【正文】 處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起， 特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 主要功能特性 （ 1） AT89C51 與 MCS51 兼容 ； （ 2） 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ； （ 3） 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； （ 4） 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ； （ 5） 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； （ 6） 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ； （ 7） 1288 位內(nèi)部 RAM； （ 8） 32 可編程 I/O 線 ； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng) CPU 的選擇 12（ 9） 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； （ 10） 5 個(gè)中斷源 ； （ 11） 可編程串行通道 ； （ 12） 低功耗的閑置和掉電模式 ； （ 13） 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 MCS51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 如圖 41所示 ： T0 T1 時(shí)鐘電路 ROM RAM 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 CPU 并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng) P0 P1 P2 P3 TXD RXD INT0 INT1 圖 41 MCS51單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖 MCS51 系列單片機(jī)是 Intel 公司推出的通用型單片機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： （ 1） 8 位 CPU； （ 2） 片內(nèi)震蕩及時(shí)鐘電路； （ 3） 32 根 I/O 線； 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng) CPU 的選擇 11（ 4） 外部存儲(chǔ)器尋址范圍 ROM、 RAM 各 64K； （ 5） 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； （ 6） 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； （ 7） 全雙工串行接口。 除 此之外， 四者 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及 引腳完全 相同 [2]。 MCS51 的 典 型產(chǎn)品有： 803 805 875 89C51。 最近 Intel 公司又 推出片內(nèi)帶 E2PROM型的單片機(jī)。 （ 6） 用 MAX7219 驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼 管的 顯示器 來顯示結(jié)果， 硬件電路簡(jiǎn)單，操作者易控制 。 （ 4） 采用紅、綠、黃三色燈提示小車行駛狀態(tài)。 （ 2） 雙電源供電 ，控制電路電源和電動(dòng)機(jī)電源隔離， 提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。 我們認(rèn)為本 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的穩(wěn)定可靠性更為重要， 電源采用 5 節(jié) AA 電池 和 1 節(jié) 9V方型電池 。將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)以及周邊電路電源完全隔離，利用光耦合器傳輸信號(hào)。這樣可以用家用電帶動(dòng)小車，但對(duì)于小車來說不方便，因?yàn)橹悄苄≤囀枪I(yè)化的模型，在室外行駛，所以系統(tǒng)采用這種方案會(huì)限制了小車的行駛范圍。這樣供電比較簡(jiǎn)單；但是由于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間電流很大，而且 PWM 驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)電流波動(dòng)很大，會(huì)造成電壓不穩(wěn)、有毛刺等干擾，嚴(yán)重時(shí)可能造成單片機(jī)系統(tǒng)掉電，缺點(diǎn)十分明顯。 電源模塊的選擇 整個(gè)系統(tǒng)的正常工作要在有電源的情況下，而我們所學(xué)到的知識(shí)中有很多種提供電源的方法，而我們必須考慮到系統(tǒng)的工作環(huán)境以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本等問題我們必須選擇最適合的電源模塊。數(shù)碼管只能顯示數(shù)字， MAX7219 只有三根線與微處理器相連，所以 其硬件電路簡(jiǎn)單，操作者易控制， 能在 短時(shí)間內(nèi)完成題目的要求，選擇數(shù)碼 管 顯示是非常明智和必要的。但硬件電路復(fù)雜，不易控制， 成本高， 在短時(shí)間內(nèi)不能達(dá)到題目 的顯示 要求。 方案一： 采用液晶顯示器。 基于 對(duì)系統(tǒng)要求 考慮，采用紅外發(fā)光二極管和接收管組合。由于采用紅外管代替普通可見光管，可以降低環(huán)境光源干擾； 紅外發(fā)光二極管和接收管組合 ,由于紅外光的波長(zhǎng)比可見光長(zhǎng)，因此受可見光的影響較小，同時(shí)紅外系統(tǒng)還具有尺寸小、重量輕、能有效防止可見光波的干擾，對(duì)輔助裝置要求最少、 對(duì)人眼無傷害等優(yōu)點(diǎn)。這種方案的缺點(diǎn)在于其他環(huán)境光源會(huì)對(duì)光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判；雖然采取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。而數(shù)據(jù)采集對(duì) 路面黑線 探測(cè) 的大致原理 是 :根據(jù) 光線照到路面 上對(duì)黑線和白紙 的反射系數(shù)不同。 基于上述理論分析， 采用利用 8050、 8550 等不同三極管的組合，構(gòu)造一座“橋”，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。該“橋”的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、易控制、帶負(fù)載能力強(qiáng)。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。更主要的問題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)很困難。 方案一： 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。下面對(duì) 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的 方案進(jìn)行論證。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 6 圖 22 系統(tǒng)組成框圖 單 片機(jī) AT89C51 數(shù) 據(jù) 采 集 模 塊 電 源 數(shù)碼 管顯示 （ 時(shí)間 、 路程顯示 ） 電機(jī) 調(diào)速電路 數(shù)碼管 驅(qū)動(dòng) 路程檢測(cè)電路 行 駛 狀 態(tài) 顯 示 脈寬調(diào)制 （ PWM） 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證 7 3 系統(tǒng) 方案的 設(shè)計(jì) 與論證 根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是完成電動(dòng)小汽車在規(guī)定行駛路線中的速度控制，不同的行駛路段采用變速行駛，并對(duì)行程中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、顯示。 圖 22 給出系統(tǒng)組成框圖，數(shù)據(jù)采集通過光電傳感器完成對(duì)不同標(biāo)志的檢測(cè)，并以電信號(hào)脈沖的形式送入單片機(jī)的 INT0 和 T1 口。 整個(gè)系統(tǒng)包括：電源模塊、電機(jī)控制模塊、 數(shù)據(jù)采集模塊、 單片機(jī)控制處理模塊、顯示模塊。到達(dá)終點(diǎn)線小車停止后，調(diào)用延時(shí)子程，使小車停止 10s 后返回起跑線。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng) 分析和 總體設(shè)計(jì) 思路 系統(tǒng)分析 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求分析整個(gè)系統(tǒng)的過程是： 裝載直流電 機(jī)的 小車在脈寬調(diào)制下，共有三種狀態(tài)：停止?fàn)顟B(tài)、加速狀態(tài)和限速狀態(tài)。 紅色表示停止?fàn)顟B(tài)，綠色表示加速狀態(tài)，黃色表示限速 狀態(tài) ，分別接入單片機(jī)的 、 、 。 3. 限速區(qū)車輛要求低速通過，時(shí)間不能少于 8 秒，不允許在限速 區(qū)停車。 A B C D E F G H 限速區(qū) 1m 3～ 6m 2m 3～ 6m 1m 起跑線 終點(diǎn)線 圖 21 跑道頂視圖 設(shè)計(jì)要求 1. 車子從起跑線出發(fā)后到達(dá)終點(diǎn)線停車 10s，然后返回到起點(diǎn)停止。 跑道寬度 ， 表面貼有白紙，兩側(cè)有擋板，擋板與地面垂直，其高度不低 于20cm。最后在顯示器上顯示出小車行駛過的路程和走完全程所用的時(shí)間。 還有一點(diǎn)也是相當(dāng)重要的，那就是在小車的行駛過程中可能會(huì)出現(xiàn)一些行駛路程產(chǎn)生偏差的情況，這就要通過調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來使小車的偏差了降到最低，使小車在設(shè)定的車道中按照設(shè)計(jì)的要求來完成本設(shè)計(jì)所給出的要求。 顯示部分是用什么比較好？能夠及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)出小車的行駛狀態(tài)？并且硬件連接也不必太復(fù)雜。 5） 可靠性。 4） 對(duì)電源的影響。 3） 對(duì)控制輸入端的影響。 2） 效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。 2． 性能： 對(duì)于 PWM 調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，主要有以下性能指標(biāo)。 擬解決的關(guān)鍵性問題 在直流電機(jī) 調(diào)速 電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)： 1． 功能： 電機(jī)是單向還是雙向轉(zhuǎn)動(dòng)？ 需不需要調(diào)速？對(duì)于單向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，只要用一個(gè)大功率三 極管或場(chǎng)效應(yīng)管或繼電器直接帶動(dòng)電機(jī)即可，當(dāng)電機(jī)需要雙向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以使用由 4 個(gè)功率元件組成的 H 橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。小車從起跑線出發(fā)，每碰到一次黑線根據(jù)接收到的信號(hào)，通過直流電機(jī)的調(diào)速，就變換一次狀態(tài)， 每次變換狀態(tài)都有亮燈顯示，不同的狀態(tài)用不同的顏色表示， 到達(dá)終點(diǎn)后，停留 10 秒，然后返回起跑線。 H 型可逆 PWM 變換器是常用的脈寬調(diào)制器 ,它有雙極式控制 ,單極式控制和受限單極式控制三種控制方式 ,且不同的控制方式有不同特點(diǎn) 。由于直 流電機(jī)易于實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)距控制，因此 20 世紀(jì) 30年代起就開始使用直流調(diào)速系統(tǒng)。如果能夠?qū)㈦娮踊椭悄芑芎玫慕Y(jié)合在一起，那么對(duì)汽車工業(yè)的智能化發(fā)展起到相當(dāng)重要的作用，可以在 很大 程度上減少交通事故的發(fā)生，也可以降低現(xiàn)在汽車的發(fā)展對(duì)交通的壓力。將電子化和智能化用于汽車控制是對(duì)汽車工業(yè)的一次變革。通過調(diào)節(jié)信號(hào)的占空比，從而起到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度的控制，具有響應(yīng)速度快、精度高、損耗低等特點(diǎn)。 于是 90 年代出現(xiàn)了以 IGBT 為代表，具有自關(guān)斷能力并可在高速下工作的功率器 件作為開關(guān)元件的 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)成為更為先進(jìn)的直流調(diào)速方案 。 但晶閘管斬波調(diào)速器不足之處是晶閘管一旦被觸發(fā)，其關(guān)斷必須依賴換流電容和換流電感振蕩產(chǎn)生反壓來實(shí)現(xiàn)，換流電容和電感增加了裝置的成本，也增加了換流損耗；電源電壓下降還會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流失敗，使系統(tǒng)的可靠性降低；此外，由于晶閘管的開、關(guān)時(shí)間比較長(zhǎng)，加上存在換流環(huán)節(jié)，使得斬波器的工作頻率不能太高（一般在 300Hz 以下）電機(jī)上的力矩脈動(dòng)和電流脈動(dòng)比較嚴(yán)重 。 直流電動(dòng)機(jī)因其可以方便地通過改變電樞電壓和勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)速而得到廣泛的應(yīng)用，調(diào)節(jié)電樞串聯(lián)電阻來改變電樞上的電壓，是最經(jīng)典 的直流電機(jī)調(diào)速方法，有相當(dāng)部分的電能消耗在所串聯(lián)電阻上 ,很不經(jīng)濟(jì)。 直流斬波調(diào)速系統(tǒng)的核心技術(shù)是脈寬調(diào)制 （ Pulse Width Modulation） 控制技術(shù)，該技術(shù)通常簡(jiǎn)稱為 PWM控制技術(shù)，是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖列，控制電壓脈沖的寬度或周期以達(dá)到變壓目的，或控制電壓脈沖的寬度和周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。脈寬調(diào)制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的可控硅調(diào)速系統(tǒng)具有電樞電流連續(xù)性好、頻率高、響應(yīng)快等特點(diǎn)。 采用單片機(jī)控制取代了以往的模擬控制，無零點(diǎn)漂移，使控制精度更高，而且方便系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)，靈活性和適應(yīng)性更強(qiáng) 。 并詳細(xì)介紹該控制器的硬件組成、 PWM 直流調(diào)速功能 。東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 題 目： 直流電機(jī)調(diào)速控制在汽車工業(yè)中的應(yīng)用 英文題 目 ： The Application Of The DC Electrical Modulate In The Motor Industry 二零零九年 六 月 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 摘 要 本設(shè)計(jì)采 用 AT89C51 單片機(jī)作為小汽車的檢測(cè)和控制核心 ，結(jié)合直流電機(jī) PWM調(diào)速原理制成的數(shù)字直流 PWM 調(diào)速控制器 。 論文主要介紹了基于單片機(jī)用 PWM 實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速的基本方法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識(shí)，及 PWM 調(diào)整的基本 原理和實(shí)現(xiàn)方法。路面黑線檢測(cè)使用反射式光電傳感器， 采用 單片機(jī)軟件產(chǎn)生 PWM 信號(hào) 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 、 H 型驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)小汽車的正反向行駛、快慢速行駛 ，利用與 MAX7219 連接的 LED 來顯示時(shí)間和總的路程 。 關(guān)鍵 詞 ： 直流電機(jī) 調(diào)速 ； 脈寬調(diào)制； AT89C51 單片機(jī) ； LED 顯示 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABS