【文章內(nèi)容簡介】 輸出一個控制信號，通過兩信號的高低電平差值來決定電動機(jī)的方向和速度。 方案二：單極性工作 方式，是單片機(jī)的控制端口接地，另一端輸出 PWM 信號，切換兩口的輸出來調(diào)節(jié) PWM 的占空比，進(jìn)而可控制電動機(jī)的方向和速度。 因?yàn)殡p極性工作制電壓波中的交流成分比單極性工作制的大，電流波動也較大，所以本設(shè)計(jì)采用了單極性工作制。 PWM 調(diào)速方法 PWM 調(diào)速原理如圖 所示 T1 T T2 T：周期 T1：高電平持續(xù)時間 T2：低電平持續(xù)時間 t U 圖 PWM 調(diào)速原理圖 根據(jù)改變占空比方法的不同， PWM 調(diào)速可分為以下三種： （ 1）定寬調(diào)頻 保持 T1不變，改變 T2，周期 T隨之改變。 （ 2）調(diào)寬調(diào)頻 保持 T2不變，改變 T1，周期 T隨之 改變。 （ 3）定頻調(diào)寬 保持周期 T不變，同時改變 T1和 T2。 前兩種發(fā)法在改變占空比的同時改變了脈沖頻率，當(dāng)控制脈沖頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時，將會引起振蕩，所以，本設(shè)計(jì)采用第三種方法來調(diào)速。 PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方式 方案一：使用定時器作為脈寬控制的定時方式，此方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只有幾個微秒。 方案二：使用軟件延時方式，此方式不如方案一精確，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。但是由于方案二不占用定時器資源，且對于直流電機(jī)，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍，因此本設(shè)計(jì)采用方案二。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖 所示，主要包括 4位鍵盤電路、電源電路、 89C51單片機(jī)芯片、直流電動機(jī)、 PWM 驅(qū)動電路、晶振電路以及復(fù)位電路七大部分。 4位鍵盤和單片機(jī)相連，主要用來控制直流電機(jī)，其中一位控制直流電機(jī)的啟動和停止；一位控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；一位可以使直流電機(jī)加速；還有一位可以使電機(jī)減速。電源主要為單片機(jī)提供電源。晶振電路是為單片機(jī)提供振蕩脈沖。復(fù)位電路是將單片機(jī)的硬件做初始化操作。而電機(jī)的加減速則需要調(diào)節(jié) PWM的占空比來調(diào)節(jié)（具體見第一章）。 圖 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本設(shè)計(jì)選用 LM629 直流電機(jī)，而單片機(jī)則采用 51系列中的 89C51 單片機(jī)。 單片機(jī) 89C51 簡介 之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過 80C51 芯片，在本設(shè)計(jì)中采用 89C51 單片機(jī)芯片。他們之間芯片各腳的定義是完全兼容的，唯一的區(qū)別是 89C51內(nèi)部集成了 4K的 FLASHROM,而 80C51 內(nèi)部是廠家做好的掩膜式 ROM,除了在燒寫 ROM 的時候方式不同，在電路中的功能是一樣的。因此在電路上沒有區(qū)別。 89C51 單片機(jī)的主要特 性： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器； 128*8 位內(nèi)部 RAM；有五個中斷源；兩個 16位定時器 /計(jì)數(shù)器和 32 位可編程輸入 /輸出線；具有時鐘電路和片內(nèi)振蕩器；有可編程的串行通道；低功耗的閑置和掉電模式。 復(fù)位 電路 89C51 單片機(jī) 4 位 鍵盤 電源 電路 PWM 驅(qū)動 電路 直 流 電動機(jī) 時鐘 電路 圖 80C51 管腳圖 L298N 電動機(jī)驅(qū)動芯片簡介 使用 L298N 可以對電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動 ,此芯片中含有兩個橋式電路，可以對兩臺電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，本設(shè)計(jì)中只需要驅(qū)動一臺電動機(jī)，所以選擇 L298N 進(jìn)行驅(qū)動是可行的方案。其管腳如圖 所示， IN IN IN IN4 為四個輸入； ENA和 ENB為兩個使能輸入； SENSA 和 SENSA為電機(jī)電流 (或叫橋驅(qū)動電流 )檢測引腳，一般不用直接接地； OUT OUT OUT OUT4 為四個輸出。 圖 L298N 管腳圖 4 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)電路 整個 89C51 單片機(jī)的系統(tǒng)電路就是將晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、鍵盤電路模塊、直流電動機(jī)的驅(qū)動電路同 89C51 單片機(jī)連接在一起，再有就是單片機(jī)的Vcc 接 +5V 電源， Vss 接地，如圖 所示。 本設(shè)計(jì)通過四個按鍵來實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制，按鍵與 P2 口相連，按下按鍵改變電平，將改變的電平通過單片機(jī)送給 和 口，在送到 L298N 的輸入端口，從而對電動機(jī)的啟停和方向進(jìn)行控制；還將其產(chǎn)生在 PWM 脈沖送到 L298N的使能端，從而對電動機(jī)的速度進(jìn)行控制。 圖 系統(tǒng)電路圖 復(fù)位電路 復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號，通過 RST（高電平有效）引腳送入單片機(jī)，進(jìn)行復(fù)位操作。該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期（即 24 個時鐘周期）以上的高電平，便可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位電路對單片機(jī)系統(tǒng)順利的工作有著至關(guān)重要的作用。它可以保證程序從指定處開始執(zhí)行，即從程序存儲器的 0000H 地址單元開始執(zhí)行程序。另外，當(dāng)程序進(jìn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于“死機(jī)”狀態(tài)時，需復(fù)位以重新啟動。復(fù)位信號的產(chǎn)生有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路 的電容充電實(shí)現(xiàn)的。通電時，電容兩端相當(dāng)于短路，于是 RET 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容進(jìn)行充電， RET端電壓慢慢降下來，降到一定程度時變成低電平，單片機(jī)開始正常工作。對干擾抵抗能力差。最簡單的上電自動復(fù)位電路。 按鍵手動復(fù)位電路是通過電阻接高電平實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，根據(jù)實(shí)際需要，一般采用兼有上電外部復(fù)位與按鍵復(fù)位的電路，這樣復(fù)位電路能輸出兩種電平的復(fù)位控制信號，以適應(yīng)外圍 I/O 接口芯片所需要的不同復(fù)位電平信號。 而在本設(shè)計(jì)中采用的是按鍵手動復(fù)位 ,如圖 所示。 圖 復(fù)位電路圖 時鐘電路 時鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)的心臟，它控制者單片機(jī)的工作節(jié)奏。單片機(jī)雖然內(nèi)部有振蕩電路，但是要形成時鐘，必須外部附加電路。微型計(jì)算機(jī)的 CPU 實(shí)質(zhì)上就是 一個復(fù)雜的同步時序電路，所有工作都是在時鐘信號控制下進(jìn)行的。每執(zhí)行一條指令， CPU 的控制器都要發(fā)出一系列特定的控制信號。 AT89C51 單片機(jī)的時鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部振蕩方式，二是外部時鐘振蕩方式。 內(nèi)部時鐘電路，在 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反相放大器，只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接定時反饋回路，振蕩器 OSC 就能自激振蕩，并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生矩形時鐘脈沖信號。定時反饋回路常由石英晶振和微調(diào)電容組成，其中石英晶振的頻率是單片機(jī)的重要性能指標(biāo)之一，時鐘頻率越高，單片機(jī)控制器的控 制節(jié)拍就越快，運(yùn)算速度也就越快。一般情況下，石英晶振的頻率選為典型值 12MHz，這樣有利于得到?jīng)]有誤差的波特率。內(nèi)部時鐘電路對外接電容 C C2 并沒有嚴(yán)格要求，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容C1 和 C2 典型值在 60～ 70pF 之間振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。選擇 30pF 左右時對應(yīng)的時鐘頻率為難 12MHz，外接陶瓷振蕩器時，電容值通常選擇為 47pF。 外部時鐘電路是利用外部振蕩信號直接作為時鐘源直接接入 XTAL1 和XTAL2。通常 XTAL2端直接接至內(nèi)部時鐘電路，輸入端 XTAL1接地。由于 XTAL2的邏輯 電平不是 TTL 的，所以建議接一個 ～ 10K? 的上拉電阻。 RST 時鐘電路則是由振蕩電路產(chǎn)生震蕩脈沖，從而得到晶振頻率的電路。 本設(shè)計(jì)中選取內(nèi)部時鐘電路， 如下圖 所示。 圖 內(nèi)部時鐘電路