【正文】 最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真大量的單片機(jī)芯片，比如MCS51系列、AVR、PIC系列等常用的MCU，以及單片機(jī)外圍電路，比如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，AD/DA等。它能對各種微控制器進(jìn)行仿真，本系統(tǒng)即用Proteus對直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。實時仿真是對時間點(diǎn)的動態(tài)仿真，即隨著時間的推移它能動態(tài)仿真出當(dāng)時系統(tǒng)的狀態(tài)。計算機(jī)仿真可分為整體仿真和實時仿真。在電機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)中，常常需要消耗各種硬件資源，系統(tǒng)構(gòu)建時間長，而在調(diào)試時很難對硬件系統(tǒng)進(jìn)行修改，從而延長開發(fā)周期。但是在一些對位置控制要求不高的電機(jī)控制系統(tǒng)如傳動控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電機(jī)如直流電機(jī)乃有很大的優(yōu)勢，而要對其進(jìn)行精確而又迅速的控制，就需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。第5章 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試在工業(yè)自動控制系統(tǒng)和各種智能產(chǎn)品中常常會用用電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動、傳動和控制，而現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中，對電機(jī)的控制要求越來越精確和迅速，對環(huán)境的適應(yīng)要求越來越高。配合傳感器技術(shù)可用于計算距離，速度等重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)。這樣有利于保護(hù)電機(jī)，如電機(jī)運(yùn)用于小車上，在啟動上采用此方式也可加大啟動速度，防止打滑。 鍵盤中斷處理流程圖調(diào)速檔、持續(xù)加/減速調(diào)速檔通過（010）共11檔固定占空比，即相應(yīng)檔位相應(yīng)改變DIAN0，DIAN1的值，以實現(xiàn)調(diào)速檔位的實現(xiàn)。 PWM脈寬控制 一個脈沖周期可以由高電平持續(xù)時間系數(shù)DIAN0和低電平持續(xù)時間系數(shù)DIAN1組成，可得DIAN0+ DIAN1=65536，占空比為DIAN0/( DIAN0+ DIAN1)，因此要實現(xiàn)定頻調(diào)寬的調(diào)速方式，只需通過程序改變?nèi)肿兞緿IAN0，DIAN1的值。對定時器置初值8AD0H可定時60ms。HDIAN0與LDIAN0作為高電平延遲時間存儲單元，HDIAN1與LDIAN1作為低電平延遲時間存儲單元。主程序流程如圖41所示。計數(shù)初值X計算方法：(65536－X) =30000，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制：X=35536＝8AD0H。用定時器T0完成PWM輸出，周期60MS。設(shè)PWM周期為T，高電平時間為TH，低電平時間為TL，電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當(dāng)VCC固定時，其電壓值取決于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。在程序中通過軟件產(chǎn)生PWM，送出預(yù)設(shè)占空比的PWM波形。電動機(jī)所處速度級以速度檔級數(shù)表示。因此，軟件設(shè)計在控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。此設(shè)計就采用AT89C51。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。但其價格相對8031較貴。8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于4KB的小系統(tǒng)。所以8051適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。比較麻煩，不予采用8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。目前世界上較為著名的8位單片機(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下：美國Intel公司：MCS—51系列及其增強(qiáng)型系列美國Motorola公司：6801系列和6805系列美國Atmel公司：89C51等單片機(jī)美國Zilog公司：Z8系列及SUPER8美國Fairchild公司：F8系列和3870系列美國Rockwell公司：6500/1系列美國TI（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS（美國國家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列 等等。常用的電機(jī)H橋驅(qū)動芯片有：TA7291S、NJU7382 、L29L298。利用孤立元件搭建的H橋電路一個缺點(diǎn)就是擊穿， 即Q1和Q2同時導(dǎo)通，或者Q3和Q4同時導(dǎo)通。通過對信號占空比的調(diào)整來對車速進(jìn)行調(diào)節(jié)。實驗證明，脈沖頻率在15Hz30Hz時效果最佳。脈沖頻率對電動機(jī)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率低則反之。GTR是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關(guān)使用，而且 GTR是一種具有自關(guān)斷能力的全控型電力半導(dǎo)體器件，這一特性可以使各類變流電路的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡化。圖中，四只GTR分為兩組，和為一組，和為另一組。 電機(jī)PWM驅(qū)動模塊的電路本電路采用的是以大功率GTR為開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。這可通過調(diào)用子程序來解決，當(dāng)系統(tǒng)中有顯示子程序時，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時達(dá)到消除抖動的目的。因此，在程序中要考慮防抖動的問題。一般按鍵在按下的時候有抖動的問題，即鍵的簧片在按下時會有輕微的彈跳，需經(jīng)過一個短暫的時間才會可靠地接觸。但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。 電路中幾乎沒有產(chǎn)生高頻或者低頻輻射信號的元件，工作頻率低，易于控制。2. 電源的優(yōu)點(diǎn) 電路簡單，穩(wěn)定，調(diào)試方便(幾乎不用調(diào)試)。1. 此電源的缺點(diǎn) 此電源是線性穩(wěn)壓電路，所有有其特有的內(nèi)部功率損耗大，全部壓降均轉(zhuǎn)換為熱量損失了。二極管IN4007用來卸掉C2上的儲存電能，防止反向擊穿LM7805。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，C2一般為1μF。三端集成穩(wěn)壓器LM7805正常工作時，輸入、輸出電壓差2～3V。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。對于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降。我國和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類串聯(lián)集成穩(wěn)壓器。 選用7805，一方面簡單；另一方面比較常用且比較便宜。 78L05（電流較小）：最大輸出電流100mA，內(nèi)部過熱保護(hù)，典型輸入電壓7～20V， ~，靜態(tài)電流典型值3mA。 穩(wěn)壓電源電路電池放電時內(nèi)阻穩(wěn)定的增大，電壓則穩(wěn)定的減小， 而且接上大功率的負(fù)載時電壓會瞬時降低， 不能用于提供固定的電壓，對于各種IC芯片需要的穩(wěn)定電壓， 需要專門的穩(wěn)壓器件，或者穩(wěn)壓電路， 基本的穩(wěn)壓器有兩種：線性（LDO）和開關(guān)（DCDC）， 其中前者只能降壓使用，而前者還可以升壓使用而且效率很高。按鍵手動復(fù)位為電平方式。當(dāng)按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作，這是手動復(fù)位原理。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。判斷單片機(jī)芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的方法，就是用萬用表測量單片機(jī)晶振引腳（18，19腳）的對地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬用表測量為例：。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器的頻率高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。復(fù)位電路單片機(jī)時鐘電路輸入電路驅(qū)動電路 時鐘電路單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？刂撇糠植捎脜R編語言編程控制，AT89C51芯片的定時器產(chǎn)生PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)波形的寬度來控制H電路中的GTR通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。硬件電路設(shè)計框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設(shè)想由以下6部分組成：時鐘電路、復(fù)位電路、單片機(jī)、驅(qū)動電路。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。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。方案二：單極性工作制。(2) PWM調(diào)速工作方式方案一：雙極性工作制。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。方案三：采用由三極管組成的H型PWM電路。方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時針方向）。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。電路中，H橋式電機(jī)驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機(jī)。電路得名于“H橋式驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng) H橋電機(jī)驅(qū)動的概述采用PWM進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，其實就是把波形作用于電機(jī)驅(qū)動電路的使用端，因此有必要