【文章內(nèi)容簡介】 高，工作電流大，灌電流最大可達(dá)到 500mA，輸入電阻 ，高耐壓和大電流，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電 流并行運(yùn)行，但在設(shè)計(jì)時(shí)不要超過每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的電流的限制。 2 ) IRF740NMOS 芯片 IRF740 屬于 NMOS 開關(guān)芯片，漏極電流最 小 200MA， 漏極電流最大 10A， 柵源電壓最大可承受 25V，額定功耗 25W， 而 TO220 封裝的 IRF740 功耗達(dá) 50W左右，滿足大部分小型直流電機(jī)的工作需求 ，其開關(guān)頻率達(dá)到 10KHz，而大部分電液比例閥的參數(shù)在 7 KHz 左右，所以符合大部分電液比例閥的參數(shù) 。 經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)散熱較差，所以應(yīng)用時(shí)應(yīng)加散熱片，但本次設(shè)計(jì)是電液比例閥，散熱小，所以可以忽略。 經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn) STC89C52 單片機(jī)并不能推動(dòng) UNL2803 驅(qū)動(dòng) 電液比例閥 ，并且 STC89C52 并不支持推挽輸出，所以嘗試使用上拉電阻提高驅(qū)動(dòng)能力，然而 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 效果并不理想 ，測試電流達(dá)不到 UNL2803 最低工作電流 。最終決定使用 IRF740驅(qū)動(dòng)電路 ，其電路簡單，方便使用，功耗大， 漏極電流最大 10A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 500mA，并且驅(qū)動(dòng)電流比 UNL2803 大很多，經(jīng)測試 單片機(jī)完全能驅(qū)動(dòng)其工作 ，并且電流大于 500mA。 最終選擇 IRF740 驅(qū)動(dòng)電路。 IRF740 驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。 G D SIRF740 GNDDIAN YE FASW+5V 圖 IRF740驅(qū)動(dòng)電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換電路有兩種方案 1 ) 采用混合式電路 在使用 ADC0809 作為 A/D 轉(zhuǎn)換模塊時(shí)，由于輸入模擬信號為 10V~10V，而ADC0809 輸入的模擬信號為 0~5V 信號，所以不滿足要求，這樣的話可以使用模擬電路把 10V~10V 電壓轉(zhuǎn)換成 0~5V 電壓信號再用 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。首先需要將 10V~10V 電壓信號電阻分壓，輸出為 ~ 電壓，在采用加法器和 電壓相加，這樣得到的電壓為 0~5V 電壓信號，但這樣做會(huì)使用雙電源電路，而且需要一個(gè) 并不常見電壓信號，制作這樣一個(gè)電 壓信號非常繁瑣，在運(yùn)放上也需要調(diào)試和選型，要考慮阻抗匹配以及精確度是否符合要求，工作量也是提高了。而且在使用 ADC0809 時(shí)需要 74HC573 鎖存器來提高單片機(jī)的輸出電流，調(diào)試更加復(fù)雜，但從經(jīng)濟(jì)角度來說混合式電路成本卻小很多。 2 ) 高精度 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 經(jīng)查閱資料和書籍發(fā)現(xiàn)有很多 A/D 轉(zhuǎn)芯片支持雙極性輸入，從技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)成本考慮可以使 用 AD574A 芯片做 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 AD574A 是一種高性能的12 位逐次逼進(jìn)式 A/D 轉(zhuǎn)換器，它同 ADC0809 一樣是常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 25 微妙 ，線性誤差為 177。1/2LSB，內(nèi)部有時(shí)鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采 用 28 腳雙立直插式封裝。信號輸入 可以單極性也可以 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 雙極性的 ，完全能接收 10V~10V 電壓信號，并且其轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，這樣再設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)可以不使用采樣保持電路。由于轉(zhuǎn)換精度要求為 1%即可，AD574A 芯片轉(zhuǎn)換精度完全滿足要求，而且只需使用其 8 位進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換即可。 綜上所述，混合式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，用件更多，更易出現(xiàn)硬件和調(diào)試問題，而且混合式模數(shù)轉(zhuǎn)換電路在耗電量上明顯會(huì)高于只采用 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，不利于電源 的長期工作。在使用 AD574A 轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換精度為 1%，所以只需 8 位進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換即可，這樣不需要 74HC573 鎖存芯片進(jìn)行分時(shí)輸出，程序可大大簡化。所以使用 A/D 574A 轉(zhuǎn)換芯片。 A/D 轉(zhuǎn)換 電路如圖 所示。 DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11CESTS12/8CSA0R/CBIP OFFREF INREF OUT10VIN20VINAGNDV+VU11AD574AC0C1C2C3C4C5C6C7+12V12VGNDGND10V~10V 輸入5V~5V 輸入1K1K 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 CAN 總線模塊的設(shè)計(jì) STC89C52 將 A/D 采集的 數(shù)據(jù)運(yùn)算處理之后，還要將數(shù)據(jù)通過 CAN 總線通信接口以符合 CAN 協(xié)議的數(shù)據(jù)形式發(fā)送到總線上供上位機(jī)處理。要完成這一功能所以必須得對 CAN 總線 模塊 進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括 CAN 控制器、 CAN 總線的光電隔離及對 CAN 收 發(fā)器設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)中 CAN 總線控制器芯片采用 SJA1000 芯片， SJA1000CAN 通信控制器 是 Philips 公司推出的 一種 CAN 總線控制器芯片 ，它實(shí)現(xiàn)了 CAN 總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。 SJA1000CAN 總線控制器芯片 是 PCA 82C200 的替代產(chǎn) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 9 品。 PCA 82C200 支持 CAN 協(xié)議，可完成基本的 CAN 模式通信，而SJA1000CAN 總線控制器芯片 支持 CAN 協(xié)議，并且 有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng) ，并且在引腳、電氣特性、軟件與 PCA 82C200 兼容，同時(shí)支持 11 位和 29 位標(biāo)示符，具有 64 字節(jié)的 FIFO 擴(kuò)展接收緩沖器，支持多種微處理器接口。 SJA1000 總線控制芯片 在目前市場上是體積最小、最易于使用也是最節(jié)約成本的獨(dú)立 CAN 控制器。 SJA1000 是一種 支持 CAN 協(xié)議 的 CAN 控制器，并能夠發(fā)送的接收標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的信息幀，同時(shí)具有接收濾波和信息管理的功能。 SJA1000 可 通過 傳輸 接口與 STC89C52 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1Mb/s， STC89C52可通過 SJA1000 與 CAN 總線上的其它 設(shè)備通訊。 SJA1000 總線控制器芯片內(nèi)含三個(gè)發(fā)送緩沖器、二個(gè)接收緩沖器。同時(shí)還具有靈活的中斷管理能力，這些特點(diǎn)使得 微處理器 對 CAN 總線的操作變得非常簡便。 SJA1000 總線控制芯片如圖 所示 AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CSALERDWRINTCLKOUTRSTXTAL1XTAL2VDD1VDD2VDD3VSS1VSS2VSS3MODERX1RX0TX1TX0U9SJA1000D0D1D2D3D4D5D6D7X3X4RESALE 圖 SJA1000總線控制芯片 在設(shè)計(jì) CAN 總線模塊時(shí)，為增強(qiáng) CAN 總線控制器接收和發(fā)送信號的抗干擾能力，需要對 CAN 總線進(jìn)行光電隔離設(shè)計(jì)。 由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電 信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。因此 ，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比 ，光耦隔離器 輸入端屬于電流型工 作的低阻元件，因而 又 具有很強(qiáng)的共模抑制能力 。在信號單向傳輸過程中，光耦隔離器的輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定且 無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高 等特點(diǎn)，所以，光耦隔離器廣泛應(yīng)用于抗干擾電路設(shè)計(jì)。 經(jīng)查閱資料后選擇 6N137 光耦隔離芯片， 6N137 光耦合器是一款用于單通道 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 10 的高速光耦合器， 其內(nèi)部有一個(gè) 850 nm波長 LED 和一個(gè)集成檢測器組成，其檢測器由一個(gè)光敏二極管、高增益線性運(yùn)放及一個(gè)肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出 隔離， LSTTL/TTL 兼容 ，5mA 的極小輸入電流。 其價(jià)格便宜，在光耦隔離電路應(yīng)用廣泛，因此，此次光耦隔離電路選用 6N137 芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。 6N137 光耦隔離芯片如圖 所示 IN+INVDDVEV0GNDA6N137 圖 6N137光耦隔離芯片 CAN 總線模塊在接收信號時(shí)需要 CAN 收發(fā)器 。 CAN 收發(fā)器是一個(gè)物理層的器件，它是 CAN 總線控制器和物理總線之間的接口，器件可以提供對總線的差動(dòng)發(fā)送能力和差動(dòng)接收能力。 本設(shè)計(jì)總線收發(fā)器選用 PCA82C50，其與 ISO/DIS 11891 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，最高速可達(dá) 1Mbps， PCA82C50 具有 很強(qiáng) 的抗瞬間干擾和保護(hù)總線的能力，降低射頻干擾（ RFIRadio Frequency Interference）的斜率控制，熱防護(hù)，可防護(hù)電池與地之間發(fā)生短路， 它還 存在低電流備用模式，并且某一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電不會(huì)影響總線。PCA82C250 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對總線提供差動(dòng)發(fā)送能力并對 CAN 控制器提供差動(dòng)接收能力。 它有更高的擊穿電壓，因此可以在電源電壓范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)低至 45 歐姆 的總線負(fù)載。而且 PCA82C250 在隱性狀態(tài)下的拉電流 比一般 CAN 總線收發(fā)器更小 ，在掉電情況下的總線輸出特性有一定的改善。 PCA82C250 是 目前國內(nèi) 使用最廣泛的 CAN 收發(fā)器，并且其與 SJA1000 CAN通信控制器組成的 CAN 總線模塊應(yīng)用成熟，所以選用 PCA82C250 CAN 總線收發(fā)器。 PCA82C250 CAN 總線收發(fā)器如圖 所示。 TXDRXDCANHCANLBPCA 82C250 圖 PCA82C250 CAN總線收發(fā)器芯片 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 11 CAN 總線模塊包括 CAN 控制器、 CAN 總線的光電隔離 及 CAN 收發(fā)器 。其總體電路如圖 所示。 AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7CSALERDWRINTCLKOUTRSTXTAL1XTAL2VDD1VDD2VDD3VSS1VSS2VSS3MODERX1RX0TX1TX0U9SJA1000D0D1D2D3D4D5D6D712Y2XTAL30pFC1130pFC9GNDX3X4X3X4RESALE+5VGNDIN+INVDDVEV0GNDA16N137IN+INVDDVEV0GNDA26N137470K470K+5V+5VTX0RX0GNDTXDRXDCANHCANLB1PCA 82C250TX0RX0CAN 總線 圖 CAN總線電路圖 總體電路圖 總體電路圖見附錄 I 所示。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 12 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 總體方案 首先上電之后， A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行測 量當(dāng)前模擬量輸入信號大小并傳送給STC89C52 單片機(jī)，同時(shí) CAN 總線接收控制信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號和CAN 總線接收的控制信號進(jìn)行比較是否一致，一致的情況直接返回，不一致通過PID 控制輸出控制信號使當(dāng)前輸出電壓和控制要求的電壓信號一致，并周期的刷新從 A/D 轉(zhuǎn)換電路傳送回來的數(shù)據(jù)，通過不斷比較調(diào)整輸出，利用 口編程輸出 PWM 脈沖信號，直接作用于驅(qū)動(dòng)芯片，最終實(shí)現(xiàn)輸出和控制信號一致。其整體流程圖如圖 所示。 圖 整體流程圖 Y 開始 CAN 總線接收控制信號 當(dāng)前值和控制信號一致？ PID 閉環(huán)控制 輸出 PWM 脈沖 A/D 轉(zhuǎn)換當(dāng)前電壓值 N 增加或減小當(dāng)前輸出值 CAN 總線發(fā)送輸出信號 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 13 脈沖寬度調(diào)制器（ PWM）通道，此通道可有編程決定寬度和間隔的脈沖。脈沖的間隔周期是一個(gè)中斷時(shí)間，即一個(gè)中斷時(shí)間的 PWM 是內(nèi)層的，通過控制中斷次數(shù)即可設(shè)定外層 PWM 周期。由于產(chǎn)生的 PWM 信號不能直接驅(qū)動(dòng)電液比例閥，這就需要設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)電路，可間接的驅(qū)動(dòng)電液比例閥，使其能夠正常的運(yùn)行。具體程序我們通過 KeilC 編程。 PWM 控制實(shí)現(xiàn)