【正文】 通過以上的比較及簡(jiǎn)單的介紹可知本次設(shè)計(jì)我們選用的是在 AT89C52 的單片機(jī)的 18 基礎(chǔ)上來對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制和研究的。 定時(shí)器 0 和定時(shí)器 1 的標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在定時(shí)器溢出那個(gè) 機(jī)器周期的 S5P2 狀態(tài)置位，只能 在下一個(gè)機(jī)器周期才查 詢到該中斷標(biāo)志。IE 中 有一個(gè)總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。所有中斷源 及其入口地址如表 23 所示。另外， 定時(shí)器 2 可通過編程從 輸出一個(gè)占空比為 50%的時(shí)鐘信號(hào)。 在定時(shí)器工作 在定時(shí)方式時(shí) ，每個(gè)機(jī)器周期 時(shí) TL2 寄存器的值加 1。它 有三種工作方式：捕獲方式，自動(dòng)重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式 的選擇 由T2CON 的控制位來選擇。定時(shí)器 2 是一個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。不 同 之處就在于 AT89C52 另外 還增加了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2。 17 XTAL1 和 XTAL2 分別為 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入 和 輸出端。 當(dāng)要 使 CPU 只 訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH）， EA 端必須保持低電平 。一般情況 ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，所以它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí) 。圖 24a， b 分別為上電復(fù)位和手動(dòng)開關(guān)復(fù)位的復(fù)位電路圖 。 振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。此外， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 與其它端口不同的是， 被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 管腳 1017 是 P3 口 。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 當(dāng) 對(duì)端口 P2 寫 “1”時(shí) ，同 P1 口。 P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 第二功能 如表 22 示。 當(dāng) 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。區(qū)別于 P0 口， P1 是一個(gè) 內(nèi)部 帶 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地 址 。 P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也就是地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在硬件連接中， 40 引腳接 +5V 電源的正極， 20 引腳接 地。 15 AT89C52 管腳 介紹 圖 23 AT89C52 管腳圖 上圖所示 為 AT89C52 的管腳。它們具有相同的端口，控制方法也相同。 表 21 AT89C51 和 AT89C52 的 區(qū)別 E2PROM 容量 片內(nèi) RAM容量 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 中斷個(gè)數(shù) 生產(chǎn)工藝 AT89C51 4k 128bite 216 5 CMOS AT89C52 8k 256bite 316 6 CHMOS AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)， 它 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 子節(jié)的 Flash 閃速存儲(chǔ)器、 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個(gè) I/O 口、 3 個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向 量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口：片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 AT89C52 與 AT89C51 比較 單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機(jī) ， 型號(hào)中的 8 表示 8 位 Flash 單片機(jī)產(chǎn)品； 9 表示內(nèi)部含有 Flash 存儲(chǔ)器； C 代表他 的制作工藝為 CMOS。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及擴(kuò)展的程序，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等組成。實(shí)際上，內(nèi)部帶有程序存儲(chǔ)器的 AT89C51 單片 機(jī)本身就是一個(gè)最簡(jiǎn)單的最小應(yīng)用系統(tǒng)。 其中，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就是以單片機(jī)為核心，同時(shí)配以輸入，輸出，顯示，控制等外圍電路和軟件。 電 源晶 振復(fù) 位A T 8 9 C 5 2L 2 9 8 N按 鍵 控 制 模 塊顯 示 模 塊測(cè) 速 模 塊電 流 報(bào) 警M 圖 22 基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)硬件框圖 在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)中，需要每個(gè)環(huán)節(jié)都做到盡量完善，這樣才會(huì)整個(gè)系統(tǒng)最終具有良好的使用性能即對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。在這個(gè)階段需要不斷地修改程序，不斷地調(diào)試才會(huì)最終完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中可能會(huì)有許多軟件和硬件的問題，這就需要我們不斷地利用示波器，萬用表找出各個(gè)問題產(chǎn)生的根源，然后 針對(duì)不同的問題找出解決方案 。在焊接硬件時(shí)需要做到每個(gè)管腳不虛焊，和其它管腳不短接；布線美觀，導(dǎo)線連接不短路。 再次就是要根據(jù)每個(gè)硬件模塊的邏輯關(guān)系對(duì)電路 利用 Proteus 軟件進(jìn)行仿真。要使電機(jī)轉(zhuǎn)起來就要電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片、 裝載 程序的單片機(jī)最小系統(tǒng)、選擇電機(jī)狀態(tài)的按鍵及增大單片機(jī)管腳驅(qū)動(dòng)能力的光電耦合，同時(shí)要有顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和電樞電流的顯示模塊。在直流電機(jī)的有刷電機(jī)和無刷電機(jī)中，由于有刷電機(jī)是由電刷 兩端直接引出兩條控制線，其 成本低且 控制簡(jiǎn)單 、 調(diào)速性能好因此在該系統(tǒng)中使用有刷直流電機(jī) 。所以在設(shè)計(jì)伊始就要確定如何使電機(jī)轉(zhuǎn)起來。 論文 的主要目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。因?yàn)殡姍C(jī)本身的結(jié)構(gòu)慣性，在電機(jī)啟動(dòng)和突然轉(zhuǎn)換狀態(tài)的時(shí)候會(huì)因?yàn)楦行跃€圈而產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢(shì)從而造成電機(jī)的抖動(dòng)。之前的許多系統(tǒng)都已經(jīng)很容易地實(shí)現(xiàn)了這些性能指標(biāo)，尤其是調(diào)速和控制轉(zhuǎn)向。 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)，顧名思義就是主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。脈沖高低電平間的比例稱為 PWM 信號(hào)的占空比。 目前來看，調(diào)節(jié) 直流有刷電機(jī)速度的最有效方式是采用脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)。電池（或直流電源） 可以為電機(jī)繞組提供 一個(gè)穩(wěn) 定的直流電壓。這樣 一來電機(jī)就可以產(chǎn)生與定子的靜止磁場(chǎng)相吸引的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。直流有刷電機(jī) 的 電機(jī)軸上還有兩個(gè)圓弧形的銅片，稱為換向片。 也就是說 有刷直流電機(jī)的定子繞組可以產(chǎn)生一個(gè)靜止的磁場(chǎng) ，而電樞磁場(chǎng)由外加電源產(chǎn)生。給電機(jī)供電之后，轉(zhuǎn)子上就會(huì)形成磁場(chǎng)（磁極），它對(duì)應(yīng)的磁極與定子的磁極之間有一個(gè)夾角，在定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（ N 極和 S 極之間）的相互吸引下，是電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 有 刷直流電機(jī)的工作原理 所有的直流電 機(jī) 都由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 通用電機(jī) 具有高啟動(dòng)扭矩，可以高速運(yùn)行 所 以通用電機(jī)在家用電器中尤其常用 。其中按主題分有 直流并聯(lián)電機(jī)和通用電機(jī)， 他們 都可以 使用定子線圈代替永久磁性。當(dāng)由定子繞組中的電流產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí) ，定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組可以是并行、串行、或混合方式連接 的連接方式 。 有刷直流電機(jī)的類型 根據(jù)電機(jī)定子和 外殼中磁場(chǎng)的產(chǎn)生方式 的關(guān)系 來劃分。 隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域的快速發(fā)展 ，半導(dǎo)體器件的跌價(jià)使得電源轉(zhuǎn)換和控制的成本 大為降低。由于 刷式直流電機(jī)的調(diào)速和控制較無刷直流電機(jī)而言更為 簡(jiǎn)單，所以至今為止它仍然 廣 泛用于系統(tǒng)成本是主要驅(qū)動(dòng)因素的系統(tǒng) 中。這 種措施 進(jìn)一步降低了效率，需要定期維護(hù)更換刷 子。 多數(shù)情況下，這些火花會(huì)導(dǎo)致很多負(fù)面結(jié)果，如電噪聲、效率降低，甚至在某些情況下可以造成更嚴(yán)重的危害。當(dāng)換向片旋轉(zhuǎn)過電刷時(shí)，電機(jī)的特定轉(zhuǎn)子線圈段的電觸頭將會(huì)斷開。 作為現(xiàn)有歷史最久的電機(jī)拓?fù)渲坏乃⑹街绷麟姍C(jī)，其結(jié)構(gòu)是將固定的刷子（即電刷裝置）安裝在定子機(jī)座上，摩擦轉(zhuǎn)子上的換向片，而換向片又與旋轉(zhuǎn)的線圈段連接。 有 刷直流電機(jī)的組成 及 發(fā)展概況 直流有刷電機(jī)的組件包括定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器。這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便，更加節(jié)能，噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問題，因此這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中具有很大的應(yīng)用潛力。無刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少 40%—50%左右。無刷直流電機(jī)又可以再分為無刷速率電機(jī)和無刷力矩電機(jī)兩大類。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，線圈和換相器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，因此線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和碳刷來完成的。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，而直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和和復(fù)勵(lì)式。積復(fù)勵(lì)的接線圖如圖 21d 所示。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。接線圖如圖 21c 所示。 10 ③ 串勵(lì)直流電機(jī) ： 串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后相接于直流電源。當(dāng)直流電機(jī)作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為自身的勵(lì)磁繞組供電；而作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí) ，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。 如圖 21a 示。 ① 他勵(lì)直流電機(jī) 他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組沒有聯(lián)接關(guān)系，而是由其他直流電源對(duì) 勵(lì)磁繞組供電。如用外部直流電源，經(jīng)碳刷和換向器裝置將直流電流引向電樞繞組，則此電流與主磁極 ，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與連接于其上的機(jī)械負(fù)載工作，此時(shí)電機(jī)作直流 電動(dòng)機(jī)。 一臺(tái)直流電機(jī)原理上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 ,也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行 ,即電機(jī)理論中的可逆原理。 直流電機(jī)是指輸入或者輸出為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化。之后 對(duì)系統(tǒng)中的的各個(gè)硬件模塊包括按鍵控制模塊，速度顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，測(cè)速反饋模塊及以單片機(jī)為最小系統(tǒng)，并進(jìn)一步描述各個(gè)模塊之間的相互聯(lián)系 及其與單片機(jī)的連接。 直流調(diào)速系統(tǒng)的 主 程序和 按鍵子 程 序流程 圖分別如圖 1 圖 13 所示。在電機(jī)速度控制系統(tǒng)中， 可以 利用霍爾元件 配合磁片 來 對(duì)與電機(jī)同轉(zhuǎn)速的 脈 沖 計(jì)數(shù) 實(shí)現(xiàn) 直流電機(jī)的速度 測(cè)量， 將電機(jī)的實(shí)時(shí) 速度反饋給單片機(jī)，再由單片機(jī)通過 P0 口輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的實(shí)時(shí)顯示 。通過按鍵，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的五個(gè)運(yùn)行狀態(tài)及各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。 在 這