【正文】 單片機(jī)內(nèi)部的定時 /計數(shù)器由 6 個特殊功能寄存 器組成，其中， TMOD 是定時 /計數(shù)器方式控制寄存器，它的作用是控制兩個定時 /計數(shù)器的工作方式，其各位的定義如表 5 所示； TCON 是定時 /計數(shù)器控制寄存器，它是用來控。 在編寫程序時首先要對 1602 初始化： 初始化按鍵查詢啟動鍵按下 正轉(zhuǎn)鍵按下 反轉(zhuǎn)鍵按下 加速鍵按下 減速鍵按下 急停鍵按下電機(jī)啟動 電機(jī)正轉(zhuǎn) 電機(jī)反轉(zhuǎn)PW M 占空比增加PW M 占空比減小電機(jī)急停開始 0X01 清屏 0X06 字符不動，光標(biāo)自動右移一格 0X0C 顯示開關(guān)設(shè)置 0X80 顯示第一行首地址 0X38 使用 8 位數(shù)據(jù)顯示兩行，使用 5*7 字符 根據(jù) 1602 的特性對三個控制端口經(jīng)過單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行控制。 在 1602 顯示字符：是通過用 *dat 指針來實現(xiàn)的，將指針變量賦給 P0 口，通過指針自加，使指針中的字符全部輸出，從而實現(xiàn)輸出所需要的字符。因此，用 input、 displaychar 和displaydata 三個函數(shù)分別實現(xiàn) LCD 寫指令、 LCD 寫字符和 LCD 寫數(shù)據(jù)的功能，用延時程序來判斷 LCD 忙碌狀態(tài)。不斷地掃描和調(diào)用以實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的功能。=0，電機(jī)急停。 按鍵子程序的設(shè)計 在對按鍵功能進(jìn)行編寫時，有兩種方法非別是掃描法和查詢法。PWM 輸出高電平， count 計數(shù)也自動加 1，即 1ms 計數(shù)加 1；此時 PWM 波以 100hz 的頻率輸出。 } else PWM=0。 //大于則輸出低電平 count=(count+1)。 以下是 PWM 波控制程序： if(start) //開啟狀態(tài) 輸出 PWM { if(countjd) //判斷 1ms 次數(shù)是否小于角度標(biāo)識 PWM=1。當(dāng)實測速度大于設(shè)定轉(zhuǎn)速時， PWM 占空比自動減?。划?dāng)實測速度小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時， PWM 占空比自動增大。 PWM 脈沖調(diào)制的控制流程見圖 4— 3。 PWM 波程序的設(shè)計 PWM 波可以由具有 PWM 輸出的單片機(jī)通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采 用 PWM 專用芯片來實現(xiàn)。 當(dāng) IN1=0， IN2=1 時 ， 電機(jī)正轉(zhuǎn)； 當(dāng) IN1=1， IN2=0 時 ， 電機(jī)反轉(zhuǎn)； 當(dāng) IN1=IN2 時， 則電機(jī)急停。具體控制思路如下： 通過控制 T0,T1 兩個定時器定時計數(shù)器中斷實現(xiàn)對 PWM 波形占空比的控制，使能ENA 輸出 PWM 波驅(qū)動電機(jī)的加減速 。 （ 2） 利用 IN1 控制驅(qū)動電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， IN2 輸入 PWM 波驅(qū)動電機(jī)的加減速，用 ENA使能，高電平時電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，低電平時電機(jī)停止運(yùn)動。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。 軟件設(shè)計中的特點(diǎn) : 對于電機(jī)的啟停，在 PWM 控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。對定時器置初值 0x38， 可定時 200us，即系統(tǒng)時鐘精度可達(dá) 。 （ 3） 顯示子程序： 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)可以 存儲多個不同的點(diǎn)陣字符圖形， 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 ,有 80 字節(jié) 顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM,內(nèi)建有 192 個 5X7 點(diǎn)陣 的字型的字符發(fā)生器CGROM,8 個可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM[15]。 } （ 2） 鍵盤中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。b0。a0。 （ 1） PWM 脈寬控制：本設(shè)計中采用軟件延時方式對脈沖寬度進(jìn)行 控制，延時程序函數(shù)如下： /*****************延時函數(shù) *************************/ void delay(uint z)// 延時 1MS { uint a,b。其中兩個定時器中斷主要是來控制產(chǎn)生 所需的 PWM脈沖，從而通過控制定時計數(shù)器的初值變化來實現(xiàn)占空比的變化以達(dá)到要求。定時器初始化，選擇了兩個定時計數(shù)器的工作方式和中斷標(biāo)志位的分別定義。 主程序的設(shè)計 在主程序中 ， 主要完成對各個可編程芯片進(jìn)行初始化 ， 用 if 語句掃描判斷單片機(jī)的P1 口的 六 個 狀態(tài)，每次 當(dāng) 有按鍵按下經(jīng)過延時消抖后分別調(diào)用 其 相關(guān)的子程序。 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 在本次設(shè)計中需明確設(shè)計 的 要求，根據(jù) 需要 設(shè)計 一個主函數(shù)，同時必須 還要 有顯示子 程序 、 按鍵處理子程序 、 測速 子 程序 和 轉(zhuǎn)速控制 子 程序。 電路中，電阻 R1 為上拉電阻，目的是使信號穩(wěn)定，然后通過一個 9013 型 NPN 三極管輸出 給 單片機(jī)。 在規(guī)定的時間間隔 1s 內(nèi)，產(chǎn)生的脈沖數(shù)就是電機(jī) 1s 內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)。 STC89C52 單片機(jī)的 P0 口是一個八位漏極開路型雙向 I/O 口，單片機(jī)內(nèi)部沒有上拉電阻，因此需要外部連接上 拉電阻，一般都是加上阻值 為 10K 的排阻。 LCD1602 每行可以顯示 16 個字，可 顯示 2 行， 共 16 只引腳，其中數(shù)據(jù)線 DB0DB7 和控制信號線 寄存器選擇（ RS） 、 讀寫控制端子（ R/W） 、 使能端子（ E） 用來與單片機(jī)連接， 另外三只引腳為電源信號線 VSS、 VDD、 VEE。 當(dāng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)突然改變時，可以通過續(xù)流二極管形成回路釋放反電動勢的電能從而起到保護(hù)電機(jī)的作用。由于電動機(jī)的感性很強(qiáng)所以在電機(jī)改變運(yùn)行狀態(tài)或是在開機(jī)關(guān)機(jī)的瞬間會產(chǎn)生很大的反向感應(yīng)電壓，當(dāng)此感應(yīng)電壓過大時會燒壞電機(jī) 甚至 驅(qū)動芯片。 需要注意的是，雖然在 L298N 內(nèi)部的 H 橋驅(qū)動電路中含有續(xù)流二極管，但它只是用來防止同側(cè)三極管導(dǎo)通時燒壞三極管。 利用軟件對 P1 口的 高低電平的 狀態(tài)進(jìn)行 查詢 ，當(dāng)確定有按鍵按下時依據(jù)軟件進(jìn)行不同的操作。將六個按鍵的一端與單片機(jī)的 P1 口連接，另一端接低電平。電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)和加減速功能的實現(xiàn)，就需 要 6 個按鍵來控制。所以，在整流和濾波電路之后還需要連接穩(wěn)壓電路，維持輸出直流電壓穩(wěn)定 [13]。此時得到的直流電壓中紋波較大，再由濾波電路過濾，進(jìn)而獲得相對較好的直流電壓。 ?CeIaR aun ?? 各主要器件及元件介紹 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 小功率的直流電源一般都 由變壓器電路、整流電路 、濾波電路、穩(wěn)壓電路這四部分組成。 調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)速：從公式可見，減少勵磁電流時，氣隙磁通量 ? 將減少，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行。改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn) , 如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。 2） 磁場控制，即用調(diào)節(jié)勵磁電流來調(diào)速。 直流電機(jī)的特點(diǎn) :直流電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大，效率高，無勵 磁損耗，調(diào)速性能好。 直流電機(jī)的簡介 電動機(jī)是用來驅(qū)動生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，在生產(chǎn)需要中希望電動機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定或更寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且要求調(diào)節(jié)的方法既簡單又經(jīng)濟(jì)。同時，測速模塊將測得的轉(zhuǎn)速反饋給單片機(jī)，進(jìn)行實時轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，最終完成數(shù)字顯示。 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計 初步設(shè)定基于 PWM 的直流電機(jī)調(diào) 速系統(tǒng)需要電源模塊、命令輸入模塊（即按鍵模塊）、控制處理模塊（單片機(jī)）、電機(jī)驅(qū)動模塊、測速系統(tǒng)模塊、顯示模塊等幾個主要模塊。 （ 3） 反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能有效的抑制負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道的擾動；另一方面則緊緊地跟隨著給定作用， 跟蹤 給定信號 。 以下是對 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的幾點(diǎn)介紹 ： （ 1） 轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性：根據(jù)自控原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行 系統(tǒng)的 控制， 可以有效的抑制甚至消除擾動造成的誤差， 只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題：開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計 在負(fù)反饋基礎(chǔ)上“檢測誤差?？梢酝ㄟ^控制定時器的初值 T0 和 T1，從而實現(xiàn)從 單片機(jī)的任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。 在本次設(shè)計的過程中采用了軟件方法產(chǎn)生的 PWM 波形。 方法 2 不占用定時器資源，且對于直流電動機(jī)該方法產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍之內(nèi)。 圖 3— 4 用 PWM 波代替正弦半波 軟件產(chǎn)生有兩種 方法 ： ，產(chǎn)生的脈沖寬度及其精確，誤差只有幾個微 秒 。 頻率 : PWM 輸出 頻率 是 （ T/ C 的時 基頻率 ） / 2n, n 是 脈 寬調(diào)制方 式的位 數(shù) ， 即 8或 16。 分辨率 : 占空 比 的 最小值。 PWM 參數(shù)如下： 占空比 : 輸出的 PWM 中 , 高電 平 持續(xù) 的時 間 和 該 PWM 時 鐘周期之比。 圖 3— 3 形狀不 相 同 但 沖量相 同的各 類 窄 波 SPWM 波形 ： 和正弦 波等效 ，但 脈沖寬 度 是 按 照 正弦規(guī) 律 而改變 的 脈寬調(diào)制 波形 。這 里說的效 果 比較相似 ，指 的 是 該 環(huán) 節(jié) 上 的輸 出響應(yīng)波 形基本 上是一樣的 。在采樣控制理論中有個重要的結(jié)論：沖量 相 同但 形 狀不 相 同 的窄 波 加在 有慣 性的環(huán)節(jié)上 ，效 果比較相似 。 因此如上圖可知 PWM 調(diào)速的基本原理： “ 按一定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一周期 內(nèi)接通和斷開的時間長短，改變電刷電壓上的占空比來改變通斷電時間 ” 。 由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 TtD 1? 時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度t11 T t2 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。調(diào)節(jié)占空比，可以實現(xiàn)對輸出電壓的控制。 脈寬調(diào)制可 應(yīng)用在 很 多方面 ，比如：電機(jī) 的 調(diào)速 ， 溫度 的 控制 ， 壓力 的 控制等 。 PWM 調(diào)速工作原理 PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)是通過控制電壓穩(wěn)定的直流電源，改變其開關(guān)頻率，輸出到負(fù)載的電壓也隨之改變，從而實現(xiàn)控制要求的一種通過改變電壓來調(diào)速的方法；通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的 “ 占空比 ” 來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （ 2）單極性工作制 ： 單極性工作制是指單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM 信號，經(jīng)過兩口輸出的切換和對 PWM 占空比調(diào)節(jié)，改變端口的高低電平來控制正反轉(zhuǎn)， PWM 的占空比的調(diào)節(jié)來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 [9]。因此，這種方法相對比較簡單，且實用，軟件設(shè)計過程中也易產(chǎn)生及控制 PWM 波。 （ 2）直接由軟件產(chǎn)生一組二進(jìn)制數(shù)控制 PWM 波形發(fā)生器產(chǎn)生 PWM 波，但這種方法還需要設(shè)計一個波形發(fā)生器，需要器件較多，成本較高，比較麻煩。在這里我們選用了定頻調(diào)寬的方式，這種方式使電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)比較穩(wěn)定；并且在用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 時用軟件方法產(chǎn)生相對比較簡單且易實現(xiàn)。這個方案調(diào)速性優(yōu)良、調(diào)速范圍很廣并且可以實現(xiàn)平滑調(diào)速。 由于這次設(shè)計中使用的電機(jī)只是小電機(jī) ,且 霍爾元件在測電機(jī)轉(zhuǎn)速的應(yīng)用中非常廣泛，且比較簡單容易計算轉(zhuǎn)速，所以 該系統(tǒng) 選用霍爾器件來測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方法不僅容易實現(xiàn)而且通過計數(shù)脈沖所得的電機(jī)速度為數(shù)字量可以被單片機(jī)直接處理。 方案 二 ：用一個單極性的霍爾開關(guān)元件作為檢測元件。若編碼數(shù)為 l，測量時間為 t，測量到的脈沖數(shù)為 N， 則轉(zhuǎn)速 n=(N/t*1)*60。 它 是通過測 量 出 的 轉(zhuǎn)速信號頻率或周期 來間接計算出直流 電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種無接觸測速 法 。 目前通常采用的測速方法有光電 編碼盤測速法、紅外對管測速法、霍爾元件測速法等測速方法 。 綜合以上兩種方案，在本設(shè)計中采用方案二。這種顯示器是由 5*8 的字 符構(gòu)成，可以顯示出所有的 ASCII 碼和簡單的漢字。但是這種點(diǎn)陣式顯示器價格比較昂貴。由于這種顯示器由點(diǎn)陣組成，所以能夠顯示較完整的漢字。 液晶顯示器的選擇 在本設(shè)計中，液晶顯示主要實現(xiàn)顯示設(shè)定的參數(shù)和直流電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 因此該設(shè)計中按鍵控制模塊包括 六 個按鍵， 實物圖中由上到下 依次為 啟動， 正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速和急停按鍵。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，對于少數(shù)量的鍵盤來說比較適合。但是這種集成鍵盤處理芯片價格較高，硬件開銷較大。 方案一：采用集成鍵盤處理芯片。 通過對比以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)并且以及我們常用的經(jīng)驗熟悉度，本次設(shè)計在根據(jù)脈寬調(diào)速要求，采用直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)。與上述兩種方法相比此方法有很多的優(yōu)越性。 （ 2）