【正文】 sbit key3= P2^2。 sbit key1= P2^4。 sbit OE = P0^1。 sbit DAC_DI = P0^3。 sbit DAC_CS = P0^5。 特此聲明！ 作者簽名： 2021 年 06 月 5 日 第 36頁 共 44頁 附 錄 全部程序代碼 ： include include include sbit in1=P2^6。 (5)學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容 (保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定 )。 (3)學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈(zèng)送和交換學(xué)位論文。 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說明： 本人完全了解成都信息工程學(xué)院有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括： (1)學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。文中除了特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含 為獲得成都信息工程學(xué)院或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。感謝母校對(duì)我的培養(yǎng)，為本設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)條件和圖書館的參考資源。在此感謝伍瑾斐 老師及崔雪梅 老師的細(xì)心指導(dǎo)和熱心幫助，聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室和提出指導(dǎo)意見?？梢姳驹O(shè)計(jì) 具有較好的實(shí)用性。將本設(shè)計(jì)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片換成大功率的驅(qū)動(dòng)器件，電機(jī)的電源換成 電壓稍高 的電源，則可以驅(qū)動(dòng)工業(yè)電機(jī)，對(duì)其 準(zhǔn)確 調(diào)速，在工業(yè)控制方面完全可行。在本次設(shè)計(jì)由于資金 有限 ，沒有使用太陽能電池板， 可 作為本設(shè)計(jì)以后的擴(kuò)展 應(yīng)用 。本身 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的效率就很高， 本設(shè)計(jì)還可以采用太陽能電池板供電，多塊電池板串并聯(lián)在一起然后做一個(gè) DCDC 變換電路，變成 177。解決波動(dòng)大的問題可以修改源程序的調(diào)節(jié)梯度，每次調(diào)節(jié)的占空比設(shè)置的小些，就可以改善轉(zhuǎn)速波動(dòng)的問題。 實(shí)物照片中 測試用的電機(jī)，額定電壓 為 12V，轉(zhuǎn)速可達(dá) 9000r/min， 可是轉(zhuǎn)矩小，摩擦大，在低速運(yùn)行不好，低于 1000r/min 會(huì)出現(xiàn)停止的現(xiàn)象， 不過 靈敏度高， 調(diào)節(jié)速度快。 該調(diào)速系統(tǒng)適用對(duì)多種直流電機(jī)調(diào)速，對(duì)不同特性的直流電機(jī)有很好的適應(yīng)能力。 硬件實(shí)物 使用 時(shí) 效果良好，在鍵盤上設(shè)計(jì) 3000r/min， 按下確認(rèn)鍵后在 35s 內(nèi)達(dá)到 3000177。 圖 示波器測試鋸齒波照片 圖 實(shí)測 PWM 波形 1 圖 實(shí)測 PWM 波形 2 第 31頁 共 44頁 圖 實(shí)測 PWM 波形 3 圖 實(shí)測 PWM 波形 4 以上的圖 到圖 為不同占空比的 PWM 信號(hào)實(shí)測照片，可見鍵盤上輸入的不同轉(zhuǎn)速所 產(chǎn)生的 PWM 波形是不同的，其轉(zhuǎn)速和占空比大小成正比。 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)得到一個(gè)具 有預(yù)置轉(zhuǎn)速的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速性能、按鍵置數(shù)和顯示都達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，測試效果良好，各部分輸出波形測試完全達(dá)到要求，使用 按鍵設(shè)置轉(zhuǎn)速后 ，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)使 占空比加或減變化，直到 轉(zhuǎn)速達(dá)到 預(yù) 置值 。 在中高速范圍內(nèi)調(diào)速效果 很好 ，但是在低轉(zhuǎn)速時(shí)效果不 佳 ， 1000 轉(zhuǎn) /分以下時(shí)，可能出現(xiàn)電機(jī)停止，這是由于電機(jī)性能的原因，電機(jī)在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩小不足以克服電機(jī)自身的摩擦，而使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這就會(huì)在 300500 轉(zhuǎn) /分以下形成一個(gè)調(diào)速的死區(qū)，這是無法避免的。在按下相應(yīng)位按鍵設(shè)置轉(zhuǎn)速，然后再按確認(rèn)鍵，電機(jī)開始加速直到設(shè)定的轉(zhuǎn)速后開始在一個(gè)較小的波動(dòng)范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行 (有較小的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，由于調(diào)速的原理需要不停的采樣然后進(jìn)行比 較調(diào)節(jié)，有一定的超調(diào)量，引起轉(zhuǎn)速波動(dòng)，但是在一個(gè)較小的范圍內(nèi)是能滿足要求的 )。 第 29頁 共 44頁 調(diào)速器使用方法 圖 實(shí)物運(yùn)行時(shí)的照片 固定好硬件后，接上 177。 故主要在程序中修改參數(shù)，以達(dá)到良好的效果。硬件調(diào)試過程中問 題 比較多的是紅外對(duì)管的問題，對(duì)不端正 或 接觸不良 ，以及 外界環(huán)境干擾等都會(huì)給調(diào)試帶來麻煩，這些在調(diào)試過程中都要注意修正和固定。 調(diào)試過程 調(diào)試過程很簡單，就是上邊的步驟反復(fù)進(jìn)行，包括對(duì)程序的修正，和對(duì) 單片機(jī)的重新擦寫數(shù)據(jù)，操作方法和上邊是一樣的。 Easy51 軟件及下載器的使用 圖 easy51 設(shè)置截圖 本設(shè)計(jì)使用的下載器 是串口轉(zhuǎn) USB 接口的，所以先安裝 USB 驅(qū)動(dòng)然后找到 第 28頁 共 44頁 相應(yīng)的 口，打開 easy51 軟件，點(diǎn)擊設(shè)置菜單，進(jìn)入圖 的設(shè)置頁面，選擇波特率為 28800，設(shè)置好后關(guān)閉，再重啟軟件，即可檢測到芯片。 圖 KEIL 生成 HEX 文件 勾選 “ 創(chuàng)建 HEX 文件 ”， 并選擇存儲(chǔ)路徑，文件命名為 “直流斬波 ”。 6 產(chǎn)品調(diào)試和使用方法 程序?qū)?AT89S52 單片機(jī) keil 的簡單使用 本設(shè)計(jì)軟件是在 KEIL C 中編寫和調(diào)試 [12]。 調(diào)速的速度范圍判斷采用按經(jīng)驗(yàn)判斷的方式，對(duì)當(dāng)前測量轉(zhuǎn)速和預(yù)置轉(zhuǎn)速比較，如果大于預(yù)置轉(zhuǎn)速則減小 PWM 的占空比，如果小于預(yù)置轉(zhuǎn)速則增加 PWM信號(hào)占空比 [11]，直到相等的時(shí)候，按這個(gè)速度穩(wěn)定運(yùn)行。 MotorSpeed=0。 else DacData=DacData。 第 26頁 共 44頁 if(SpeedCurSpeedSet)DacData+=tmp。//調(diào)整 DacData 使不溢出 else if(DacData800)DacData=800。 else。 else if (abs(SpeedCurSpeedSet)400)tmp=10。//用 1 秒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)計(jì)算 1 分鐘轉(zhuǎn)速 if(abs(SpeedCurSpeedSet)800)tmp=50。 SpeedCurLast=SpeedCur。 TR0=1。 TH0=0x3c。 unsigned char tmp=1。 MotorSpeed++。 } 軟件設(shè)計(jì)的主程序，主要是按鍵處理，分別代表轉(zhuǎn)速的千、百、十、個(gè)位和一個(gè)確定按鍵，前四個(gè)數(shù)位設(shè)置按一下加一， 09 循環(huán)，按下確定鍵設(shè)置預(yù)定轉(zhuǎn)速，并將這個(gè)轉(zhuǎn)速值提交給顯示和調(diào)速子程序。delay++)。 for(delay=0。delay60000。delay++)。 for(delay=0。delay60000。 if(DacData350)DacData=600。 //SpeedSet=DacData。 第 25頁 共 44頁 }。 while(key1==0)。dely++)。 } else if(key1==0) { for(dely=0。 kv2%=10。dely++)。 } else if(key2==0) { for(dely=0。 kv3%=10。dely++)。 } else if(key3==0) { for(dely=0。 kv4%=10。dely++)。 } else if(key4==0) { for(dely=0。 kv5%=10。dely++)。 if(key5==0) { for(dely=0。 Dac(0)。 P3=0xff。 TR0=1。in2=0。 SysInit()。 } 部分主要程序功能說明 結(jié)合電路原理圖和程序編寫的方便，給單片機(jī)分配端口表 。////提高移位時(shí)鐘 delay_us(1)。 data=1。0x80) sbi(DK,DATA)。i++) { cbi(DK,SH)。 for (i=0。 } 74595 的編程，設(shè)置其工作狀態(tài)，然后用單片機(jī)向 74595 串行發(fā)送顯示段碼和位碼。 } while ( n != 0 )。 dat = 1。 0x0200)。 //準(zhǔn)備發(fā)送 10 位數(shù)據(jù)和 2 個(gè)附加位 DAC_CS = 0。 圖 為調(diào)速子程序的流程圖，主要流程為當(dāng)前轉(zhuǎn)速和設(shè)置轉(zhuǎn)速的比較，然后根據(jù)比較得出下一步動(dòng)作是加速還是減速運(yùn)行，直到當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和設(shè)置的轉(zhuǎn)速相等的時(shí)候，電機(jī)按照此速度穩(wěn)定的運(yùn)行下去，直到下一次設(shè)置轉(zhuǎn)速的生效。 5 軟件設(shè)計(jì) 部分程序流程圖 (a)主程序流程圖 (b)PWM 程序流程圖 圖 部分程序流程圖 圖 為主程序和 PWM 產(chǎn)生子程序 的流程圖，本設(shè)計(jì)使用片外硬件產(chǎn)生PWM 信號(hào)，故只需單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)算后將所需的數(shù)據(jù)送到 TLC5615 串行芯片 DA轉(zhuǎn)換成代表占空比信號(hào)的電壓值即可，經(jīng)過和鋸齒波的比較后得到 PWM 信號(hào)。由于條件的限制學(xué)校大多能做單面板，因此要在布線時(shí)選擇單面布線，最好選擇手動(dòng)布線。各個(gè)模塊組合在一起形成了完整的電路。 總電路及設(shè)計(jì) 第 20頁 共 44頁 圖 總電路 這是在 Protel 99se 軟件里面設(shè)計(jì)的總原理圖，各個(gè)部分電路按模塊化的思想設(shè)計(jì)，便于理解和修改，需要連接的引腳加上了 NET 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)連接，使得電路簡潔。12V 給 L298N 和運(yùn)放供電， +5V 由 7805 芯片產(chǎn)生，為單片機(jī)和其他一些需要+5V 電源的芯片供電。 第 19頁 共 44頁 圖 顯示電路 電源電路設(shè)計(jì) 圖 電源電路 本設(shè)計(jì)電源采用 177。 串行的顯示芯片還有 MAX7219 等 ,但是 74595 的價(jià)格便宜，很好購買，比 MAX7219 芯片成本更低。 DS， OE， SH 三個(gè)輸入端與單片機(jī)的 ， ， 相連，單片機(jī)通過這三個(gè) IO 口 控制和 發(fā)送顯示信號(hào)在數(shù)碼管上顯示 ，段碼連接沒有按常規(guī)順序，是為了便于 PCB 布線，只是在程序設(shè)計(jì)中，修改顯示段碼表即可 。然后這個(gè)可被單片機(jī)識(shí)別的采樣信號(hào)就輸入到單片機(jī) INT0 引腳，由單片機(jī)內(nèi)程序運(yùn)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速 [7][8][9]。隨著光照的增強(qiáng)，光敏二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，其反向電阻減小，反向電流 (光電流 )增大，其光電流與照度之間呈線性關(guān)系。 第 18頁 共 44頁 電機(jī)轉(zhuǎn)速測量電路設(shè)計(jì) 圖 電機(jī)測速采樣電路 電路中選用紅外光敏二極管作為受 光器件，它與紅外發(fā)光二極管一起組成一對(duì)紅外發(fā)射接收管，紅外光敏二極管在電路中處于反向工作狀態(tài)。 其中 PWM 信號(hào)的頻率為： HKFCR ZTT ?????? ? (42) 這個(gè)頻率適合直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng) ， 不至于頻率過高或過低而影響 調(diào)速 效果。的 PWM 信號(hào) [3]。分相電路由觸發(fā)器及兩個(gè) “與 ”門組成，觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的下降沿。 A2輸出方波信號(hào)，其占空比隨誤差電壓而變化，即實(shí)現(xiàn)了脈寬調(diào)制。在此對(duì)本設(shè)計(jì) PWM 產(chǎn)生原理說明如下： 圖 硬件產(chǎn)生 PWM 信號(hào)原理圖 上圖所示為 PWM 信號(hào)產(chǎn)生電路框圖及工作波形，其工作過程如下：進(jìn)行DA 轉(zhuǎn)換所得的反饋電壓 Ur 加至放大器 Al 的反相輸 入端，固定的參考電壓 Uf加至 A1 的同相輸入端。 串行的 DAC 芯片 TLC5615 只需要 3 個(gè)引腳和單片機(jī)相連即可，可以節(jié)約單片機(jī)的 I/O 口資源。根據(jù) PWM 信號(hào)產(chǎn)生原理，鋸齒波和另一調(diào)制信號(hào)經(jīng)過比較可以得到一個(gè) PWM 信號(hào)。 在電機(jī)較大時(shí)，啟動(dòng)和制動(dòng)電流電壓都很大，超過 L298N 芯片的承受范圍，需要加續(xù)流二極管以保護(hù)驅(qū)動(dòng)芯片，但是在本設(shè)計(jì)中所用電機(jī)較小， 啟 停的電流電壓都在驅(qū)動(dòng)芯片的承受能力內(nèi)，故 本設(shè)計(jì)中 沒有加裝保護(hù)電路和散熱片，在驅(qū)動(dòng)較大 電機(jī)時(shí)在主電路板外可以接保護(hù)電路 等，以保護(hù)調(diào)速系統(tǒng)安全運(yùn)行。 串行輸出口，其應(yīng)該接 SPI 總線的 MISO 接口 STcp 存儲(chǔ)寄存器的時(shí)鐘脈沖輸入口 SHcp 移位寄存器的時(shí)鐘脈沖輸入口 OE 輸出使能端 MR 芯片復(fù)位端 Ds 串行數(shù)據(jù)輸入端 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) L298N 內(nèi)部集成了兩路的 H 橋式電路， 此設(shè)計(jì)只用了 L298N 的 A 路來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)， 7 引腳的 IN IN2 的高低 電平組合控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和剎車， 6 腳的 ENA 接 PWM 信號(hào)，然后 PWM 信號(hào)經(jīng) L298N 斬波后，輸出端 3 引腳即OUT1 和 OUT2 之間的電壓與 PWM 信號(hào)的占空比大小成近似線性正比關(guān)系， 由PWM 的 占空比大小 來 控制輸出功率，從而電機(jī)的轉(zhuǎn)速也是受其控制的。 圖 74595 的引腳圖 74HC595 各個(gè)引腳的功能 如表 所示。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘?？梢允?其靈活地 驅(qū)動(dòng) DTL、 RTL、 TTL 或者 MOS 邏輯 等類型的 負(fù)載 。15V 分離電源，如通常的運(yùn)算放大器一樣， 使用范圍廣闊，