【正文】 特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。本 PWM 發(fā)生電路通過兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 就可 實 現(xiàn) PWM 信號的產(chǎn)生，因此選用 4585 作為信號發(fā)生電路。由于單片機上電復(fù)位時 P1 端口輸出全為 ―1‖，使用數(shù)值比較器 4585 的 B 組與 P1 端口相連，升速時 P0端口輸出 X 按一定規(guī)律減少，而降速時按一定規(guī)律增大。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9 由全 ―1‖變?yōu)槿?―0‖時，圖中 U2 的（ AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖剑@樣就在 U2 的（ AB）端得到了 PWM 的信號，它的占空比為（ 255 X / 255） *100%，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM 信號的占空比，從而進(jìn)行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。 12 位串行計數(shù)器 4040 的計數(shù)輸入端 CLK 接到單片機 C51 晶振的振蕩輸出 XTAL2。 兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 U U3 的 A 組接 12 位串行 4040計數(shù)輸出端 Q2—Q9，而 U U3 的 B 組接到單片機的 P1 端口。當(dāng) PWM 波的頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當(dāng) PWM 波的 頻率在 18KHz 左右時，效果最好。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 如 圖 28 所示： 圖 28 PWM 方波 設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va 指的是電機的平均速度； Vmax 是指電機在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。通過改變直流電機電樞上電壓的 ―占空比 ‖來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。石英晶振起振后，應(yīng)能在 XTAL2 線上輸出一個 3V 左右的正弦波，以便于 8051 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C C2 可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) fOSC 的目的。如果 ____EA =1，那么允許使用片內(nèi) ROM；如果 ____EA =0，那么允許使用片外 ROM。 ALE/ _________PROG ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲器時， 8051CPU 在 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在 ALE/ _________PROG 線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用 于把這個片外存儲器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個引腳不盡相同 。它 圖 26 6264 引腳圖 10 的第二功能和 P0 口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高 8 位地址，共同選中片外存 儲器單元，但是并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。第二種情況是8051 帶片外存儲器， 在 CPU 訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低 8 位地址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。其引腳圖如 圖 26 所示： 8051 單片機擴展電路及分析 圖 27 8051 單片機擴展電路及分析 接線分析 ： ：這 8 個引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。 數(shù)據(jù)存儲器擴展常使用隨機存儲器芯片，用的較多的是 Intel 公司的 6116 容量為 2KB 和6264 容量為8KB。靜態(tài) RAM 有6116(2KB)、 6264(8KB)等，動態(tài) DRAM2164(8KB)等，另外還有集成IRAM 和 E2PROM。 27128 的引腳圖如 圖 25 所示： 8 圖 25 27128 結(jié)構(gòu)圖 3．?dāng)?shù)據(jù)存儲器 8051 單片機有 128B RAM，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過 128B 也需要把數(shù)據(jù)存儲區(qū) 進(jìn)一步擴展。其引腳圖 如圖 24 所示 ： 7 圖 24 74L373 引腳圖 2．程序存儲器 存儲器是單片機的又一個重要組成部分，其中程序存儲器是單片機中非常重要的存儲器，但由于其存儲空間不足，常常需要對單片機的存儲器空間進(jìn)行擴展，擴展程序存儲器常用芯片有 EPROM（紫外線可擦除型），如 2716（ 2KB）、 2732（ 4KB）、 2764（ 8KB）、 27128（ 16KB）、 27256（ 32KB）等，另外還有＋ 5V 電擦除 E2PROM，如2816（ 2KB）、 2864（ 8KB）等等。 當(dāng)使 能端呈高電平時，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實現(xiàn)鎖存。 3． 8051 單片機引腳圖 6 圖 23 8051 單片機引腳圖 單片機系統(tǒng)中所用其他芯片 選型 1． 地址鎖存器 地址鎖存器可以選擇多種，有地址鎖存功能的器件有 74LS37828 74LS273 等， 8282 是地址鎖存器，功能與 74LS373 類似，但本系統(tǒng)選用 74LS373 作為地址鎖存器，考慮到其應(yīng)用的廣泛性以及具有良好的性價比，成為目前在單片機系統(tǒng)中應(yīng)該較廣泛的地址鎖存器。 定時器： 8051 片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進(jìn)行控制。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前 128 個單元，簡稱內(nèi)部 RAM。其基本組成如下圖所示： 圖 22 8051 基本結(jié)構(gòu)圖 2． CPU 及 部分 部件的作用功能介紹如下 中央處理器 CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。 總體 硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 本系統(tǒng)采用 89C51 控制輸出數(shù)據(jù)，由 PWM 信號發(fā)生電路產(chǎn)生PWM 信號，送到直流電 機，直流電機通過測速電路，濾波電路，和A/D 轉(zhuǎn)換電路交數(shù)據(jù)重新送回單片機，進(jìn)行 PI 運算，從而實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機調(diào)速的目的。硬件部分是前提， 4 是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運行的平臺。 系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為依托，根據(jù) PWM 調(diào)速的基本原理，以直流電機 電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速，并通過單片機控制速度的變化。因此， PWM 又被稱為 ―開關(guān)驅(qū)動裝置 ‖。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi) ―接通 ‖和 ―斷開 ‖時間的長短。 2. 總體 設(shè)計 概述 單片機直流電機調(diào)速簡介：單片機直流調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速。文章中采用了專門的芯片組成了 PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過放大來驅(qū)動電機。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間 的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為 PWM控制技 3 術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 研究方法 本文主要研究了利用 MCS51 系列單片機，通過 PWM 方式控制直流電機調(diào)速的方法。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響 ，故系統(tǒng)的運行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展 ， 到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì) 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。直流電機調(diào)速基本原理是比較簡單的（相對于交流電機），只要改變電機的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PI 運算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。此外，本文中還采用了芯片 IR2110 作為直流電機正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊，并且把它與延時電路相結(jié)合完成了在主電路中對直流電機的控制。河南科技 學(xué) 院 2021 屆 本科 畢業(yè)論 文 論 文 題 目 ： 基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 所在院系： 信息工程學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 計算機科學(xué)與技術(shù) 導(dǎo)師姓名： 曲培新 完成時間： 20210522 1 摘 要 本文主要研究了利用 MCS51系列單片機控制 PWM信號從而實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。文章中采用了專門的芯片組成了PWM 信號的發(fā)生系統(tǒng)，并且對 PWM 信號的原理、產(chǎn) 生方法以及如何通過軟件編程對 PWM 信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細(xì)的闡述。另外