的狀態(tài)取決于地址輸入端口最高2位（即A8，A9）的狀態(tài)。當最高2位中有1個為0時，作為當前放音操作的起始地址。2） PD端口在高電平時芯片停止工作，進入節(jié)電狀態(tài)；由高電平變?yōu)榈碗娖?，芯片進入預工作狀態(tài)。3） CE端加低脈沖啟動放音。本單片機實驗箱模塊采用的是語音芯片的M0和M6兩種模式，MO模式主要用于快進功能，以便檢索需要的信息段。錄放音的操作采用的是M6模式，在M6模式下，/EOM作為操作指示信號，當錄音或放音操作時，該引腳輸出高電平，在暫?；蛲Ｖ共僮鲿r，該引腳輸出低電平。為了便于區(qū)別錄放音操作，我們在/EOM端外加了發(fā)光二極管。錄音時，按下錄音鍵，單片機馬上通過口線設置語音段的起始地址，再使PD端、P/R端和/CE端為低電平啟動錄音；當錄音結束時，單片機又讓/CE端回到高電平，即完成一段語音的錄制?？梢酝瑯拥姆椒ㄤ浫〉诙?、第三段…第八段的錄音。當放音時，根據需播放的語音內容，單片機找到相應的語音段起始地址，并通過口線送出。再將P/R端設為高電平，PD端設為低電平，并讓/CE端產生一負脈沖啟動放音，這時單片機只需等待ISD2560的信息結束信號，即/EOM的產生。信號為一負脈沖，在負脈沖的上升沿，該段語音播放結束。 步進電機模塊步進電機的運轉是由脈沖信號控制的。通過改變各相通電的次序可以調整步進電機的運轉方向。改變脈沖信號的周期就可以改變步進電機的運轉速度。本實驗模塊選用的是四相步進電機。電機的相序轉換如下：正方向：AABBBCCCDDDAA反方向；ADADCDCBCBABA步進電機電路原理圖中，AA,BB,CC，DD是步進電機的 4 個線圈，DDDD4為續(xù)流二極管，是為步進電機的4個線圈放電用的，當電機斷電時，通電的線圈要放電，用二極管放電作為放電導流。 P5口作為帶鎖存器的并行輸出口，CPU通過P5送出步進電機的四相驅動信號STEPA、STEPB、STEPC、STEPD，～，輸出線為低時，對應的相線通電。所以在運行程序前，用跳線將STEPA～TEPD ～；同時也應將步進電機的引出線同CN2正確連接(VCC－黑，AA－紅，BB－黃，CC－白，DD－藍)。圖31是實際操作時的實驗程序參考框圖圖 31 步進電機控制程序參考框圖實際實驗時的操作方法 ① 下載步進電機控制程序后并運行程序，檢查步進電機是否會正方向旋轉。 ② 將旋轉順序改為反方向，看看步進電機是否會反方向旋轉。③ 通過改變每步的延時時間來控制步進電機的速度調節(jié)。 直流電機模塊實驗是通過H橋驅動電路產生一串PWM脈沖，利用PWM脈沖對直流電機進行驅動，從而改變其轉速。圖32是實際操作時的實驗程序參考框圖圖 32 直流電機實驗程序參考框圖實際實驗時的調試方法① 寫入程序并運行，直流電機是否旋轉。 ② 改變D/A 的初值，從新編譯下載后，直流電機的轉速是否有所改變。③ 所賦的初值不能過小，否則 D/A 的輸出不足以驅動開關管 Q1 的導通，致使直流電機不旋轉。 鍵盤掃描模塊鍵盤掃描程序的設計一般包括兩個方面：按鍵的捕捉識別和按鍵的功能實現(xiàn)。兩者相輔相成，前者是基礎，后者是關鍵，程序流程如圖33所示。關于按鍵的掃描識別，主要思想是：行掃描線逐條輸出低電平，通過列輸入是否存在低電平得到是否按鍵的信息（即按鍵捕捉）；如果捕捉到有按鍵，則延時幾十毫秒以去除按鍵抖動；再次判斷按鍵信息，如再次捕捉到按鍵，則說明該按鍵沒有放開，等待一直到放開為止。對特定的具體設計，主要問題是按照系統(tǒng)功能合理組織按鍵的組成。圖33 鍵盤掃描模塊流程圖按一個鍵到鍵的功能被執(zhí)行主要應包括兩項工作：一是鍵的識別，即在鍵盤中找出被按的是哪個鍵，通過接口電路來實現(xiàn)；另一項是鍵功能的實現(xiàn)，通過執(zhí)行中斷服務程序來完成。下面來介紹鍵盤接口問題。具體來說，鍵盤接口應完成以下操作功能：a 鍵盤掃描，以判定是否有鍵被按下（稱之為“閉合鍵”）。b 鍵識別，以確定閉合鍵的行列位置。c 產生閉合鍵的鍵碼。d 排除多鍵、串鍵（復按）及去抖動。這些內容通常是以軟硬件結合的方式來完成的，即在軟件的配合下由接口電路來完成。但具體那些由硬件完成由軟件完成，要看接口電路的情況?？偟脑瓌t是，硬件復雜軟件就簡單，硬件簡單軟件就得復雜一些。結論課題總結經過這次畢業(yè)設計，使我切身體會到在電子電路的設計中應該注意許多問題。設計過程先采用萬能實驗板搭接各相應的模塊電路，通過實驗室提供的儀器設備，逐個調出各模塊電路，記錄電路各參數(shù)指標；然后用Protel DXP軟件畫出各模塊電路的原理圖及PCB板圖；接著把各模塊的PCB板圖合并在一起，并開板加工成印制電路板；對印制板電路按信號的工作流程及各模塊特點逐個焊接和調試模塊電路；要求調試和修改從而達到各模塊的相應技術指標的要求；并設計箱體的外觀及尺寸大?。蛔詈笸瓿蓪嵱栂?。經過幾個月的努力，核心問題已經全部解決，所有功能已基本實現(xiàn)，只是在通用性上還有待提高。實驗系統(tǒng)存在問題在現(xiàn)代高端數(shù)字實驗箱的具體設計過程中，我們也遇到了很多問題，如在鍵盤掃描模塊中的內部寄存器的設置，延遲問題等，經過很多次的修改和實驗。我們將P7口的高四位設置成輸入模式，并設置上拉電阻，低四位設置為輸出模式，才算成功的完成了鍵盤的掃描。在步進電機模塊為了找到合適大小的電機我們也是非了很大的功夫。由于受時間限制，整個實驗箱的制作與完成都比較倉促，另外有的器件很不好找，所以實驗箱在功能實現(xiàn)方面還有點欠缺。部分模塊的選擇與設計還沒有達到最優(yōu)化。此外，在繪制PCB圖的時候出現(xiàn)了一些小的失誤，但還好影響不大，經過焊接、調試與修改，實驗箱的功能都已基本實現(xiàn)。本實驗箱的模塊的基本操作在本文中都做了簡要介紹，由于時間的關系，沒有來得及編排實驗指導書，時間充裕的話，還是應該附上指導教材的，實驗箱其它不夠完備的地方還需要后續(xù)的工作者來完成。相信經過不斷的完善，現(xiàn)代高端數(shù)字實驗箱能成為學校單片機實驗的主體設備。由于是第一次制板，因此，在這方面花費了很多的精力和時間。盡管過程很艱難，但是在真正意義上我學到了知識，為以后的工作和學習積累了寶貴的經驗。致謝語在這次畢業(yè)設計期間，指導教師劉盾老師給予了我耐心的輔導和熱情的幫助。劉老師在大局上指導我畢業(yè)設計的每一進程。在我完成畢業(yè)設計的過程中提供了很多指導性的意見，使我受益匪淺。此外劉老師在百忙之中抽出時間對本論文進行了仔細的審閱，并提出了不少極為寶貴的修改意見和建議，保證了本論文的質量，使得如期順利完成。劉老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和為人給了我留下了很深刻的印象，這些將使我終身受益。在此表示衷心的感謝和崇高的敬意！在此，我還要非常感謝同組的王彪、王博同學以及胡建明老師。當我在電路設計與調試過程中遇到難題時，他們也給予了我莫大的幫助，沒有他們的幫助與支持，就沒有這次畢業(yè)設計的順利完成。此外我還要特別感謝我的母校,為我提供了這個學習機會,為我提供了良好的畢業(yè)設計場所和試驗條件。在此，祝愿我校日后蓬勃發(fā)展，發(fā)展成為一所獨具風格的綜合性大學。由于我是初次擔負這樣的設計調試任務，所以在設計思路和實現(xiàn)功能上難免有些不足之處，希望各位老師能夠批評指正。再次感謝所有幫助過我的人們！并祝愿我們學院越來越美好！參考文獻[1] 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