【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 附加功能都由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可選擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。 本課題研究目的及意義直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機(jī)的速度控制，有著非常重要的意義。隨著單片機(jī)的發(fā)展，數(shù)字化直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，控制方法也日益成熟。它對(duì)單片機(jī)的要求是：具有足夠快的速度；有 PWM 口，用于自動(dòng)產(chǎn)生 PWM 波；有捕捉功能，用于測(cè)頻；有 A/D 轉(zhuǎn)換器、用來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速、輸出電壓和電流的模擬量進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；有各種同步串行接口、足夠的內(nèi)部 ROM和 RAM，以減小控制系統(tǒng)的無(wú)力尺寸；有看門(mén)狗、電源管理功能等。單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)2 方案設(shè)計(jì) PWM波調(diào)速方案采用由達(dá)林頓管組成的 H 型 PWM 電路（圖 21） 。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H 型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。我采用了脈寬調(diào)頻方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。且對(duì)于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍。圖 21 H 型 PWM 電路單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)所示結(jié)構(gòu)圖如下圖 22：2顯示單片機(jī)（速度的測(cè)量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制）速度采集電路電機(jī) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)鍵盤(pán)2 結(jié)構(gòu)圖 晶閘管調(diào)速方案 采用閘流管或汞弧整流的離子拖動(dòng)系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。1957 年，晶閘管（俗稱(chēng)“可控硅” ）問(wèn)世，到了 60 年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM 系統(tǒng)） 。如圖 23，VT 是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓 ，從而實(shí)現(xiàn)平cUdU滑調(diào)速。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在 以上，其門(mén)極電410流可以直接用晶體管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。因此，在 60 年代到 70 年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM 系統(tǒng)）代替旋單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（GM 系統(tǒng)） ，得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的 與 都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器dutit件。另外，由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害” ，因此必須添置無(wú)功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 圖 23 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（VM 系統(tǒng)） 通過(guò)以上比較分析得出方案一調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，所以本設(shè)計(jì) PWM 波調(diào)速方案。3 單元模塊設(shè)計(jì) H橋電路方案設(shè)計(jì) 采用 H 橋電路方案設(shè)計(jì)如圖 31 所示的 H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其包括 4 個(gè)三極管和一個(gè)電動(dòng)機(jī)，電路之所以得名于“H 橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴朴⒄Z(yǔ)字母單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)字母 H。如圖 31 所示，要使電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通位于對(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)電動(dòng)機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖 31 H 橋型電路要使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖 32 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 從左至右流過(guò)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)三極管 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)（電動(dòng)機(jī)周?chē)募^指示為順時(shí)針?lè)较颍? 圖 32 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的橋型電動(dòng)機(jī)圖 33 所示為另一對(duì)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過(guò)電動(dòng)機(jī)。單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)當(dāng)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電動(dòng)機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電動(dòng)機(jī)周?chē)募^表示為逆時(shí)針?lè)较颍? 圖 33 H 橋驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 調(diào)速設(shè)計(jì)方案 調(diào)速采用 PWM（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制，工作原理：通過(guò)產(chǎn)生矩形波，改變占空比，以達(dá)到調(diào)整脈寬的目的。PWM 的定義:脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，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。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制。9V 電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于 9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類(lèi)似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在{0V,5V}這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車(chē)收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。 盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和 DSP 已經(jīng)在芯片上包含了 PWM 控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 路. 電源電路（1）芯片介紹78**,**就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓 45V。電子產(chǎn)品中常見(jiàn)到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78**系列和負(fù)電壓輸出的 79**系列。所以，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入、接地和輸出。用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管來(lái)保護(hù)電路。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或著 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V，7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M 或 L，如 78M12 或 79L24,用來(lái)區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中 78L 系列的最大輸出電流為 100mA，78M 系列最大輸出電流為1A，78 系列最大輸出電流為 。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用） 。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 （2）電路原理圖電源電路采用 78 系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。電路圖如圖 34： 圖 34 電源電路原理圖 驅(qū)動(dòng)電路H 橋型基于三極管的使用機(jī)理和特性，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中采用 H 橋功率驅(qū)動(dòng)電路，H 橋功率驅(qū)動(dòng)電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動(dòng)。永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說(shuō)繞組有時(shí)需正向電流，有時(shí)需反向電流，這樣繞組電源需用 H 橋驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)控制使用 H 橋驅(qū)動(dòng)電路如（圖 35） ，當(dāng) PWM1 為低電平,通過(guò)對(duì) PWM2 輸出占空比不同的矩形波使三極管QQ6 同時(shí)導(dǎo)通 Q5 截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng) PWM2為高電平,通過(guò)對(duì) PWM1 輸出占空比不同的矩形波使三極管 QQ6 同時(shí)導(dǎo)通，Q5 截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)以及轉(zhuǎn)速的控制.單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)圖 35 H 橋型的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 霍爾傳感器的測(cè)速模塊 霍爾傳感器其工作原理霍爾效應(yīng)：在一塊半導(dǎo)體薄片上，設(shè)它的長(zhǎng)度為 l，寬度為 b，厚度為 d,當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場(chǎng)中，如果在它相對(duì)的兩邊通以控制電流 I，且磁場(chǎng)方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 乘積成正比的電勢(shì) UH，即 UH=KHIB，其中 KH 為霍爾元件的靈敏度。該電勢(shì)稱(chēng)為霍爾電勢(shì)，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作原理：霍爾開(kāi)關(guān)集成電路中的信號(hào)放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的霍爾電壓 UH 放大后再經(jīng)信號(hào)變換器、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號(hào)。信號(hào)輸出端每輸出一個(gè)周期的方波，代表轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)齒。單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù) N，因此可求出單位時(shí)間內(nèi)的速度V＝NT。單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì) 霍爾傳感器的電路原理圖（如下圖 36所示） 圖 36 霍爾傳感器測(cè)速電路 LCD的顯示模塊設(shè)計(jì) 1602芯片說(shuō)明介紹1602 液 晶 模 塊 內(nèi) 部 的 字 符 發(fā) 生 存 儲(chǔ) 器 （ CGROM)已 經(jīng) 存 儲(chǔ) 了 160 個(gè) 不 同 的 點(diǎn)陣 字 符 圖 形 ， 這 些 字 符 有 ： 阿 拉 伯 數(shù) 字 、 英 文 字 母 的 大 小 寫(xiě) 、 常 用 的 符 號(hào) 和 日 文假 名 等 ， 每 一 個(gè) 字 符 都 有 一 個(gè) 固 定 的 代 碼 ， 比 如 大 寫(xiě) 的 英 文 字 母 “A”的 代 碼 是01000001B（ 41H） ， 顯 示 時(shí) 模 塊 把 地 址 41H 中 的 點(diǎn) 陣 字 符 圖 形 顯 示 出 來(lái) ， 我 們就 能 看 到 字 母 “A”。 因 為 1602 識(shí) 別 的 是 ASCII 碼 ， 試 驗(yàn) 可 以 用 ASCII 碼 直 接賦 值 ， 在 單 片 機(jī) 編 程 中 還 可 以 用 字 符 型 常 量 或 變 量 賦 值 ， 如 39。A’。 1602 采 用 標(biāo)準(zhǔn) 的 16 腳 接 口 ， 其 中 ： 單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)第 1 腳 ： VSS 為 電 源 地 。第 2 腳 ： VDD 接 5V 電 源 正 極 。第 3 腳 ： V0 為 液 晶 顯 示 器 對(duì) 比 度 調(diào) 整 端 ， 接 正 電 源 時(shí) 對(duì) 比 度 最 弱 ， 接 地 電 源時(shí) 對(duì) 比 度 最 高 （ 對(duì) 比 度 過(guò) 高 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 “陰 影 ”， 使 用 時(shí) 可 以 通 過(guò) 一 個(gè) 10K 的 電位 器 調(diào) 整 對(duì) 比 度 ） 。第 4 腳 ： RS 為 寄 存 器 選 擇 ， 高 電 平 1 時(shí) 選 擇 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 、 低 電 平 0 時(shí) 選 擇指 令 寄 存 器 。第 5 腳 ： RW 為 讀 寫(xiě) 信 號(hào) 線 ， 高 電 平 (1)時(shí) 進(jìn) 行 讀 操 作 ， 低 電 平 (0)時(shí) 進(jìn) 行 寫(xiě)操 作 。第 6 腳 ： E(或 EN)