【正文】 寫(xiě) 入 數(shù) 據(jù) 字節(jié) 數(shù) i＝ 16？設(shè) 置 顯 示 起 始頁(yè) 、 起 始 列調(diào) 用 寫(xiě) 入 數(shù)據(jù) 子 程 序j=+1。圖 顯示程序流程 系統(tǒng) Proteus 仿真 Proteus 軟件簡(jiǎn)介Proteus 是英國(guó) Labcenter electronics 公司研發(fā)的 EDA 設(shè)計(jì)軟件， 是一個(gè)基于 ProSPICE 混合模型仿真器的，完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)。 27（7）讀顯示數(shù)據(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 1 顯 示 數(shù) 據(jù)該操作將 12864 模塊中的 DDRAM 存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)單位中的內(nèi)容讀出，然后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。（6）寫(xiě)顯示數(shù)據(jù) D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0 顯 示 數(shù) 據(jù)該操作將 8 位數(shù)據(jù)寫(xiě)入先前已確定的顯示存儲(chǔ)器的單元內(nèi)。（5）列地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 1 Yaddress（0~63）列地址是 DDRAM 的列地址。（4）頁(yè)面地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 1 0 1 1 1 Page（0~7）頁(yè)面地址是 DDRAM 的行地址。（2）顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 DD=1：開(kāi)顯示；D=0 關(guān)顯示。狀態(tài)字是了解模塊當(dāng)前工作狀態(tài)的唯一的信息渠道，在每次對(duì)模塊操作之前，都要D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1 BUSY 0 ON／OFF RST 0 0 0 026讀出狀態(tài)字判斷 BUSY 是否為“0” 。圖 定時(shí)程序流程 顯示程序流程顯示模塊是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的重要部分，在這里選用 12864LCD 顯示器可實(shí)現(xiàn)對(duì)漢字和字符的顯示，該顯示器的引腳功能在上面已經(jīng)做了說(shuō)明，下面介紹12864LCD 的相關(guān)指令。圖 主程序流程 鍵盤(pán)程序程序流程24延 時(shí) 去 抖 動(dòng)P1口 低 四 位 置 1讀 P1口 低 四 位數(shù) 據(jù) 到 KEYLKEYL、 KEYH相 與 為P1口 高 四 位 置 1讀 P1口 高 四 位數(shù) 據(jù) 到 KEYHKEY=0XE ?KEY=0XEB ?KEY=0XED ?KEY=0XE7 ?KEY=0XDE ?KEY=0XD ?KEY=0XDB ?KEY=0XD7 ?KEY=0XBD ?KEY=0XBE ?KEY=0XB ?KEY=0XB7 ?KEY=0X7E ?KEY=0X7D ?KEY=0X7B ?KEY=0X7 ?數(shù) 字 鍵 0數(shù) 字 鍵 1數(shù) 字 鍵 2數(shù) 字 鍵 3數(shù) 字 鍵 4數(shù) 字 鍵 5數(shù) 字 鍵 6數(shù) 字 鍵 7數(shù) 字 鍵 8數(shù) 字 鍵 9正 /反 功 能 鍵暫 停 功 能 鍵繼 續(xù) 功 能 鍵啟 動(dòng) 功 能 鍵停 止 功 能 鍵設(shè) 置 功 能 鍵RETIYNNNNNNNNNNNNNNNNYYYYYYYYYYYYYYY 鍵盤(pán)中斷程序是用來(lái)設(shè)在系統(tǒng)相應(yīng)參數(shù)和控制系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)，其程序流程圖如圖 所示。在設(shè)計(jì)中采用了光電傳感器做為測(cè)速裝置，其計(jì)算公式為： v= r/min60?tNn從這里可以看出速度 v 的誤差主要是由圓盤(pán)邊緣上的凹槽數(shù)的多少?zèng)Q定的，為了減少系統(tǒng)誤差應(yīng)盡量提高凹槽的數(shù)量，在本次設(shè)計(jì)中取凹槽數(shù) N 為 120，采樣時(shí)間 t為 ，則速度計(jì)算具體程序流程如圖 所示。其運(yùn)算公式為： ?)(nu因此要想實(shí)現(xiàn) PID 控制在單片機(jī)就必須存在上述算法，其程序流程如圖 所示。按照要求設(shè)計(jì)操作面板如圖 所示：圖 鍵盤(pán)模塊鍵盤(pán)操作說(shuō)明：在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，12864LCD 將顯示開(kāi)機(jī)界面，若按下設(shè)置鍵顯示屏進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，此時(shí)按 4 進(jìn)入相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置的狀態(tài)，輸入相應(yīng)的數(shù)字即可完成該參數(shù)的設(shè)置，待所有量設(shè)置完成后按正/反控制鍵設(shè)置正反轉(zhuǎn)，最后按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中可按下相應(yīng)鍵對(duì)電機(jī)進(jìn)行暫停、繼續(xù)、停止運(yùn)行的控制。圖中 L0～L3 為 44 鍵盤(pán)的列信號(hào)，H0 ～H3 為 44 鍵盤(pán)的行信號(hào)。 圖 12864LCD 引腳分布表 12864 液晶顯示模塊引腳功能引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能1 VSS 電源地 15 CS1 CS1=1 芯片選擇左邊 64*64圓 盤(pán) 光 敏 三 極 管發(fā) 光 二 極 管+5V R220RST9XTAL218XTAL119GND20 21 22 23 24 25 26 27 28RSEN 29ALE 30EA 31 32 33 34 35 36 37 38 39VCC 40U189S511234567891011121314151617181920LCDPOT110KR710KR847+5C15220μF1 2 3 4 5 6 7 8 9RN8 5K+5v+5v+5v點(diǎn)2 VDD 電源正+5V 16 CS2 CS2=1 芯片選擇右邊 64*64點(diǎn)3 VO 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電源 17 /RST 復(fù)位（低電平有效）4 RS H：數(shù)據(jù)輸入；L：指令碼輸入18 VEE LCD 驅(qū)動(dòng)負(fù)電源5 R/W H：數(shù)據(jù)讀??；L：數(shù)據(jù)寫(xiě)入19 A 背光電源（+）6 E 使能信號(hào)。19VSDORS/WEDB012DB345DB67CS12/RTVEAK 123456789102134516781920 (a) (b)圖 電機(jī)速度采集方案圖 傳感器輸出脈沖波形 顯示電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求要對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，因此在電路中加入顯示模塊是非常必要的。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來(lái)計(jì)算電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)速了。圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)速度采集電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次采樣的速度與上次采樣的速度進(jìn)行比較，通過(guò)偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算，因此速度采集電路是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。其電路如圖 所示，利用兩個(gè)光電耦合器將單片機(jī)的 I/O 與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離，保證電路安全可靠。 Vs 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。圖 電源電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的 I/O 口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行，在這里選用L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)， 該芯片是由四個(gè)大功率晶體管組成的 H 橋電路構(gòu)成，四個(gè)晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)調(diào)整輸入脈沖的占空比，調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。17U7C2C6Vin1GND2+5V 3U47805Vin1GND2+12V 3U37812C3C7+5v+12v1234U6C820μFC53300μFC420μFC13300μF12J1~220V圖 系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配圖 電源電路設(shè)計(jì)電源是整個(gè)系統(tǒng)的能量來(lái)源，它直接關(guān)系到系統(tǒng)能否運(yùn)行。 3 單元電路設(shè)計(jì) 硬件資源分配本系統(tǒng)電路連接及硬件資源分配見(jiàn)圖 所示。根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，采用方案二作為系統(tǒng)的供電模塊。方案一：通過(guò)電阻分壓的形式將整流后的電壓分別降為控制芯片和電機(jī)運(yùn)行所需的電壓，此種方案原理和硬件電路連接都比較簡(jiǎn)單，但對(duì)能量的損耗大，在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)同一般不宜采用。根據(jù)上面兩種方案的論述，由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件連接比較復(fù)雜，對(duì)軟件的運(yùn)行速度要求不高，所以采用方案二矩陣式鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)計(jì)。按鍵設(shè)置在行、列線的交叉點(diǎn)上，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 根行線和 n 根列線就可組成 個(gè)按鍵的鍵盤(pán)，因此矩陣式鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合。但是由于獨(dú)立式鍵盤(pán)每個(gè)按鍵需要占用一根輸入口線，所以在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O 口浪費(fèi)大，故此鍵盤(pán)只適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)方案 在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要按鍵進(jìn)行參數(shù)的輸入、工作方式的設(shè)定以及電機(jī)起停的控制，因此鍵盤(pán)在整個(gè)系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，考慮有二種方案：方案一：采用獨(dú)立式鍵盤(pán)，這種鍵盤(pán)硬件連接和軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵均有一端接地，另一端接到輸入線上。方案三：采用 12864LCD 液晶顯示器，該顯示器功率低，驅(qū)動(dòng)方法和硬件連接電路較上面兩種方案復(fù)雜，顯示屏幕大、可對(duì)漢字和字符進(jìn)行顯示。但由于在此次設(shè)計(jì)中需要設(shè)定的參數(shù)種類(lèi)多，而且有些需要進(jìn)行漢字和字符的顯示，所以使用 LED 顯示器不能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不宜采用。 顯示模塊設(shè)計(jì)方案在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要對(duì)參數(shù)、工作方式以及電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的顯示，因此在整個(gè)系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)一個(gè)顯示模塊，考慮有三種方案：　 方案一：使用七段數(shù)碼管（LED）顯示。該方案的實(shí)現(xiàn)原理是將測(cè)速發(fā)電機(jī)固定在直流電機(jī)的軸上，當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)測(cè)速電機(jī)的軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，因此測(cè)速發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大小隨直流電機(jī)轉(zhuǎn)速大小變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此精度比較高，但由于該方案的安裝比較復(fù)雜、成本也比較高，在本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采用此方案。通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)量。方案二：采用對(duì)射式光電傳感器。該器件內(nèi)部由三片霍爾金屬板組成?；谏鲜隼碚摲治龊蛯?shí)際情況，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用方案二。方案二：采用專(zhuān)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，例如 L298N、L297N 等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，由于它內(nèi)部已經(jīng)考慮到了電路的抗干擾能力，安全、可靠行，所以我們?cè)趹?yīng)用時(shí)只需考慮到芯片的硬件連接、驅(qū)動(dòng)能力等問(wèn)題就可以了，所以此種方案的電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好。方案一：采用大功率晶體管組合電路構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、易實(shí)現(xiàn)，但由于在驅(qū)動(dòng)電路中采用了大量的晶體管相互連接，使得電路復(fù)雜、抗干擾能力差、可靠性下降，我們知道在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中可靠性是一個(gè)非常重要的方面。因此在本次設(shè)計(jì)選用方案二。若采用 89C51 需要做 RAM，ROM 來(lái)擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。它和AT89S51 一樣都具有軟件編程靈活、體積小、成本低,使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但是它的頻率較低、運(yùn)算速度慢， RAM、ROM 空間小等缺點(diǎn)。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。AT89S51 單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制 [4]。通過(guò)輸入模塊將參數(shù)輸入給 FPGA，F(xiàn)PGA 通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制PWM 脈沖的占空比，但是由于本次設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，F(xiàn)PGA 的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案一：采用 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編輯門(mén)列陣）作為系統(tǒng)的控制器，F(xiàn)PGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能 [3]，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用 EDA 軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能控制。13鍵 盤(pán) 模 塊 控 制 器 模 塊顯 示 模 塊 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 直 流 電 機(jī)速 度 檢 測(cè) 模 塊PWM脈 沖圖 系統(tǒng)方案框圖 控制器模塊設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，控制器主要用于產(chǎn)生占空比受數(shù)字 PID 算法控制的 PWM 脈沖，并對(duì)電機(jī)當(dāng)前速度進(jìn)行采集處理，根據(jù)算法得出當(dāng)前所需輸出的占空比脈沖。圖中控制器模塊為系統(tǒng)的核心部件，鍵盤(pán)和顯示器用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，其中通過(guò)鍵盤(pán)將需要設(shè)置的參數(shù)和狀態(tài)輸入到單片機(jī)中，并且通過(guò)控制器顯示到顯示器上。11U ( t )0tTt 0UU ( t )0tTt 0U2 T2 t 0 3 T3 t 0 4 t 0n T ( n + 1 ) t 0根據(jù) PWM 控制的基本原理可知，一段時(shí)間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的 PWM 脈沖與相等時(shí)間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓等效，那么如果在短時(shí)間 T 內(nèi)脈沖寬度為 ,幅值為 U，由圖 可求得此時(shí)間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為：0t 圖 PWM 脈沖，若令 ， 即為占空比，則上式可化為： TUt??0Tt0?? (U 為脈沖幅值) U?0（）若 PWM 脈沖為如圖 所示周期性矩形脈沖，那么與此脈沖等效的直流電壓的計(jì)算方法與上述相同，即 （ 為矩形脈沖占空比） UTtnt?????00 ?（）圖 周期性 PWM 矩形脈沖由式 可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過(guò)改變脈沖幅值 U 和占空比 來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中脈沖幅 值一般 是恒定的，所以通常通過(guò)控制?占空比 的大小實(shí)現(xiàn)等效直流