【正文】 首先在程序開始初始化的時候?qū)? 清 0，調(diào)用 PWM 信號產(chǎn)生程序時，先將 置 1，然后經(jīng)定時程序延時一段時間后再將 清。 PWM 信號發(fā)生程序設(shè)計 PWM 信號就是脈沖寬度信號，一定時間的高電平和一定時間的低電平的循環(huán)即可形成 PWM 信號。 功能模塊設(shè)計 本軟件主要采用查詢的方法來實現(xiàn) .雖然中斷的方法要比查詢具有實時性并節(jié)約時間，但是基于本系統(tǒng)的要求，因為如果采用有人進入 INT0 中斷服務(wù)程序的話，服服務(wù)程序很不容易判斷自動門究竟出于哪一部分，要用哪種速度開門。 本程序的設(shè)計主要由 PWM 信號發(fā)生程序、轉(zhuǎn)速測量模塊程序和檢測開關(guān)程序組成。 由圖 37 可知， TW 等于 UI2 從 0 上升到 VTH所對應(yīng)的時間。 接下來， C 放電，放電回路為： UI2→V DD→U O1→ C→U I2 ，放電使 UI2下降 ，當 UI2下降 到等于 VDD時（此時， C 兩端均為 VDD， C 中無電荷），電路穩(wěn)定，保證 UO=0。當 UI2上升 到等于 G2門的閾值電平 VTH時， UO2突跳為 0，電路返回到自然穩(wěn)態(tài)： UO=0。故有暫態(tài)： UO=1。 C 中無電荷，是穩(wěn)態(tài)的標志。故有自然穩(wěn)態(tài)： UO=0。 圖 37 微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 當觸發(fā)脈沖 V1 加到輸入端時，在 Rd 和 Cd 組成的微分電路輸出端得到很窄的正、負脈沖 Vd。根據(jù)RC 電路的不同接法 (即接成微分電路形式或積分電路形式 )又把單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為微分型和積分型兩種。 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 這些 特性可以實現(xiàn)脈沖整形 、 脈沖定時 、延時 等功能。 ，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到一個暫穩(wěn)態(tài)。形成一個窄的脈沖信號。當光信號照射其天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 22 基極 (受光城口 )時， 光敏三極管將導(dǎo)通，從發(fā)射極或集電極輸出放大后的電信號。 光敏三極管是具有放大能力的光 電轉(zhuǎn)換三極管，廣泛應(yīng)用于各種光控電路中。管壓降約 ，工作電流一般小于 20mA。從而測得電機的轉(zhuǎn)速。有紅外發(fā)光二極管從圓盤一側(cè)照射到 小孔上，紅外光透過小孔照射到圓盤那一側(cè)的光敏三極管上，于是光敏二極管發(fā)出脈沖。限位開關(guān)的安裝方法如下圖 35 所示。相反輸出低電平。 限位開關(guān)分別設(shè)置在開門極限位置、關(guān)門極限位置、和一半處的位置。這樣不論是有人進門或有人出門，都會有低電平信號輸入 INT0 端口，從而使單片機得到有人的信息，并調(diào)用相應(yīng)程序執(zhí)行相應(yīng)的開門動作。接收管的光線被阻擋時輸山高電平信號。 本設(shè)計在自 動門的門內(nèi)門外一定高度處各設(shè)置一個對射探測器。其中發(fā)射器發(fā)射出一定波長的紅外線，當然人眼是看不到的但可以通過特定的裝置檢測到，也可以成像。其中以對射紅外探測器的應(yīng)用最為廣泛，因為它易安裝、價格低、上市早，被廣大的消費者所接受。下面 介紹 一下具體實現(xiàn)方法及原理。 圖 34 單片機控制受限單極性可逆 PWM 系統(tǒng)原理圖 檢測模塊 檢測有無人進出采用對射 主動紅外探測器。第 3 路經(jīng)非門 Fl連接到與門 Y2 的輸入端，使與門 Y2 輸 出 為 0，這樣使 開 關(guān)管 Q4 截止。 當單片機要求正轉(zhuǎn)時，單片機 輸出高電平信號，該信號分成 3 路：第 1路接與門 Yl 的輸入端，使與門 Yl 的輸出由 PWM 決定 ，所以開關(guān)管 vl 柵極受PWM 控制。圖中單片機將 PWM 定向到 引腳，另外通過 引腳發(fā)出轉(zhuǎn)向控制信號，規(guī)定其中高電平代表正轉(zhuǎn)，低電平代表反轉(zhuǎn)。 (a) 正轉(zhuǎn) （ b） 輕載 圖 33 受限單極可逆 PWM 電流波形 首先單極性驅(qū)動方式在輕載時會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，這是這 種 方式不利的一面，可以通過提高開關(guān)頻率或改進電路設(shè)計來克服； 但是由于能夠避免開關(guān)管直通，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，所以得以普遍使用。在反電動勢的作用下，電流產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，但是由于 V2 處十截止狀態(tài)，使耗能制動電流通路受到限制，所謂“受限”因此而得名。占空比比仍可按式 31 計算。在每個 PWM 周期的 tlt2 區(qū)間， Q1 截止，電流在自感電動勢的作天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 19 用下，經(jīng) Q2 和 D4 型重新流回路，如圖 31 的虛線 2 所示，電動機繼續(xù)工作在電動狀態(tài)。 在要求電動機反轉(zhuǎn)時，開關(guān)管 Q1 受 PWM 控制信號的控制，開關(guān)管 V2 施加高電平使其常開；開關(guān)管 Q Q2 施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂? 圖 32 受限單極可逆 PWM 驅(qū)動系統(tǒng) 電機止轉(zhuǎn)時，開關(guān)管 Ql 受 PWM 控制 信號的 控制，開 關(guān)管 Q2 施加高電半使其常開； 開關(guān)管 Q Q4 施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂?H 型又可以分為多種控制方式，此設(shè)計采用受限單極性驅(qū)動方式和受限倍頻單極性驅(qū)動方式。 單極性驅(qū)動方式是指住一個 PWM 周期內(nèi)，電動機的電樞制成收單極性的電壓。 直流電動機 的 PWM 驅(qū)動又分為可逆與不可逆、雙極性與單極性之分。 單片機的 PWM 口：新一代的單片機增加了許多功能，其中包括 PWM 功能。 專用 PWM 集成電路：從 PWM 控制投術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的 PWM 集成電路芯片，這些芯片除了有 PWM 信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護功能等。這種方法要占用 CPU 大量的時間，使單片機無法進行其他的工作，因此現(xiàn)在用得也較少了?，F(xiàn)在已被淘汰了。 PWM 控制信號的產(chǎn)生方法有四種 ： 分立電子元件組成的 PWM 信號發(fā)生器：這種方法是用分立的邏輯電子元件組成 PWM 信號電路。 前兩種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時將會引于控制脈沖的 頻 率 ，且考慮到程序設(shè)計的方便性問題，仍是用的第二種方法。 調(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持 t2 不變，只改變 tl，這樣使周期 T(或頻率 )也隨之改變。 在 PWM 調(diào)速時，占空比 a 是一個重要參數(shù)。 a 的變化范同為 0≤ a≤ 1。這樣，直流電動機電樞繞組兩端的電壓平均值 U0 為： U0=(tlUs+0） /（ t1+t2） =t1Us/T= a Us (32) 式中， a 為占空比， a=tl／ T。當開關(guān)管截止時電機 電樞兩端的電壓為 0。 當開關(guān)管導(dǎo)通時，電機兩端響電壓 Us。 絕大多數(shù)直流電機采用開關(guān)驅(qū)動方式。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都是用電樞控制法。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供了契機。 近年來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。長期以來直流電機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。此次設(shè)計我采用的方法是由功率場效 應(yīng) 管來組成驅(qū)動電路。本設(shè)就是由單片機控制產(chǎn)生PWM 信號，通過 H 橋驅(qū)動直流電機。無論被控制量的大小如何，都可以保證足夠的控制精度。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。 可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制 微處理器有更強的邏輯功能，運算速度快、精度高、有大容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制，如優(yōu)化控制等。 直流電機驅(qū)動模塊 微處理器取代模擬電路作為電動機控制器有如下特點： 使電 路更簡單 模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路復(fù)雜。 定時器定時時間和計數(shù)初值之間的關(guān)系： 定時時間 = (滿計數(shù)值 ? 計數(shù) 初值 ) ? 機器周期 機器周期 = 12 / fosc 滿計數(shù)值： 16 位計數(shù)： 216 = 65536 8 位計數(shù)： 28 = 256 天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 16 定時 /計數(shù)器編程操作步驟： 確定工作模式：編程 TMOD； 計算定時器計數(shù)初值，并裝載到 THx 和 TLx 中，或 THx 和 TLx 清零； 在中斷方式工作時，開 CPU 中斷和源中斷：編程 IE。 0—T/C 的啟停僅受 TR0 或 TR1 的控制； 1—T/C 的啟停受到雙重控制，即 TR0 和 或 TR1 和 同時為 1 才能啟動 T/C0 或 TC1。 0—定時器； 1—計數(shù)器。 表 34 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T— M1 M0 GATE C/T— M1 M0 T/C1 T/C0 其中高 4 位對應(yīng)于 T/C1，低 4 位對應(yīng)于 T/C0。 TCON 上電復(fù)位時清 零。 TF0、 TF1： T/C0、 T/C1 計數(shù)溢出中斷請求標志位。 表 33 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF0 TR0 TF1 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 TR0、 TR1： T/C0、 T/C1 啟動控制位，需軟件控制。 和 T/C 有關(guān)的特殊功能寄存器有 TH0、 TL0、 TH TL TCON 和 TMOD，其中 TH0 和 TL0 為 T/C0 的計數(shù)寄存器， TH1 和 TL1 為 T/C1 的計數(shù)寄存器。因計算機識別輸入信號的負跳變需兩個機器周期，所以可計數(shù)外部脈沖的最高頻率為 fosc / 24。 當 T/C 以計數(shù)器 方式工作時，計數(shù)脈沖來自外部輸入管腳 T0 () 或 T1 () ，當外部脈沖信號負跳變時計數(shù)值加 1。如晶振頻率為 12MHz 時，計數(shù)頻率為 1MHz，每隔 1181。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則是定時器；若是對外部輸入的脈沖信號計數(shù)，則是計數(shù)器。 與中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有以下幾個： TCON：涉及 的 位標志 IE0、 TF0、 IE TF1 IE：設(shè)及 的 位標志 EX0、 ET0、 EX ET ES IP：涉及 的 位標志 PX0、 PT0、 PX PT PS SCON：涉及 的 位標志 RI、 TI 定時器 /計數(shù)器是單片機的一個重要功能部件，可用來實現(xiàn)定時、計數(shù)、頻率測量、脈沖寬度測量、產(chǎn)生信號、信號檢測等。 各中斷源的硬件優(yōu)先級以及中斷服務(wù)程序入口地址如表 7 所示。 串行通信控制寄存器 SCON SCON 中與串行通信中斷有關(guān)的位是 和 。 TR0、 TR1： T/C0、 T/C1 啟動標志位。 TF0、 TF1： T/C0、 T/C1 計數(shù)溢出中斷請求標志位。 IE0、 IE1：外部中斷 0、 1 請求標志位。 表 31 定時 器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 定時 /計數(shù)器控制 外部中斷控制 天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 14 IT0、 IT1：外部中斷 0、 1 觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。 定時器 /計數(shù)器（ T/C）控制寄存器 TCON TCON 的高 4 位控制定時 /計數(shù)器，低 4 位控制外部中斷。 MCS51 系列單片機的 5 個中斷請求源中，有通過 、 輸入的二個外部中斷源 INT0____和 INT1____，片內(nèi)兩個定時器 /計數(shù)器 (T/C0、 T/C1) 的溢出中斷請求源 TF0 和 TF1，還有一個片內(nèi)串行通信口發(fā)送或接收中斷請求源 TI 或 RI。每個中斷源可程控為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。在外部 64k 的數(shù)據(jù)空間（存儲類型 XDATA）內(nèi)，可以各劃出一個區(qū)域作為擴展 I/O 地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間 。 P0 作為 I/O 時需外接上拉電阻才能驅(qū)動 MOS 電路。 P0 口也是雙功能口，既可可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可 作為第二功能的系統(tǒng)擴展地址 /數(shù)據(jù)總線口，分時輸出低 8 位地址 AB0~AB7 和收發(fā)數(shù)據(jù)信息D0~D7。 P3 口的每一位可獨立地定義為第一功能的輸入輸出和第二功能的輸入輸入。 P3 口是一個雙功能口，作為第一功能使用時，其功能和 P1 口相同。 P1 口為準雙向口， P1 口的每一位都能獨立地定義為輸出線或輸入線。從 80H—FFH 地址單元 (也是 128 個字節(jié) )為特殊寄存器 (SFR)單元。 8051 單片機片內(nèi) RAM 共有 256 個單元 (00HFFH),這 256 個單元共分為兩部天津工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第 三 章 自動門系統(tǒng)的 硬件設(shè)計 13 分。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為 8 位地址，所以最大可尋址的范圍為