【正文】 系統(tǒng) 8kB 可反復擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 32個雙向 I/O 口； 256x8bit 內(nèi)部 RAM； 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷； 時鐘頻率 024MHz； 2個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2個外部中斷源，共 8個中斷源； 2個讀寫中斷口線， 3級加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設置睡眠和喚醒功能； 1有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 管腳說明 圖 7 AT89C52引腳 如圖 7所示 AT89C52P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器如圖 所示，采用工業(yè)標準的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。 圖 6 電動機 4個運行象限 基于 H 橋驅(qū)動直流電機的調(diào)速系統(tǒng)的電路設計 11 3 系統(tǒng)元器件介紹 單片機的選型： AT89C52 是 51 系列單片機的一個型號，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。電動機能在幾個象限內(nèi)工作與控制方式和電路結(jié)構有關。 根據(jù)直流電動機的轉(zhuǎn)矩（電流）與轉(zhuǎn)速的關系，可以做一個圖來表示電動機運行狀態(tài)，如圖 6所示。新一代單片機增加了許多功能，其中包括 PWM 功能。在單片機控制直流電動機中，使用專用的 PWM 集成電路可以減輕單片機的負擔，工作可靠。從 PWM控制技術出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，現(xiàn)在市場上已有許多中。這種方法要占用 CPU大量時間，使單片機無法進行其它工作，因此也逐漸被淘汰。 （ 2）軟件模擬法。 廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 PWM 控制信號產(chǎn)生的方法 （ 1）分立電子元件組成的 PWM 信 號電路。 前兩種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法很少用。 （ 3）定頻調(diào)寬法。 （ 2）調(diào)寬調(diào)頻法。 （ 1）定寬調(diào)頻法。可知，當電源電壓 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51取決于占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的大小，改變 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51的值就可以改變電樞兩端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。 圖 5 PWM 調(diào)速控制原理和電壓波形圖 占空比 8279SL1+5VIRQCLKA0CSRDWRD0D7CNTLSHIGTRESET1512 141311109876543210RL3RL2RL1RL0SL0SL2SL3A03B0 3驅(qū)動器P0WRRDALEINT183C5521KAT89S51表示了在一個周期 T里，開關管導通的時間與周期的比值。這樣，對應者輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖25(b)所示。 1t 秒后，柵極變?yōu)榈碗娖?，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為 0。圖 25 是利用開關管對直流電動機進行 PWM 調(diào)速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。實際生活中，絕大多數(shù)直流電動機采用開關驅(qū)動方式 /開關驅(qū)動方式是使半導體 功率器件工作在開關狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。對電動機的驅(qū)動離不開半導體功率器件。 直流電機電樞的 PWM 調(diào)壓調(diào)速原理 直流電機轉(zhuǎn)速 n的表達式為式（ 26）： ??? K IRUn (26) 式中： U—— 電樞端電壓； I—— 電樞電流； R—— 電樞電路總電阻； ? —— 每極磁通量； K—— 電動機結(jié)構參數(shù)。在電壓比較器的兩個輸入端輸入 控制信號和三角波信號，則比較器的輸出將按以下規(guī)律變化： Ui Ud 時，輸出正的電壓 Ucc? ； Ui Ud? 時，輸出負的電壓 Udd? 。調(diào)制產(chǎn)生 PWM信號的工作原理如圖 4(a)所示。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準，如三角波。這里簡要介紹一下用三角波作調(diào)制信號的脈寬調(diào)制器生成 PWM 波的方法。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)。 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 PWM 變換器。 （ 2）同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài) 抗擾能力強。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點 與 VM系統(tǒng)相比， PWM 調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： （ 1）由于 PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達 1：10000 左右。脈沖寬度 基于 H 橋驅(qū)動直流電機的調(diào)速系統(tǒng)的電路設計 7 調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。 （ a）原理圖 （ b）電壓波型 圖 3 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關狀態(tài)。加到電動機上；當 VT 斷開時，直流電源與電動機斷開，電動機電樞端電壓為零。 圖 3 為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中 VT 代表開關器件。 圖 2 晶閘管－電動機調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（ VM系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負載上，通過通、斷時間的變化來改變負載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流－直流變換器。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。且技術落后，因此擱置不用。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。用靜止 的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。 改變電阻調(diào)速缺點 很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設備簡單，操作方便。 變化時間遇到的時間常數(shù)同 變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所需電源容量小。 （ 2）改變電動機主磁通 。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。 直流電機的幾種調(diào)速方法 根據(jù)直流電機的基本原理，由感應電勢、電磁轉(zhuǎn)矩以及機械特性方程式可知，直流電動機的調(diào)速方法有三種： 基于 H 橋驅(qū)動直流電機的調(diào)速系統(tǒng)的電路設計 5 （ 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U。 KCe ?? (24) (24)式中：當電機型號確定后， CeΦ為常數(shù)，故式式 (21)改為 K RaIUn NN ?? (25) 在中小功率直流電機中，電樞回路電阻非常小，式 (25)中 INRa 項可省略不計，由此可見，當改變電樞電壓時，轉(zhuǎn)速 n隨之改變，達到直流電機的調(diào)速的目的。直流電動機的轉(zhuǎn)速 n和其它參數(shù)的關系可用下式來表示： ??? C RIUn e aNN (22) (22)式中： UN 是電樞電壓， IN 是電樞電流， Ra 是電樞回路總電阻， Ce是電勢常數(shù)，Φ是勵磁磁通。當外力作用使其旋轉(zhuǎn)，駛?cè)霗C械能時，電機處于發(fā)電機狀態(tài)，輸出電能；當在電刷兩端施加電壓輸入電能時，電機處于電動機狀態(tài)，帶動負載旋轉(zhuǎn)輸出機械能。如果直流電動機軸上帶有負載，它便輸出機械能，可見直 流電動機是一種將電能夠轉(zhuǎn)化成機械能的電氣裝置。電磁力對轉(zhuǎn)軸形成順時針方向的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子而使其旋轉(zhuǎn)。 直流電機的工作原理 根據(jù)電磁學基本知識可知，載流導體在磁場中要受到電磁力的作用。在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動的場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。 由于直流電動機具有極好的運動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機那樣結(jié)構簡單、價 格便宜、制造方便、維護容易，但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。 基于 H 橋驅(qū)動直流電機的調(diào)速系統(tǒng)的電路設計 3 2 直流電機調(diào)速控制概述 直流電機調(diào)速方法通常有機械的、電氣的、液壓的、氣動的幾種，僅就機械與電氣調(diào)速方法而言，也可采用電氣與機械配合的方法來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。單片機的 T0口可對該脈沖信號進行計數(shù)。這種設計方法具有頻率響應高 (響應頻率達 20 kHz 以上 )、輸出幅值不變、抗電磁干擾能力強等特點。此外，也可以通過設置鍵盤來 設定電機轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)的設計任務包括硬件和軟 件兩大部分，其中硬件設計包括方案選定、電路原理圖設計、PCB 繪制；軟件設計包括內(nèi)存空間的分配，直流電機控制應用程序模塊的設計，程序調(diào)試等。 直流電機控制系統(tǒng)主要是以 AT80C52單片機為核心組成的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)中的電機轉(zhuǎn)速與電機兩端的電壓成比例，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此，由 MCU 內(nèi)部的可編程計數(shù)器陣列輸出 PWM 波，以調(diào)整電機兩端電壓與控制波形的占空比，從而實現(xiàn)調(diào)速。 利用 H 橋控制直流電機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的設計項目發(fā)展 目前使用的電機模擬控制 電路 都比較復雜，測量范圍與精度不能兼顧，且采樣時間廣東技術師范學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 較長，難以測得瞬時轉(zhuǎn)速。 畢業(yè)設計（論文）所采用的研究方法和手段： 根據(jù)市場需求和發(fā)展趨勢， 本設計將介紹一種基于 H 橋驅(qū)動作為基礎、單片機內(nèi)部時鐘產(chǎn)生 PWM調(diào)速的 直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。正是這些技術的進步使電機控制技術在近 20 多年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化，其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機 和 H橋驅(qū)動模塊 為主的微處理器控制，形成數(shù)字和模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制的應用，并曾向全數(shù)字化控制方向快速發(fā)展。當前電機控制器 的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機的新型單片機控制器。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備中，還是在日常生活中的家用電器中，都大量地使用著各種各樣的電動機。 DC Motor Speed。 關鍵詞： PWM 調(diào)速； H 橋驅(qū)動；直流電機測速；數(shù)碼管顯示