【正文】 轉(zhuǎn)速送到 LCD 液晶顯示器上進行顯示。 軟件是本系統(tǒng)的靈魂。 5． 最后進行做板 (PCB 板 )。 3． 在轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 .sch 中畫出 protel 原理圖，并對各個元器件進行封裝。 本系統(tǒng)電路 PCB 板的設(shè)計就是基于 Protel 99 SE 現(xiàn)在 Protel 99 SE 軟件生畫好硬件電路的原理圖 ， 然后對原理圖中的各個元件做相應(yīng)的封裝，封裝好后在把電路導(dǎo)成 PCB 板，最后在制作印制電路板。 5 PCB 設(shè)計 Protel 99 SE 簡介 Protel 99 SE 是 Protel 公司于 2020 年推出的設(shè)計軟件， Protel 99 SE 以其強大的功能，方便快捷的設(shè)計模式和人性化的設(shè)計環(huán)境，成為當(dāng)前電子工業(yè)中印制電路板設(shè)計 的主流軟件。 圖 49 液晶顯示模塊電路 在顯示模塊電路中， LCD 液晶顯示器的第 4 腳、 5 腳、 6 腳接到單片機的 、 ，第 714 腳接到單片機的 P0 口，用來讀取直流電機的轉(zhuǎn)速信號。 第 16 腳： LCD 背光電源正極，接地。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器（即輸入數(shù)據(jù)）、低電平時選擇指令寄存器（即輸入指令）。 1602 字符型 LCD 通常有 14條引腳線或 16 條引腳線的 LCD， 本設(shè)計采用 16 腳的 LCD。 停止時，給 EnA接低電平 。電動機的轉(zhuǎn)速由單片機調(diào)節(jié) PWM 信號的占空比來實現(xiàn)。 同時 ， 將所測得的轉(zhuǎn)速送到 P0口在 LCD上顯示出來 ， 以方便觀察電機工作狀態(tài)。 圖 47 L298N 的直流電機驅(qū)動與控制硬件連接圖 本系統(tǒng)選用 AT89S51單片機作為 CPU核心 。 電機驅(qū)動與控制電路 根據(jù)實際控制的需要 ， 本文給出了基于 AT89S51型單片機和 L298 的直流電機驅(qū)動與控制系統(tǒng)的硬件連接圖。 P0 口接顯示器，注意 P0 口需要接上拉電阻（ 10k） 。然后將 腳接到后續(xù)電路（直流電機的驅(qū)動控制電路）的輸入端基于單片機的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 12 In1 腳，用于對直流電機的轉(zhuǎn)速進行控制。主要是在單片機中編寫相應(yīng)的程序（用軟件產(chǎn)生 PWM 波即產(chǎn)生不同的占空比的 矩形波）來對直流電機的轉(zhuǎn)速進行分檔控制。 其復(fù)位電路、晶振電路、單片機模塊硬件電路圖如圖 4 4 46 所示。 PTn /60? (31) 式中： n 為電機轉(zhuǎn)速； P 為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)； T 為輸出方波信號周期 ，根據(jù) 上 式即可計算出直流電機的轉(zhuǎn)速。 其演示圖如圖 43 所示。 注意在使用時要在 1腳和 3 腳之間接一個 5K 左右的上拉電阻。如圖42 所示是 CS3020 的外形圖以及 霍爾傳感器電路連接圖 ?；魻杺鞲衅鬏敵龅氖且粋€開關(guān)信號，所以它的電路非常簡單，可以將其檢測 到 的 轉(zhuǎn)速 信號直接送給單片機進行處理 與計算 。 轉(zhuǎn)速信號采集電路 轉(zhuǎn)速信號采集是整個系統(tǒng)的前端通道，目的是將外界的非電參量，通過一定方式轉(zhuǎn)換成電量 ,這一環(huán)節(jié)主要利用霍爾傳感器將不同的電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為不同頻率的 具有高低電平的 脈沖信號。 基于單片機的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 9 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)硬件框圖 圖 41 系統(tǒng)硬件框圖 本系統(tǒng)主要通過霍爾傳感器檢測電機轉(zhuǎn)速，將不同電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號，然后將傳感器采集到的 轉(zhuǎn)速 信號送入到單片機，再通過單片機計算出轉(zhuǎn)速，通過軟件產(chǎn)生 PWM 波方式送入電 機驅(qū)動模塊的輸入端來控制直流電機的轉(zhuǎn)速。 方案二 通過開關(guān)式霍爾傳感器對電機轉(zhuǎn)速進行感應(yīng)，不同的轉(zhuǎn)速 產(chǎn)生 不同頻率的脈沖信號，信號 峰峰值足夠大的話可以 直接送入單片機進行處理、計數(shù)，并通過PWM 控制原理對電機的轉(zhuǎn)速進行控制，最后用 LCD 液晶顯示器顯示電機的轉(zhuǎn)速。 基于單片機的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 8 表 21 L298功能 表 EnA In1 In2 運轉(zhuǎn)狀態(tài) 0 X X 停止 1 1 0 正傳 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 急停 1 0 0 停止 注： EnA — L298 驅(qū)動芯片使能端； In In2— L298 驅(qū)動芯片輸入端。這些特性使得 L298 很適合用作小型直流電機控制芯片 [19]。 L298 可驅(qū)動 2 個電機 , OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 1 個電動機。 L298 內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動電路 ,即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器 ,接收標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號 ,可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。即采用驅(qū)動芯片 L298N 對電機 進行驅(qū)動。 方案三：利用三級管驅(qū) 動，但是 三級管的驅(qū)動電壓比較高 ，而單片機輸出地信號的幅度只有 5V 左右，所以還要進行放大，比較麻煩。 方案二： 采用集成芯片 L298N 驅(qū)動。 直流電機驅(qū)動方案選擇與論證 方案一：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。（圖 23） 基于單片機的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 7 前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期 (或頻率 )，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。（圖23） B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持 t2不變，只改變 1t ，這樣使周期 (或頻率 )也隨之改變。 基于單片機由軟件來實現(xiàn) PWM：改變占空比的值有以下三種方法 [20]。 PWM 信號的產(chǎn)生通常有兩種方法 :一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。其電樞兩端電壓的平均值為 U0 為[20]： UsUsTtttUstU ???? ?? 121 010 （ 25） 式中 ? 為占空比。 基于單片機的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計 6 如圖 23 利用開關(guān)管對直流電機進行 PWM 調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形。本設(shè)計采用開關(guān)驅(qū)動方式，通過 PWM 脈寬調(diào)速系統(tǒng) 來控制電動機電樞電壓， 利用電樞電壓與電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系 實現(xiàn)調(diào)速。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法 。 PWM 調(diào)速設(shè)計 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機的電樞上，以控制電機的轉(zhuǎn)速。 由式（ 24）得， 電機轉(zhuǎn)速與電樞電壓成正比例關(guān)系， 可通過對電樞 電壓進行控制的電樞控制法對電機的轉(zhuǎn)速進行控制。本系統(tǒng)方案使用 CS3020 開關(guān)型霍爾傳感器，將霍爾傳感器放置在直流電機的附近，當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，霍爾傳感器靠 近電機上的磁鋼感應(yīng)轉(zhuǎn)速信號輸出脈沖，由于是開關(guān)式的霍爾傳感器，所以采集的信號直接就可以直接送給單片機，經(jīng)單片機處理之后，由 LCD 進行顯示 轉(zhuǎn)速 。 傳感器測轉(zhuǎn)速方案 確定 因為霍爾傳感器結(jié)構(gòu)簡單，測量裝置體積小，量程大，環(huán)境適應(yīng)能力強，霍爾元件輸出的信號無需經(jīng)過放大，可以直接整形后送入單片機進行處理而 計算 得到電機轉(zhuǎn)速 。 當(dāng)電子運動速度為 u 時，電子電荷量為 q0（ q0=）。在長度方向（ x 方向上）施加磁感應(yīng)強度為 B 的磁場，在寬度方向（ y 方向上）產(chǎn)生電位差，即產(chǎn)生橫向電場，稱為霍爾電場 EH。 （ a） 霍爾開關(guān) 外形圖 （ b） 霍爾效應(yīng)原理示意圖 圖 22 霍爾 開關(guān) 原理圖 如 圖 22（ b）所示，通電半導(dǎo)體放在均勻磁場中，在垂直于電場和磁場的方向產(chǎn)生橫向電場，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。由霍爾效應(yīng)原理知：霍爾片處于磁場中，并在垂直于磁場的方向上通以電流時，霍爾片上與電流和磁場垂直的方向會產(chǎn)生霍爾電勢差 V=KBI，當(dāng)通過霍爾片的電流恒定不變時，改變磁場的大小，可以改變霍爾電勢差。 設(shè)時間 T 為 1 分鐘，電機轉(zhuǎn) 一圈的脈沖數(shù) P 為 1，則電機的轉(zhuǎn)速 n=60m1。如圖 21 所示 [1]。 即在單片機內(nèi) 通過定時器 定時 1 秒， 把轉(zhuǎn)速信號從外部中斷送入，并設(shè)置為下降沿中斷，對 一秒內(nèi)送入的 轉(zhuǎn)速 信號的下降沿次 數(shù)進行計數(shù) ， 下降沿的次數(shù)是多少， 即信號的頻率就是多少，然后根據(jù)公式將轉(zhuǎn)速計算出來即可得到 電機轉(zhuǎn)速 。 綜合三種轉(zhuǎn)速測量的方法 ，本設(shè)計采用測頻法進行轉(zhuǎn)速測量。 該設(shè)計能實時地將所測的速度顯示出來，主要是將 霍爾 傳感器 感應(yīng)出來的電機轉(zhuǎn)速信號 （ 霍爾 傳感器將不同 電機轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號） 送入單片機，通過傳感器采集到的信號， 然后通過單片機計算出 電機的轉(zhuǎn)速 ，利用單片機產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM 波送入直流電機的驅(qū)動模塊對電機的轉(zhuǎn)速進行控制 從而實現(xiàn)電機的調(diào)速 ，最后 將所得的 轉(zhuǎn)速 數(shù)據(jù)由 LCD 液晶 顯示模塊顯示 出來 ?；魻?傳感器將不同 電機 速轉(zhuǎn)變成的不同頻率的脈沖信號 ，把該信號送 入到單片機進行控制與計算 及處理 ， 并用 PWM 調(diào)速系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速進行控制，即利用單片機產(chǎn)生占空比可調(diào)的矩形波對 電機的轉(zhuǎn)速進行控制， 直流電機的驅(qū)動采用驅(qū)動芯片L298 對直流電機 進行驅(qū)動，最后 采用 LCD 液晶顯示器 進行 轉(zhuǎn)速與占空比 顯示，使得 直流電機的轉(zhuǎn)速 能直觀的顯示給使用者。 設(shè)計任務(wù) 用霍爾傳感器測量電機轉(zhuǎn)速，把霍爾傳感器的輸出信號送入單片機，在單片機上編寫轉(zhuǎn)速計算程序、顯示程序、控制程序，通過 PWM 方式控制直流電機調(diào)速， 利用 l298 驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機， 用 LCD 液晶顯示器顯示電機 轉(zhuǎn)速。 隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量控制普遍采用了以 單片機為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。長期以來，直流電 動機因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點，在傳動領(lǐng)域占有一定的地位。采用單片機控制的調(diào)速系統(tǒng)，其控制方案是依靠軟件實現(xiàn)的占空比可調(diào)的矩形波對電機轉(zhuǎn)速進行控制。在測 量范圍和測量精度方面都有極大的提高，因此，本課題的目的：對各種測量轉(zhuǎn)速的基本方法給予分析，針對不同的應(yīng)用環(huán)境，利用AT89S51 單片機設(shè)計一種數(shù)字化測量系統(tǒng)，從提高測量精度。 關(guān)鍵詞： 單片機；轉(zhuǎn)速測量；霍爾傳感器；電機；脈沖； PWM調(diào)速 Speedcontrol Controller Design Based on Microcontroller Director： CHEN ShuPing (07440101) Instructor： ZHU Weilin (Vocational and Technical Education, Zhejiang Normal University) Abstract： This article firstly introduces the working principle of dc motor and the control method for dc motor. Then the measurement and several mon methods for measuring rotational speed of singlechip microputer system structure is described. The characteristics of the measurement method and the calculation are Analyzed. The work in this article is to design a kind of dc motor speed measurement and control system based on AT89S51, using Hall sensorbased to induction Motor speed. Highpower drive circuit implementation L298N motor driver is used. Through the PWM output pulse wave achieve motor speed and the speed of the motor is showed in real time on LCD. The Hardware systems designed including the pulse signal generation. And using C language to prep