【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 U：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： 8051 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前 128 個(gè)單元，其地址為 00H— 7FH。通常說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指這前 128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部 RAM。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器： 8051 芯片內(nèi)部共有 4K個(gè)單元，用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)部 ROM。 定時(shí)器： 8051 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。 中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有 5個(gè)中斷 源，即外部中斷 2個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷 2個(gè)和串行中斷 1個(gè)。 3． 8051 單片機(jī)引腳圖 7 圖 3 8051 單片機(jī)引腳圖 【 1】 8 二、 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) (一 )PWM 的基本原理 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱耍?PWM 又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖 圖 4 PWM 方波 設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va指的是電機(jī)的平均速度； Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 由上面的 公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 (二 )PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 9 圖 5 PWM 信號(hào)發(fā)生電路 【 1】 PWM 波可以由具有 PWM 輸出的單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，也可以采用 PWM專(zhuān)用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng) PWM 波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn) 生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng) PWM 波的頻率在 18KHz 左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片 4 位數(shù)值比較器 4585和一片 12 位串行計(jì)數(shù)器 4040 組成了 PWM 信號(hào)發(fā)生電路。 兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 U U3 的 A組接 12位串行 4040 計(jì)數(shù)輸出端Q2— Q9，而 U U3 的 B組接到單片機(jī)的 P1端口。只要改變 P1端口的輸出值，那么就可以使得 PWM 信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。 12 位串行計(jì)數(shù)器 4040 的計(jì)數(shù)輸入端 CLK 接到單片機(jī) C51 晶振的振蕩輸出XTAL2。計(jì)數(shù)器 4040 每來(lái) 8 個(gè)脈沖， 其輸出 Q2— Q9 加 1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī) P1端口輸出值 X時(shí)，圖中 U2的（ AB）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī) P1 端口輸出值 X時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加， Q2— Q9 由全“ 1”變?yōu)槿?0”時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在 U2的（ AB）端得到了 PWM 的信號(hào)，它的占空比為（ 255 X / 255） *100%，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變 PWM 信號(hào)的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出 X的值 ，而 PWM信號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí) P1 端口輸出全為“ 1”，使用數(shù)值比較器 4585的 B 組與 P1端口相連，升速時(shí) P0 端口輸出 X 按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。 (三 )PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 1．?dāng)?shù)據(jù)比較器 具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有 74LS6828， 74LS6838 等 8 位數(shù)值比較器， 4 位數(shù)值比較器 4585 等。本 PWM 發(fā)生電路通過(guò)兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 就可實(shí)現(xiàn) PWM信號(hào)的產(chǎn)生，因此選用 4585 作為信號(hào)發(fā)生電路 。芯片 4585 的引腳圖： 10 圖 6 4585 引腳圖 【 1】 2．串行計(jì)數(shù)器 系統(tǒng) PWM 信號(hào)發(fā)生電路中還使用到一片串行計(jì)數(shù)器，有串行計(jì)數(shù)功能的芯片有402 4040 等，它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但 4024 是 7位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，而芯片 4040 是一個(gè) 12 位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng) CR 為高電平時(shí)，它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間沒(méi)有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖。本系統(tǒng)使用 4040 作為串行計(jì)數(shù) 器，芯片 4040的引腳圖如圖 圖 7 4040 引腳圖 【 1】 11 三、功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) (一 )芯片 IR2110 性能及特點(diǎn) IR2110 是美國(guó)國(guó)際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無(wú)閂鎖CMOS 技術(shù)，于 1990 年前后開(kāi)發(fā)并且投放市場(chǎng)的， IR2110 是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFET或 IGBT 所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相 低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到 600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有快速完整的保護(hù)功能。與此同時(shí)， IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。 (二 ) IR2110 的引腳圖以及功能 IR2110將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動(dòng)電路中使用最多的驅(qū)動(dòng)芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，芯片引腳圖如下所示： 圖 8 IR2110 引腳圖 【 1】 四、主電路設(shè)計(jì) 12 (一 )延時(shí)保護(hù)電路 利用 IR2110 芯片的完善設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)保護(hù)電路。 IR2110 使它自身可對(duì)輸入的兩個(gè)通道信號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率 MOS 器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率 MOS器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。 (二 )主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個(gè)電路中， Q Q4 或者 Q Q3 是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙 PWM 信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。