【正文】 圖 電源電路 H 橋驅(qū)動(dòng)電路H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)電機(jī)和四個(gè)三極管，要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，就必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。其中輸入電壓為直流 ，后接 1uF 和 22uF電容進(jìn)行濾波。輸出電流為 1A 時(shí)，最小輸入輸出電壓差小于 ；最大輸入電壓為 26V，輸入電壓范圍比較大；工作溫度也比較大，可以在40 至+125 攝氏度范圍內(nèi)正常工作；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。最小系統(tǒng)如圖 所示：12圖 STC89C52 最小系統(tǒng) 電源電路由于整個(gè)系統(tǒng)都是用單片機(jī)、小型電機(jī)和各類芯片以及電阻、電容組成的，其工作電壓為+5V，不需要負(fù)電壓，所以可采用三端固定集成穩(wěn)壓器 LM2940 穩(wěn)壓芯片。本系統(tǒng)中單片機(jī)本身用于控制，不需要太高頻率的時(shí)鐘，所以選擇適當(dāng)頻率的時(shí)鐘，同時(shí)適當(dāng)頻率的晶振有利于選頻信號(hào)強(qiáng)度的準(zhǔn)確度。程序的運(yùn)行速度取決于時(shí)鐘的頻率，而且高頻率時(shí)鐘的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)的采樣率。如圖 所示：RST單C1GNDV 3?WPB上電復(fù)位 手動(dòng)復(fù)位圖 復(fù)位電路圖有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。如圖 所示：11圖 DIP40 封裝 STC89C52 引腳圖（2）復(fù)位電路及時(shí)鐘電路復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。同時(shí)，該單片機(jī)支持計(jì)算機(jī)并口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價(jià)格讓該型號(hào)單片機(jī)暢銷10 年不衰?？梢栽?4V 到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。根據(jù)不同的運(yùn)行速度和功耗的要求，時(shí)鐘頻率可以設(shè)置在 033M 之間。與此同時(shí)，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結(jié)合公司自身技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)，推廣一批如 51F020 等高性能單片機(jī) [7]。在用 STC89C52 單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),首先要構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng),單片機(jī)才能正常工作,即將單片機(jī)接上時(shí)鐘(晶振)電路和復(fù)位電路。外界信號(hào)主要指來自獨(dú)立式鍵盤和紅外光電耦合器接收管的信號(hào)；處理接受信號(hào)就是對接受的信號(hào)進(jìn)行作用分析，并作出相應(yīng)處理；輸出信號(hào)包括輸出 PWM 波控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和使數(shù)碼管顯示電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。 CPU 主控制模塊本系統(tǒng)選用 STC89C52 單片機(jī)作為主控制器。10第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本章將基于上一章為基礎(chǔ)對硬件系統(tǒng)各部分作進(jìn)一步的分析，并且對硬件各部分電路加以分析和呈現(xiàn)。 本章小結(jié)本章主要介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的方案分析與選擇，應(yīng)用了適合于該系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速控制方案和總體設(shè)計(jì)方案；在器件的選擇方面也做了比較具體的說明；最后又詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的具體功能。顯示模塊：本設(shè)計(jì)采用液晶顯示屏（LCD）作為本設(shè)計(jì)的顯示模塊。9測速模塊：采用紅外光電耦合器測速，發(fā)射管發(fā)射信號(hào)，接收管接受到信號(hào)時(shí)輸出脈沖。驅(qū)動(dòng)接受來自 和 口的 PWM 波，然后用來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。其中轉(zhuǎn)速單位為 r/min），另外六個(gè)按鍵分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開始、停止、加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的六種控制。輸入控制模塊：這一部分主要是利用帶中斷的矩陣鍵盤來實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的控制。 系統(tǒng)硬件組成及各模塊功能本調(diào)速系統(tǒng)主要是由：單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、直流電機(jī)、測速元件、接口電路、顯示器和輸入控制模塊等部分組成。要實(shí)現(xiàn)這些功能，基本上采用的是由四個(gè)開關(guān)管構(gòu)成的 H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路。由于采用 PWM 控制直流電機(jī)的電樞電壓，單片機(jī)的輸出信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)進(jìn)行放大后就是電機(jī)的電樞電壓，從而通過控制 PWM 波的占空比來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)不僅要求對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定，而且要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制，勢必需要至少十個(gè)以上的按鍵，又根據(jù)以上的論述，故采用方案二，以提高單片機(jī)系統(tǒng)中 I/O 的利用率，從而節(jié)省了單片機(jī)系統(tǒng)中的 I/O 端口。方案二：行列式鍵盤行列式鍵盤是用 N 條 I/O 線作為行線，M 條 I/O 線作為列線組成的鍵盤，按鍵在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是 M*N 個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，且按鍵識(shí)別比較容易。方案一：獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)進(jìn)行接口時(shí)，鍵盤接口使用的 I/O 線和鍵盤的數(shù)量相等，其特點(diǎn)為其按鍵的數(shù)量比較少，且鍵盤中各按鍵工作時(shí)不會(huì)相互干擾。 鍵盤的方案分析與選擇鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備和實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話的紐帶。(3) PWM 軟件實(shí)現(xiàn)方式方案一：采用軟件延時(shí)的方式，此方式的缺點(diǎn)是在引入中斷之后，將會(huì)有一定的誤差。(2) PWM 調(diào)脈寬方式調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。PWM 波的占空比取決于單片機(jī)的一個(gè)端口，另一個(gè)端口為低電平，兩個(gè)輸出口的切換控制著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，PWM 占空比控制著電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，來自單片機(jī)兩個(gè)端口的兩個(gè)控制信號(hào)電平高低相反，這樣兩個(gè)控制信號(hào)的高電平時(shí)差控制著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由此明顯看出,方法二在測量精度及提高系統(tǒng)控制靈敏度等方面優(yōu)于方法一，所以在這里我采用方法二進(jìn)行計(jì)數(shù)。而方法二所產(chǎn)生的誤差主要是標(biāo)準(zhǔn)誤差，并且使采樣時(shí)間降到最短，誤差 γ=[60/（T177。1 誤差（量化誤差），假設(shè)電機(jī)的最低設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 120 轉(zhuǎn)/分，則記數(shù)時(shí)間 S=1s，所以其誤差的絕對值|γ|=|(N177。同時(shí)還可以采用定時(shí)的方法：通過定時(shí)器記錄脈沖的周期 T，這樣每分鐘的轉(zhuǎn)速：M=60/T。但方案二中霍爾傳感器的采購不是很方便，價(jià)格比較也比較昂貴，方案三中硬件電路簡單，器件采購方便，更重要的是它具有方案二的幾乎所有的優(yōu)點(diǎn)，故選擇方案三。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每轉(zhuǎn)半圈 OUT 端輸出一個(gè)上脈沖，然后用單片機(jī)在單位時(shí)間里面來采集上升源的個(gè)數(shù)，這樣就完成速度的采集。方案二：采用霍爾傳感器測速，霍爾元件是磁敏元件，在被測的旋轉(zhuǎn)體上裝一個(gè)磁體，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)磁體經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件就發(fā)出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)放大整形得到脈沖信號(hào)，送至單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。方案一：使用測速發(fā)電機(jī)測速，電機(jī)的輸出電動(dòng)勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系，即 E=kn，其中 k 是常數(shù)。 顯示模塊的分析與選擇本設(shè)計(jì)中要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速的設(shè)定，正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值都需要用顯示器進(jìn)行顯示，所以采用液晶顯示屏幕作為系統(tǒng)的顯示器，同時(shí)液晶顯示屏（LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影象穩(wěn)定不閃爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強(qiáng),并可靈活的實(shí)現(xiàn)多種狀態(tài)。同時(shí)又具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。對控制器的選擇我們做出以下選擇：采用 STC89C52 作為本系統(tǒng)的中央處理裝置。為很好的實(shí)現(xiàn)各模塊功能，分別對每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析及選擇。本設(shè)計(jì)的控制對象為直流電機(jī)，控制器為鍵盤，控制量為電機(jī)轉(zhuǎn)速，顯示量為電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向和設(shè)定轉(zhuǎn)速。4第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)整系統(tǒng)，要求用 PWM 方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用獨(dú)立式按鍵控制電機(jī)的起運(yùn)，停止，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，在鍵盤和上位機(jī)設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。經(jīng)分析及設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)將主要由輸入模塊、中央處理模塊、顯示器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和測速元件部分組成。 課題研究內(nèi)容及目標(biāo)根據(jù)基于單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)要求確定整體的設(shè)計(jì)方案，完成單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前提高開關(guān)頻率的一個(gè)方法是采用諧波技術(shù)及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的軟開關(guān)技術(shù)。 (2) PWM 及多電平技術(shù)：隨機(jī) PWM 技術(shù)為消除機(jī)械和電磁噪音提供了一種新的最佳途徑，盲目地提高工作頻率已經(jīng)漸漸被隨機(jī) PWM 技術(shù)取代。 (1) 在變頻控制電路方面：隨著變頻裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，控制技術(shù)的微電子數(shù)字化將是今后的發(fā)展趨勢。 PWM 變頻調(diào)速發(fā)展前景20 世紀(jì)末，隨著微電子控制技術(shù)、電力電子功率變換技術(shù)的成熟應(yīng)用，交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)以得到了驚人的發(fā)展。目前我國大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置還是依靠進(jìn)口。我國關(guān)于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有：綜合性最優(yōu)控制，補(bǔ)償 PID 控制，PID 算法優(yōu)化。使用一個(gè)通用的硬件平臺(tái)和一系列的附加軟件程序來控制一定功率和電流的直流電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)控制器可以通過參數(shù)設(shè)定和使用相應(yīng)軟件對很多被控對象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使得其可以很容易與 PLC 等其他通訊設(shè)備構(gòu)成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，并具有操作簡單、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，特別是方便和靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能和整個(gè)控制器的小型化，使模擬直流調(diào)速系統(tǒng)的不完善、調(diào)試不方便、笨重等不足之處完全克服，另外數(shù)字控制系統(tǒng)還具有迅速排除故障、速度快、精度高、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以它具有廣闊的應(yīng)用前景 [1]。近年來，一些先進(jìn)國家已推出大規(guī)模使用微機(jī)控制為核心的直流電氣傳動(dòng)設(shè)備 [1]。近些年隨著微型計(jì)算機(jī)、集成電路、新型電子器件及新的傳感器的成熟應(yīng)用，直流電動(dòng)機(jī)控制裝置也繼續(xù)向前發(fā)展。第二，30 年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)，人們開始配合采用電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、電磁放大器、閘流管等控制器件來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。本課題是以單片機(jī)為主要控制核心，針對直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和技能解決問題的能力，鞏固和加深對所學(xué)知識(shí)的理解；培養(yǎng)了我探索研究的習(xí)慣和工作能力。PWM 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需用的功率元件少、控制方便、線路簡單、開關(guān)頻率高、低速性能好、穩(wěn)速精度高及調(diào)速范圍寬、控制方式多樣化、能與數(shù)2字速度給定信號(hào)直接接口等優(yōu)點(diǎn)，在工廠企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，有利于國家工業(yè)化的發(fā)展。直流電機(jī)調(diào)速平滑，過載能力強(qiáng)，調(diào)速范圍廣，抗沖擊負(fù)載能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無極快速起動(dòng)、制動(dòng)、加/減速和正/反轉(zhuǎn)。所以，電機(jī)調(diào)速一直是研究的熱點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要設(shè)備，因此要求其具有較好的能量轉(zhuǎn)換效率和能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，單片機(jī)成為了直流電機(jī)調(diào)速不可或缺的部分之一。PWM 控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體器件的關(guān)斷和導(dǎo)通，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的周期和寬度以達(dá)到變壓目的，或控制電壓脈沖的周期和寬度以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。 PWMIV目 錄第一章 前言 ..........................................................................................................................................................1 課題選擇的背景 ........................................................................................................................................1 課題選擇的意義 ........................................................................................................................................1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................................................................................2 PWM 變頻調(diào)速發(fā)展前景 ...........................................................................................................................3 課題研究內(nèi)容及目標(biāo) ................................................................................................................................3 本章小結(jié) ....................................................................................................................................................3第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................4 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 .....................................................................................................................................4 系統(tǒng)分析與選擇 ..