【正文】 DB0～ DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 RL0～ RL7: 檢測輸入線 SL0～ SL3: 矩陣掃描線 IRQ:中斷請求信號 /RD、 /WR:讀寫選通信號 /CS:片選信號 /BD: 顯示消隱信號 CLK:時鐘信號 RESET:復位信號 SHIFT: 擴展鍵位的換檔信號 ,帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入 /選通信號輸入 ,帶上拉電阻 A0:命令 /狀態(tài)或數(shù)據(jù)識別信號 A=1,為寫命令或讀狀態(tài) 。正是因為它具有這兩種功能，它能減輕 CPU 的負擔，并且可以大大簡化單片機控制系統(tǒng)的軟硬件設計 ,所以本設計使用這個芯片。如圖 12所示。其原則是既要保證能及時響應按鍵操作，又要不過多占用 CPU 的工作時間。 CPU在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。的二路脈沖經(jīng)異或門二倍頻再送入 1m 的計數(shù)器。因此， M/T 法測速能適用的轉(zhuǎn)速范圍比 較大，是目前廣泛應用的一種測速方法。這樣， 2m 代表了 1m 個測速脈沖周期的時間。原理如圖 37： 圖 37 M/T法測速原理 測速時間 dT 由測速脈沖來同步，即由圖 37電路實現(xiàn) dT 等于整 1m 個脈沖周期。之所以要保證轉(zhuǎn)速檢測的快速性和精度，是因為轉(zhuǎn)速檢測的快速性和精度對電機調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能影響極大。觸發(fā)器總是在 B脈沖為高電平時觸發(fā)，這時 D觸發(fā)器的輸出端 Q輸出為高電平。則 D觸發(fā)器總是在 B脈沖為低電平時觸發(fā)，這時 Q輸出端輸出為低電平。電機的轉(zhuǎn)動方向是這樣確定的，由于 A、 B兩相的脈沖相位相差 90176。 用 D觸發(fā)器的輸出信號 Q來判斷編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向。復位計數(shù)器采用編碼盤輸出的 z相脈沖，每轉(zhuǎn)一圈復位一次計數(shù)器。碼盤提供相位相差 90176。 一旦 當圓盤隨電機旋轉(zhuǎn)時，光敏元件輸出的脈沖是這樣形成的，光敏元件接受的光增量會隨透光線條同步變化，它輸出的波形經(jīng)過整形后便形成了脈沖。下面我們這里以三相編碼器為例來介紹增量式編碼器的結構及其工作原理。 通過比較 增量式和絕對式的特點及優(yōu)缺點，我們可以確定 本設計可以采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號，如圖 36所示。絕對式編碼器的特點為一個確定的數(shù)字碼對應每一個位置，因此它的示值與測量的中間過程無關，而只與測量的起始和終止位置有關。非接觸式的接受敏感元件是磁敏元件或光敏元件，光敏元件時常常使用以不透光區(qū)和透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”；接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸絕緣區(qū)或?qū)щ妳^(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”。前者成為碼尺，后者稱碼盤。 檢測回路 檢測回路利用光電編碼器將轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機進行處理。 3）電流一定連續(xù)。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點： 1）可使電動機在四象限運行。因為存在正負脈寬相等條件，對交變電流的平均值而言，它的值也等于零，因而平均轉(zhuǎn)矩是不產(chǎn)生，雙極式控制有個很大的缺點就是它會徒然增大電動機的損耗。當 21?ρ 時， γ 為正，電動機正轉(zhuǎn)；當 21?ρ 時， γ 為負，電動機反轉(zhuǎn)；當 21?ρ 時， 0?γ ，電動機停止。 當 正脈沖較寬時， 2Tton?，則 ABU 的平均值為正，電動機正轉(zhuǎn)，當正脈沖較窄時，則反轉(zhuǎn)；如果正負脈沖相等， 2Tton?，平均輸出電壓為零，則電動機停止。 ABU 在一個周期內(nèi)正負相間，這是雙極式 PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。在一個開關周期內(nèi)，當 ontt??0時，晶體管 1VT 、 4VT 飽和導通而 3VT 、 2VT 截止，這時 sAB UU ? 。 MGM O T O R D CV T 1V T 2VD1VD2V T 3V T 4VD3VD4U g1U g2U g3U g4Us 圖 34 橋式可逆 PWM變換器電路 雙極式控制可逆 PWM 變換器的四個驅(qū)動電壓波形如圖 35所示。如果我們聯(lián)系改變 λ ，那么便可以實現(xiàn)電機正向的無級調(diào)速。 D 在 01之間變化，因此 λ 在177。 HIN信號的占空比為 TtD /1? 。 因此電樞上的工作電壓不是單極性的矩形脈沖波形，而是雙極性矩形脈沖波形，電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向是由矩形脈沖電壓的平 均值來決定的，原因在于存在著機械慣性的緣故。其具體的操作步驟如下： 電源經(jīng) VT3至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過 VT2到達零電位，完成整個的回路。此時直流電機正轉(zhuǎn)。 在 HIN為高電平 期間， VT VT4導通，在直流電機上加正向的工作電壓。我們可以采取雙 PWM信號來控制直流電機的正轉(zhuǎn)以及它的速度。 H 橋雙極性主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關的 動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。 （ 2） IGBT 導通時承受的峰值電流 : AIIi r m 1 ???? （ 32） 額定電電壓按 220V 供電電壓、額定功率 10kVA 容量算。但這本設計中 IGBT 仍然是本設計驅(qū)動的最理想器件。 (5)與 MOSFET 一樣， IGBT 具有很大的輸入電阻和較小的輸入電容，則驅(qū)動功率低，開關速度高。 (3)較寬的低摻雜漂移區(qū)（ n區(qū)）能夠承受很高的電壓，因而可以實現(xiàn)高耐壓的器件。 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT驅(qū)動電路 元器件的選擇比較、選型 本設計采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅(qū)動器件，具有以下優(yōu)點： (1)IGBT 在正常工作時，導通電阻較低，增大了器件的電流容量。 120ns 為兩路匹配傳輸導通延時， 94ns 為關斷延時。 CMOS 施密特觸發(fā)被應用于 IR2110 輸入，滯后欠壓鎖定存在于兩路。 IR2110 的引腳圖以及功能 HOUBUsNcV c cC O MNCV SSLINSDH INV DDNCLO 圖 32 IR2110管腳圖 IR2110 使用了兩種工藝，分別是閂鎖抗干擾 CMOS 工藝和 HVIC，不管是高端還是低端，他們的輸出通道都是獨立的；但是與標準的 CMOS 輸出比較起來，它的邏輯輸入是兼容的；并且自舉電路用于浮置電源， 500V 是它工作電壓可以達到的最大值，du/dt=177。為了使得驅(qū)動電源路數(shù)目較其他 IC驅(qū)動大大減小，它的上管驅(qū)動采用外部自舉電容上電。 芯片 IR2110 性能及特點 IR2110是美國國際整流器公司 (International Rectifier Company )于 1990年前后推出的，它采用了兩種技術，分別是無門鎖 CMOS技術和 高壓集成電路，它相當于是IGBT和大功率 MOSFET的專用驅(qū)動集成電路 ,正是因為具有這種優(yōu)勢，他被廣泛應用于 馬達調(diào)速、電源變換等功率驅(qū)動領域。這種 可編程是通過 TMOD 控制器來完成的。 16個觸發(fā)器構成了定時器 /計數(shù)器的 16 位，因此可以算出 1216? 為它的最大計數(shù)模值。 IE 還包括一個中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。 AT89S52 主要性能： 與 MCS51單片機 產(chǎn)品兼容 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存 儲器 1000 次擦寫周期 全靜態(tài)操作： 0Hz33MHz 三級加密 程序存儲器 32 個可編程 I/O 口線 三個 16 位 定時器 /計數(shù)器 8個 中斷源 全雙工 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 1 掉電后中斷可喚醒 1看門狗定時器 1 雙數(shù)據(jù)指針 1掉電標識符 AT89S52 引腳圖 圖 31 單片機引腳圖 AT89S52 有 6 個中斷源：兩個外部中斷（ INT0 和 INT1），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行 中斷。片上 Flash 允許 程序存儲器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 它具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 。從而達到對直流電機的較為精確的控制。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。 本設計采用單閉環(huán)系統(tǒng)，之所以會選擇閉環(huán)還沒采用開環(huán)，原因在于閉環(huán)相對于開環(huán)具有一些比較突出的一些優(yōu)點，閉環(huán)的主要特點在于存在反饋控制，反饋控制的作用表現(xiàn)為如果被控制量偏離給定值，這樣的偏差就會被反饋控制通過自己的修正作用去消除。 方案二：采用軟 件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。因此，只要控制好脈沖的通電時間，就可以很容易實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速。通常有 3種方法改變占空比： (1)定寬調(diào)頻法：就是使 1t 的寬度保持不變，改變 2t 的寬度，此時周期 T（即頻率）也發(fā)生了變化，也就是所謂的寬度的大小 不變，調(diào)整頻率的大?。? (2)調(diào)寬調(diào)頻法： 就是使 2t 的寬度保持不變，改變 1t 的寬度，此時的周期 T（即頻率）也發(fā)生了變化，也就是所謂的調(diào)整寬度的大小和調(diào)整頻率的大?。? (3)定頻調(diào)寬法：就是使 T（即頻率）的寬度保持不變，改變 1t 的寬度，此時 2t 的寬度也會發(fā)生變化，也就是所謂的保持頻率不變，調(diào)整寬度的大小。 PWM 調(diào)速方法 調(diào)速原理如圖 21所示?，F(xiàn)在我們 可以通過改變占空比來獲得不同的轉(zhuǎn)速，因為 DVVD ?? m ax 。由上式可知，當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值為DVVD ?? m ax ，因此占空比如果變化的話就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。 下式是占空比計算公式： TtD 1? (21) 式中 1t 表示一個周期內(nèi)開關管導通的時間， T 表示一個周期的時間。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。本文所研究的直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為核心，通過單片機控制， C 語言編程實現(xiàn)對直流電機的平滑調(diào)速。從而使輸出的平均電壓發(fā)生變化，也就是因為改變了電樞電壓的“占空比”，從而實現(xiàn)了控制平均電壓的大小。在調(diào)整系統(tǒng)中， PWM 的作用表現(xiàn)為 控制電動機的轉(zhuǎn)速。 單片機直流電機調(diào)速簡介：單片機直流調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速。文章中采用了通過編程實現(xiàn) PWM 信號的發(fā)生，然后通過 IR2110來驅(qū)動電機。 其中脈寬調(diào)制 (PWM)就是保持頻率不變，通過控制占空比來改變 “占空比”的百分比，從而改變電樞電壓的大小，實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的控制。勵磁控制法控制磁通，容易因 磁場飽和而受到影響 。但是對直流電動機的轉(zhuǎn)速有以下公式： ?e aaa C RIUn ?? （ 11） 式 aU 電樞供電電壓（ V） aI 電樞電流（ A） ? 勵磁磁通（ Wb) R 電樞回路總電阻（ Ω ） eC 電勢系數(shù)， apNCe 60?， p 為電磁對數(shù)， a 為電樞并聯(lián)支路數(shù)， N 為導體數(shù)。直流電機模型見圖 11。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此，對直流電機控制系統(tǒng)進行高可靠性的，高性能的研究工作對現(xiàn)實生活具有非常重要的意義?，F(xiàn)在社會生產(chǎn)中，只要是工廠自動化設備，不管是機器人還是數(shù)控機床都在廣泛應用直流電動機。 隨著技術的高速進步，越來越多的行業(yè)開始采用控制系統(tǒng)的自動化，現(xiàn)代化生產(chǎn)變得越來越重要的是主流開始變?yōu)殡姎鈧鲃硬捎弥绷黩?qū)動控制。 穩(wěn)速對于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制十分重要，因為這是個最難實現(xiàn)的指標，相對于調(diào)速、加速或減速這兩方面來講，穩(wěn)速的指標在于要求以一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運動，轉(zhuǎn)速的波動要控制在很小的范圍內(nèi)，要有一定能夠應對不同的干擾的能力，工業(yè)上，能夠很好地實現(xiàn)調(diào)速、加速或減速這兩方面 的功能，但是對于穩(wěn)速精度的功能的實現(xiàn)還是 有一定的困難。 由于現(xiàn)代技術不斷發(fā)展使得控制技術、冷卻技術以及許多的 新型磁性材料不斷地被研制出來，從這些最被看好有未來的產(chǎn)品中我們能夠得出，直線電