【文章內容簡介】 模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 LM358引腳圖 LM311(高靈活性的電壓比較器)177。15V分離電源，如通常的運算放大器一樣，使用范圍廣闊，使LM311成為一種通用的比較器。該設備的輸入可以是與系統(tǒng)隔離的，而輸出則可以驅動以地電位為參考或以VCC為參考的，或以VEE電源為參考的負載?？梢允蛊潇`活地驅動DTL、RTL、TTL或者MOS邏輯等類型的負載。 LM311的管腳圖 74595功能介紹 74HC595是具有8位移位寄存器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在SCHcp的上升沿輸入，在STcp的上升沿進入的存儲寄存器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲寄存器早一個脈沖。移位寄存器有一個串行移位輸入(Ds)，和一個串行輸出(Q7’)，和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能OE有效時(為低電平)，存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線[6]。 74595的引腳圖。 74HC595的引腳功能Q0~7是并行數(shù)據(jù)輸出口，即儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出口Q739。串行輸出口，其應該接SPI總線的MISO接口STcp存儲寄存器的時鐘脈沖輸入口SHcp移位寄存器的時鐘脈沖輸入口OE輸出使能端MR芯片復位端Ds串行數(shù)據(jù)輸入端 電機驅動電路設計L298N內部集成了兩路的H橋式電路，此設計只用了L298N的A路來驅動直流電機，7引腳的ININ2的高低電平組合控制電機的轉向和剎車，6腳的ENA接PWM信號，然后PWM信號經(jīng)L298N斬波后，輸出端3引腳即OUT1和OUT2之間的電壓與PWM信號的占空比大小成近似線性正比關系，由PWM的占空比大小來控制輸出功率，從而電機的轉速也是受其控制的。電源引腳加接地電容是為了濾波提高驅動電路的穩(wěn)定性。在電機較大時，啟動和制動電流電壓都很大，超過L298N芯片的承受范圍，需要加續(xù)流二極管以保護驅動芯片，但是在本設計中所用電機較小，啟停的電流電壓都在驅動芯片的承受能力內，故本設計中沒有加裝保護電路和散熱片，在驅動較大電機時在主電路板外可以接保護電路等，以保護調速系統(tǒng)安全運行。 電機驅動電路 PWM信號產(chǎn)生電路設計 PWM信號產(chǎn)生電路PWM信號產(chǎn)生電路是本設計的核心部分，它要產(chǎn)生合適頻率的PWM信號，而且這個PWM信號的占空比還要靈活可調。根據(jù)PWM信號產(chǎn)生原理，鋸齒波和另一調制信號經(jīng)過比較可以得到一個PWM信號。因此在此采用TL494和其外圍電路在5腳產(chǎn)生頻率固定的鋸齒波[3]，TLC5615串行DAC芯片將單片機發(fā)送的預置轉速數(shù)據(jù)數(shù)模轉換后得到一個占空比的調制信號，將這個信號與鋸齒波信號經(jīng)比較器LM311比較后得到占空比可調的PWM信號，為了起到前后級隔離，避免干擾，在TLC5615的輸出端和比較器LM311之間加了一個LM358A組成的電壓跟隨器。串行的DAC芯片TLC5615只需要3個引腳和單片機相連即可，可以節(jié)約單片機的I/O口資源。TL431為DAC芯片提供穩(wěn)定的參考電壓。在此對本設計PWM產(chǎn)生原理說明如下： 硬件產(chǎn)生PWM信號原理圖上圖所示為PWM信號產(chǎn)生電路框圖及工作波形，其工作過程如下：進行DA轉換所得的反饋電壓Ur加至放大器Al的反相輸入端，固定的參考電壓Uf加至A1的同相輸入端。經(jīng)A1放大后的直流誤差電壓Ue加至比較器A2的反相輸入端，由固定頻率振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號Usa加至A2的同相輸入端。A2輸出方波信號，其占空比隨誤差電壓而變化，即實現(xiàn)了脈寬調制。對于單管變換器，A2輸出的PWM信號即可作為控制功率晶體管的開關信號，對于推挽或橋式等功率變換電路，則應將PWM信號分為兩組信號，即分相。分相電路由觸發(fā)器及兩個“與”門組成，觸發(fā)器的時鐘信號對應于鋸齒波的下降沿。A端和B端輸出兩組相差180176。的PWM信號[3]。本設計中只需產(chǎn)生正向的單極性PWM信號，然后送入L298N的ENA端，由片內電路分配相位。 其中PWM信號的頻率為： (42)這個頻率適合直流電機的驅動，不至于頻率過高或過低而影響調速效果。此外為了提高PWM信號的驅動能力，在比較器LM311的輸出端接了一個上拉電阻，使PWM信號幅值達到5V，以符合L298N的ENA端輸入電平的要求。 電機轉速測量電路設計 電機測速采樣電路電路中選用紅外光敏二極管作為受光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對紅外發(fā)射接收管，紅外光敏二極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。沒有光照射時，光敏二極管處于截止狀態(tài)，反向電阻很大，反向電流(暗電流)很小。隨著光照的增強，光敏二極管處于導通狀態(tài)，其反向電阻減小，反向電流(光電流)增大，其光電流與照度之間呈線性關系。R31為紅外發(fā)射管，當電機軸承上的的轉盤擋住R33關斷反向施密特觸發(fā)器7414的1腳為高電平，轉盤沒有擋住R31的光線時，R33導通7414的1腳就為低電平，這個采樣得到的脈沖信號經(jīng)過反向施密特觸發(fā)器放大和整形后輸出符合單片機的電平標準的負脈沖[7]。然后這個可被單片機識別的采樣信號就輸入到單片機INT0引腳，由單片機內程序運算得到電機的轉速[7][8][9]。 顯示電路設計顯示部分電路采用8為7段LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，驅動芯片為3片擴展連接的8位串行移位寄存器74595，其中兩片提供段碼地址，另外一片提供位碼地址信號。DS，OE，，單片機通過這三個IO口控制和發(fā)送顯示信號在數(shù)碼管上顯示，段碼連接沒有按常規(guī)順序，是為了便于PCB布線，只是在程序設計中，修改顯示段碼表即可。本部分采用串行芯片驅動方式是為了節(jié)約單片機的IO口資源。串行的顯示芯片還有MAX7219等,但是74595的價格便宜，很好購買，比MAX7219芯片成本更低。故本設計采用了三片74595擴展，同樣滿足了顯示的要求。 顯示電路 電源電路設計 電源電路本設計電源采用177。12V直流電源，可用學校實驗室的直流可調電源，其中177。12V給L298N和運放供電，+5V由7805芯片產(chǎn)生，為單片機和其他一些需要+5V電源的芯片供電。此7805芯片的應用方式是相當成熟的經(jīng)典電路，為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供保證，其中發(fā)光二極管為電源通電指示。 總電路及設計 總電路這是在Protel 99se軟件里面設計的總原理圖，各個部分電路按模塊化的思想設計，便于理解和修改，需要連接的引腳加上了NET網(wǎng)絡標連接，使得電路簡潔。(實際上是連接了的，只是連線省略了)。各個模塊組合在一起形成了完整的電路。 總電路PCB圖在PROTEL 99SE中連接電路原理圖，連接正確后生成網(wǎng)絡表，新建PCB文件，導入網(wǎng)絡表和選擇元件封裝，然后布線即可得到PCB電路圖，在實驗室制作成電路板即可焊接調試。由于條件的限制學校大多能做單面板，因此要在布線時選擇單面布線，最好選擇手動布線。不論怎樣都會有飛線的，注意的是在布線時盡量使飛線的兩個端口離得近一些，為焊接時接飛線和電路板美觀性做打算，當然為了減少干擾和維護調試的方便性也必須得這樣做。5軟件設計 部分程序流程圖PWM子程序入口 開 始 系統(tǒng)初始化 TLC5615初始化設置轉速顯示 轉速設置發(fā)送數(shù)據(jù)到5615進行DA轉換 調用調速子程序調用測速子程序當前轉速顯示返 回調用PWM子程序 (a)主程序流程圖 (b)PWM程序流程圖 部分程序流程圖，本設計使用片外硬件產(chǎn)生PWM信號，故只需單片機內部運算后將所需的數(shù)據(jù)送到TLC5615串行芯片DA轉換成代表占空比信號的電壓值即可，經(jīng)過和鋸齒波的比較后得到PWM信號。程序流程比較簡單，只是要實現(xiàn)好每個子程序的功能，在主程序中調用子程序執(zhí)行就好了。，主要流程為當前轉速和設置轉速的比較，然后根據(jù)比較得出下一步動作是加速還是減速運行，直到當前的轉速和設置的轉速相等的時候，電機按照此速度穩(wěn)定的運行下去，直到下一次設置轉速的生效。調速子程序開始 YN返 回增大PWM信號占空比YN減小PWM信號占空比 調速子程序流程圖 主要芯片編程操作方式此設計中主要是對芯片TLC5615和74595的編程操作，以下是5615的初始化和DA轉換程序void Dac(unsigned int dat){ unsigned char n = 12。 //準備發(fā)送10位數(shù)據(jù)和2個附加位 DAC_CS = 0。 do { DAC_DI = (bit)(dat amp。 0x0200)。 DAC_SCK = 1。 dat = 1。 DAC_SCK = 0。 } while ( n != 0 )。 DAC_CS = 1。}74595的編程，設置其工作狀態(tài)，然后用單片機向74595串行發(fā)送顯示段碼和位碼。以下是一段發(fā)送數(shù)據(jù)到595的子程序/*本程序是發(fā)送數(shù)據(jù)到595的子程序define DK PORTCdefine DATA PINC0 ////數(shù)據(jù)74HC595 14define ST PINC1 ////鎖存時鐘74HC595 12define SH PINC2 ////移位時鐘74HC595 11 *///送出8位串行數(shù)據(jù)void out_disp(unsigned char data){ unsigned char i。 for (i=0。i8。i++){ cbi(DK,SH)。 ////拉低移位時鐘 if (dataamp。0x80) sbi(DK,DATA)。 else cbi(DK,DATA)。 data=1。 sbi(DK,SH)。////提高移位時鐘 delay_us(1)。 } delay_us(1)。} 部分主要程序功能說明結合電路原理圖和程序編寫的方便。 程序中單片機端口分配 DS (74595)千OE (74595) 百SH (74595) 十 DI (TLC5615)個SCK (TLC5615) 確定 CS (TLC5615)IN2 (L298N)速度采樣信號 IN1 (L298N)void main( void ){ unsigned int delay。 SysInit()。 in1=1。in2=0。 PT0=1。 TR0=1。 TR2=1。 P3=0xff。 DacData=600。 Dac(0)。 while(1) { unsigned char dely,kv2,kv3,kv4,kv5。 if(key5==0) { for(dely=0。dely50。dely++)。 if(key5==0) kv5+=1。 kv5%=10。 while(key5==0)。 } else if(key4==0) { for(dely=0。dely50。dely++)。 if(key4==0) kv4+=1。 kv4%=10。 while(key4==0)。 } else if(key3==0) { for(dely=0。dely50。dely++)。 if(key3==0) kv3+=1。 kv3%=10。 while(key3==0)。 } else if(key2==0) { for(dely=0。dely50。dely++)。 if(key2==0) kv2+=1。 kv2%=10。 while(key2==0)。 } else if(key1==0) { for(dely=0。dely50。dely++)。 if(key1==0) SpeedSet=SpeedSetTemp。 while(key1==0)。 } SpeedSetTemp=kv5*1000+kv4*1