【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制 PWM (5)、 矢量控制 PWM(6)、 直接轉(zhuǎn)矩控制 PWM(7)、 非線性控制 PWM(8)、 諧振軟開關(guān) PWM第 節(jié) 脈沖寬度調(diào)制相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域PWM 控制技術(shù)主要應(yīng)用在電力電子技術(shù)行業(yè),包括風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)調(diào)速、直流供電等領(lǐng)域，由于其四象限變流的特點(diǎn)，可以反饋再生制動(dòng)的能量，對(duì)于目前國(guó)家提出的節(jié)能減排具有積極意義。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 12 頁(yè) 共 34 頁(yè)第 4 章 硬件設(shè)計(jì)第 節(jié) 供電電源模塊由于系統(tǒng) CPU、小車電機(jī)、傳感器及其他部分均采用+5V 供電，考慮小車功率和摩擦阻力等問(wèn)題，電源采用直流 8V 電池供電，經(jīng)穩(wěn)壓芯片 LM7805 輸出 5V 電壓供單片機(jī)及其他電路使用，具體接法如圖 。圖 電源電路連接圖電路為輸出電壓+5V 穩(wěn)壓電源。它由 8V 干電池、濾波電容 C C2，一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805) 管構(gòu)成的，由開關(guān) S 控制電壓的輸出，為了防止電源掉電而影響電路工作，設(shè)計(jì)了電源指示電路，由一個(gè) 1K 的電阻和一個(gè)發(fā)光二極組成。. 穩(wěn)壓芯片 LM7805 簡(jiǎn)介穩(wěn)壓電路由固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 完成，LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化) 。此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805 的穩(wěn)壓和 C2 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。LM7805 輸入端接 6VDC，輸出的是 5VDC。第 節(jié) 控制器模塊控制器模塊即單片機(jī)最小系統(tǒng)單元，如圖 所示，其主要由 51 單片機(jī)、時(shí)鐘、復(fù)位電路組成，本系統(tǒng)采用外部 12M 晶振，便于單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生精確的定時(shí)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 13 頁(yè) 共 34 頁(yè)圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖. 單片機(jī)簡(jiǎn)介所謂單片微型計(jì)算機(jī)，是指將組成微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件，如中央處理器CPU、存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM、輸入/輸出（I/O）接口電路等集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)。在過(guò)去的幾十年中，電子工業(yè)飛速發(fā)展。隨著微處理器芯片的集成度越來(lái)越高，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并逐漸發(fā)展成為一門關(guān)鍵的技術(shù)學(xué)科。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗電少、電源單一、功能強(qiáng)、價(jià)格低、運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等一些突出的優(yōu)點(diǎn)，所以單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于智能儀表、工業(yè)控制、家用電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用、醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中。. MCS51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)單片機(jī) SCM（single chip Microputer）是把微型計(jì)算的機(jī)的主要部分都集中在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。主要包括了中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機(jī)自七十年代以來(lái)，已經(jīng)有了很大的發(fā)展被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、測(cè)量控制、工業(yè)自動(dòng)化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的就是 MCS51 單片機(jī)芯片。MCS51 系列單片機(jī)的最典型的產(chǎn)品有內(nèi)部無(wú) ROM 的 803內(nèi)部具有 4KB 字節(jié)掩膜 ROM 的 8051 及內(nèi)部具有 4KB 字節(jié) EPROM 的 8751，這三種型號(hào)的單片機(jī)除內(nèi)部程序存貯器 ROM 不同外其它內(nèi)部資源相同，MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見附錄二。8051 的內(nèi)部資源為： (1)、 8 位 CPU畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 14 頁(yè) 共 34 頁(yè)(2)、 4KB 字節(jié)掩膜 ROM 程序存貯器(3)、 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存貯器(4)、 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(5)、 1 個(gè)全雙工的異步串行口(6)、 5 個(gè)中斷源、2 級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器(7)、 時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生 ~12MHz 的時(shí)鐘頻率. 數(shù)據(jù)處理及控制芯片 AT89S51AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能 CMOS 8 位單片機(jī)。其引腳圖見附錄 3。(1)、 主要性能參數(shù)：與 MCS51 產(chǎn)品指令系列完全兼容；(ISP)Flash 閃速存儲(chǔ)器；4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程；1000 次擦寫周期；～ V 工作電壓范圍；全靜態(tài)工作模式：0Hz～33MHz；三級(jí)程序加密鎖；128 字節(jié)內(nèi)部 RAM；32 個(gè)可編程 I/O 口線；2 個(gè) 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器；6 個(gè)中斷源；全雙工串行 UART 通道；低工耗空閑和掉電模式；中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)；看門狗(WDT)及雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性。(2)、 AT89S51 的引腳功能電源及時(shí)鐘引腳：包括電源引腳 Vcc、Vss 及時(shí)鐘引腳 XTALXTAL2；電源引腳接人單片機(jī)的工作電源，Vcc(40 腳)接+5V 電源， Vss(20 腳)接地。P0 口(~)：為雙向 8 位三態(tài) I／O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部I/O 設(shè)備。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址/數(shù)據(jù)總線口使用。P1 口(~)：為 8 位準(zhǔn)雙向 I／O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線( 作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置 1)，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。P2 口(~)：為 8 位準(zhǔn)雙向 I／O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部I/O 設(shè)備。它是與地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高 8 位使用。P3 口(~)：為 8 位準(zhǔn)雙向 I／O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。P3 口除了一般 I/O 線的功能外，還具有更為重要的第二功能，如表 41 所示。P3 口同時(shí)為 FLASH 編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。表 41 P3 口的第二功能端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁(yè) 共 34 頁(yè) /INTO（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：地址鎖存使能信號(hào)輸出端。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)。/PSEN：程序存儲(chǔ)器輸出使能端。低電平有效，在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器屏蔽控制端，低電平有效。當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH ） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP） 。. AT89S51 的復(fù)位電路AT89S51 的復(fù)位電路如圖 所示。當(dāng)單片機(jī)一上電，立即復(fù)位；另外，如果在運(yùn)行中，外界干擾等因素使單片機(jī)的程序陷入死循環(huán)狀態(tài)或“跑飛” ，就可以通過(guò)按鍵使其復(fù)位。復(fù)位也是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)的一種操作。圖 復(fù)位電路圖. 時(shí)鐘振蕩電路單片機(jī)的晶振選用 12MHz, 為保證單片機(jī) RESET 引腳保持 2 個(gè)高電平周期復(fù)位。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 16 頁(yè) 共 34 頁(yè)第 節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由 L298N 芯片、小型直流電動(dòng)機(jī)和三極管組成。電路連接圖如圖。圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路圖從單片機(jī)輸出的信號(hào)功率很弱，即使在沒(méi)有其他外部負(fù)載時(shí)也不能帶動(dòng)電機(jī)，所以在實(shí)際電路中加入了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片提高輸入電機(jī)信號(hào)的頻率，從而能根據(jù)需要控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)驅(qū)動(dòng)管大小和連接電路的簡(jiǎn)化要求選擇 L298N，在電機(jī)線圈兩端分別接入了二極管進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，以防在控制電機(jī)換向時(shí)電流過(guò)大而損毀電機(jī)。. L298N 芯片簡(jiǎn)介L(zhǎng)298N 是 ST 公司生產(chǎn)的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。L298N 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電機(jī)，OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電機(jī)，本設(shè)計(jì)中選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。En A 、 En B 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表 42 是 L298N 功能邏輯圖。表 42 L298N 功能邏輯表En A IN 1 IN 2 運(yùn)行狀態(tài)0 X X 停止1 1 0 正轉(zhuǎn)1 0 1 反轉(zhuǎn)1 1 1 剎停畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 17 頁(yè) 共 34 頁(yè)1 0 0 停止In3，In4 的邏輯圖與