【導(dǎo)讀】⒈實現(xiàn)單片機對電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的控制，即永磁無刷直流電動機轉(zhuǎn)速的控制；⒉要求使用脈寬調(diào)速系統(tǒng)；⒊單片機選用芯片要合適；⒋要求有系統(tǒng)電路圖、原理圖、程序圖等。情況，并能將多余的電能回饋。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、電路原理、控制策略、實現(xiàn)方法。詳細討論了系統(tǒng)的各種工況及信號的傳遞情況，并。得到了系統(tǒng)各個部分在不同工況的工作狀態(tài)。根據(jù)永磁無刷直流電動機的特性實施脈寬PWM控制，

　　

【正文】 方向的振動或抖動量很不敏感。這正是測量轉(zhuǎn)速所需要的。工作時 ， 傳感器產(chǎn)生的電信號首先通過 EMI 濾波器濾除高頻電磁干擾 ， 然后經(jīng)過前置放大器 ， 再利用施密特觸發(fā)器進行整形以獲得控制信號 UK， 并將其加到開關(guān)控制式電流源的控 制端。 KMI151 的輸出電流信號 ICC 是由兩個電流疊加而成的 ， 一個是由恒流源提供的 7ｍ A恒定電流 IH， 另一個是由開關(guān)控制式電流源輸出的可變電流 IK。它們之間的關(guān)系式為： ICC＝ IH＋ IK 當(dāng)控制信號 UK＝ 0（低電平）時 ， 該電流源關(guān)斷 ， IK＝ 0， ICC＝ IH＝ 7mA。當(dāng) UK＝ 1（高電平）時 ， 電流源被接通 ， IK＝ 7mA， 從而使得 ICC＝ 14mA。圖 給出了從U端輸出的方波電流信號的波形 ， 其高電平持續(xù)時間為 T1， 周期為 T。輸出波 形的占空比 D＝ t1/t＝ 50％177。 20％。上升時間和降時間分別僅為 。 23 圖 U輸出的方波電流信號的波形 KMI151芯片中的電壓控制器實際上是一個并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器 ， 可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓 UC。而電阻 R穩(wěn)壓管 VDZ 和晶體管 VT1 則可構(gòu)成取樣電路 ，其中 VT1 接成射極跟隨器。 A2 為誤差放大器 ， VT2 為并聯(lián)式調(diào)整管。這樣 ， 1H 在經(jīng)過 R R2 分壓后可給 A2 提供基準(zhǔn)電壓 UREF， 從而在 UCC 發(fā)生變化時 ， 由 A2對取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進行比較后產(chǎn)生誤差電壓 Ur， 同時通過改變 VT2上的電流來使 UC保持不變。 KMI151的應(yīng)用 安裝方法 KMI151應(yīng)當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)動齒輪的旁邊。若被測轉(zhuǎn)動工件上沒有齒輪 ， 亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個小孔 ， 套上螺扣 ， 再擰上一個螺桿并用彈簧墊圈壓緊 ， 以防止受震動后松動 ， 并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號。 圖 KMI151的典型應(yīng)用電路 KMI151 型集成轉(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖 (a)所示。工作時 ， 轉(zhuǎn)速傳感 器輸出方波電流信號 ， 從而在負載電阻ＲＬ與負載電容 CL 上形成電壓頻率信號UO(f)， 并送至二次儀表。通常取 RL＝ 115Ω、 CL＝ 。需要指出： KMI151 輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動頻率ｆ（單位是 Hz， 即次 /S）信號 ， 欲得到轉(zhuǎn)速 n（ r/min） ， 還應(yīng)將ｆ除以齒輪上的齒數(shù) N， 并將時間單位改成分鐘 ， 公式如下： n＝ 60f／ N 24 圖 (b)所示電路是由二極 VD、穩(wěn)壓管 VDZ 和電 C1構(gòu)成的靜電放電 (ESD)保 護 電路 ， 該電路可吸收 2KV的 ESD 電壓 ， 因而可對芯片起到保護作用。 此外 ， 還需注意 ， 在存放 KMI15 系列產(chǎn)品時 ， 不要將多個芯片放在一起以防磁化。 譯碼器 串行移位譯碼器 74LS164 內(nèi)部功 能圖 見圖 所示 ， 其邏輯符合表如表 ： HGFEDCBA IUPUTSCLOCKCLEARBAC1C1C1C1C1C1C1C1OUTPU TOUTPU TOUTPU TOUTPU TOUTPU TOUTPU TOUTPU TSRRSRRSRRSRRSRRSRRSRROUTPU TSRR 圖 74LS164 內(nèi)部功能圖 表 74LS164 邏輯符合表 INPUTS OUTPUTS CLEAR CLOCK A B QA QB…… QH L H H H H X L ↑ ↑ ↑ X X X X H H L X X L L L L QA0 QB0…… QH0 H QAn…… QGn L QAn…… QGn L QAn…… QGn 74LS164 為串行移位譯碼器 ， 它主要 由時鐘線控制 ， 時鐘線每來一個上升弦 ， 數(shù)據(jù)線將把一位數(shù)移進去 ， 移八次就進一個字節(jié) ， 同時在數(shù)碼管顯示出來。 譯碼器是實現(xiàn)組合邏輯的功能部件。它的輸入是二進制的代碼 ， 輸出是一組高低電平信號 ， 每輸入一組不同的代碼 ， 只有一個輸出端呈現(xiàn)有效信號。 74LS245 芯片是一個八位的總線收發(fā)器 ， 其輸入 \輸出引腳分成兩組 ， 其工作原理如下： 允許 E 方向控制 DIR 操作 低電平 低電平 B 數(shù)據(jù)線到 A 數(shù)據(jù)線 低電平 高電平 A 數(shù)據(jù)線到 B 數(shù)據(jù)線 高電平 懸空 隔離 25 5 程序設(shè)計 調(diào)速系統(tǒng)程序主要由主程序、 INT0 中斷服務(wù)程序、子程序等組成；主程序控制整個調(diào)速系統(tǒng)； INT0 中斷服務(wù)程序控制 系統(tǒng) 中的中斷；子程序包括延時子程序和PWM 子程序 ， 延時子程序具有定時功能 ， PWM 子程序 用于控制馬達轉(zhuǎn)速。 主程序框圖 圖 主程序框圖 在執(zhí)行主程序時 ， 首先要將棧針初始化分配顯示緩沖 ， 然后設(shè)置中斷開 CPU 中開始 棧針初始化分配顯示緩沖 設(shè)置中斷開 CPU中斷允許 INT0 掃描鍵盤 按下 未按下 掃 描 掃描 IN7 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 調(diào)用調(diào)寬子程序 調(diào)用顯示程序 返 回 26 斷允許 INT0， 接著掃描鍵盤 ， 若按下則掃描 IN7 接著啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 調(diào)用顯示子程序 ；若未按下則需要掃描后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 接著調(diào)用調(diào)寬子程序并循環(huán)直至返回。主程序框圖如圖 所示 : INT0 中斷服務(wù)程序 在執(zhí)行 INT0 中斷服務(wù)程序時 ， 首先要保護現(xiàn) ， 場 然后讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果并將其送至顯示緩沖區(qū) ， 接著啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 ， 最后回復(fù)現(xiàn)場后返回。 INT0 中斷服務(wù)程序 框圖如圖 所示： 圖 INT0 中斷服務(wù)程序框圖 保護現(xiàn)場 讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 送至顯示緩沖區(qū) 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 27 子程序 設(shè)計 延時子程序：定時功能 PWM 子程序：用于 控制馬達轉(zhuǎn)速。 80C51 芯片沒有 PWM 輸出功能 ， 需要通過程序來實現(xiàn)。為了在輸出 PWM 波時 ， 單片機仍能執(zhí)行其它程序 ， 可以利用單片機內(nèi)部的定時器溢出中斷來實現(xiàn)。占空比占用一個字節(jié)的 PAM， 占空比 D=N/256。（脈寬調(diào)速是使用單片機內(nèi)部中斷產(chǎn)生周期約為 8ms 的方波 ， 通過改變高電平的寬度來進行改變電動機的轉(zhuǎn)速） 利用單片機輸出 PWM 信號。實現(xiàn)了從 0%— 100%線性可調(diào)。 源碼如下： 單片機串口通信 +PWM 輸出程序； 在 輸出調(diào)寬信號； 定時器 0 在工作方式 3， TL0 為調(diào)寬值 ， TH0 為脈沖頻率； 定義： TH0=30H ， TL0=31H。 TH0DAT EQU 30H 。脈沖頻率 TL0DAT EQU 31H 。脈沖寬度 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP PWMTUN 。調(diào)寬子程序 ORG 001BH AJMP PWM 。脈頻率子程序 START: CLR MOV TCON,00H MOV TMOD,03H 。T0 工作方式 3 定時 MOV TH0,56 。200um頻率為 50KHZ MOV TL0,186 。70us 脈沖寬度為 35%用示波儀實測相和 SETB TR1 28 SETB TR0 SETB ET0 SETB ET1 SETB EA AJMP MAIN1 ...... PWM 子程序 定時值通過串口接收 ， 在 輸出調(diào)寬信號 定時器 0 工作在方式 3， TL0 為調(diào)寬值 ， TH0 為脈沖頻率 定義： TH0=30H, TL0=31H 程序入口 PWM 輸入： TH0DAT、 TH0DAT PWM: TH0 使用 T1 的中斷標(biāo)志。本段為脈沖頻率 MOV TCON,00H CLR ET0 。暫停中斷以防干擾 SETB MOV TMOD,03H MOV TH0,56 。12MHZ 晶振時 PWM 為 50KHZ,脈寬 35% MOV TL0,186 。 SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA RETI PWMTUN CLR CLR TF0 。脈寬結(jié)束 ， 輸出低電平 CLR TR0 。同時關(guān) TL0 中斷 RETI 29 結(jié) 論 全球經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展使人們迫切希望尋求到一種既代替人力又低排放和有效利用資源的交通工具 ， 電動車在能源、環(huán)境發(fā)面有其獨特的優(yōu)越性和競爭力。在系統(tǒng)的設(shè)計中 ， 為了減少走彎路和節(jié)約時間 ， 應(yīng)充分考慮抗干擾性能的要求 ， 避免在設(shè)計完成以后再去進行抗干擾的補救措施。因此 ， 設(shè)計時從抑制干擾源 ， 切斷干擾傳播路徑 ， 提高敏感器件的抗干擾性 能等方面采取各種措施來提高系統(tǒng)性能。在抗干擾設(shè)計中 ， 軟件抗干擾是 被動措施 ， 而硬件抗干擾是主動措施 ， 只要認真分析系統(tǒng)所處環(huán)境的干擾來源以及傳播途徑 ， 采用兩者相結(jié)合的方法 ， 就能保證系統(tǒng)長期 穩(wěn)定可靠地運行。 30 致 謝 本課題在選題及研究過程中得到任艷艷 老師的悉心指導(dǎo)。 任 老師多次詢問研究進程 ， 并為我指點迷津 ， 幫助我開拓研究思路 ， 精心點撥、熱忱鼓勵。郭老師一絲不茍的作風(fēng) ， 嚴謹求實的態(tài)度 ， 踏踏實實的精神 ， 不僅授我以文 ， 而且教我做人 ， 雖歷時三載 ， 卻給以終生受益無窮之道。對郭老師的感激之情是無法用言語表達的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計 ， 使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程 ， 以及在常用編程設(shè)計思路技巧的掌握方面都能向前邁了 一大步 ， 為日后成 為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。我在指導(dǎo)老師任 老師的精心指導(dǎo)和嚴格要求下 ， 獲得了豐富的理論知識 ，極大地提高了實踐能力 ， 并對當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解 ，這對我今后進一步學(xué)習(xí)單片機方面的知識有極大的幫助。在此 ， 我忠心感謝 任艷艷 老師的 指導(dǎo)和支持。在未來的工作和學(xué)習(xí)中 ， 我將以更好的成績來回報老師。 在此 ， 我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)生生活的機電系全體老師和同門 ， 正是由于你們的幫助和支持 ， 我才能克服一個一個的困難和疑惑 ， 直至本文的順利完成。 在論文即將完成之際 ， 我的心情無法平靜 ， 從開始進入課 題到論文的順利完成 ，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助 ， 在這里請接受我誠摯的謝意 !最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母 ， 謝謝你們 ! 31 參考文獻 [1] 李傳軍 編著《單片機原理及 應(yīng)用 》 河南技術(shù)出版社 . 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