【正文】 AD3 AD2 AD1 AD0 圖 34 8155 的芯片引腳結(jié)構(gòu) 21 8155 芯片引腳的功能 AD0~AD7 功能是三態(tài)地址 /數(shù)據(jù)總線。 ?一個(gè) 6 位 I/O 口， C 口。 8155 芯片的引腳結(jié)構(gòu) 8155 芯片的片內(nèi)資源有： ?256 字節(jié)的 RAM，最快存取時(shí)間為 400ms。由 A 口連接 ADC0809 芯片的 DB0～ DB7,以讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 單片機(jī)的基本組成 8051 單片機(jī)的基本組成如圖 33所示。 PSEN 功能是程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。 RST/VPD 功能是復(fù)位信號(hào)輸入端。 XTAL1 功能是接外部晶體的一個(gè)引腳。 VCC功能是接 +5V電源。 ~ 功能是 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 8051 的各引腳功能 ~ 功能是 8位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 單片機(jī)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)采用以 8051 為核心的數(shù)字式直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，圖 32 給出了 8051 D/A 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 顯示電路 通信電路 報(bào)警電路 擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器 鍵控電路 A/D 4 路被測(cè)模擬信號(hào) 圖 31硬件電路結(jié)構(gòu)框圖 17 8051 芯片引腳結(jié)構(gòu)。 16 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，提出如 31 所示的硬件電路組成框圖。單片機(jī)將使人類(lèi)的生活更加方便舒適，豐富多彩。如數(shù)字濾波、誤差修正、線性化處理等。 （ 4）在智能接口中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，特別是較大型的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中采用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制管理，單片機(jī)與主機(jī)并行工作，可大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。 （ 3）在機(jī)電一體化中的應(yīng)用 單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合使傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制走向智能化，構(gòu)成新一代的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 （ 2）在智能化儀器儀表中的應(yīng)用 單片機(jī)應(yīng)用于儀 器儀表設(shè)備中促使儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化和綜合化等方向發(fā)展。 3．單片機(jī)的應(yīng)用 14 （ 1）在測(cè)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 單片機(jī)可以用于構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。單片機(jī)的尋址能力也已突破 64KB 的限制，有的已可達(dá)到 1MB 和 16MB，片內(nèi)的 ROM容量可達(dá) 62MB， RAM 容量則可達(dá) 2MB。 （ 4）優(yōu)異的性能價(jià)格比 單片機(jī)的性能極高。 （ 2）控制功能強(qiáng) 為了滿(mǎn)足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件：分支轉(zhuǎn)移能力、 I/O 口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專(zhuān)門(mén)的控制功能。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì) 的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的 CPU。 2．單片機(jī)的特點(diǎn) 單片機(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它具有如下特點(diǎn)。 （ 4）串行 I/O 口 高速的 8 位單片機(jī)都可提供全雙工串行 I/O 口，因而能和某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連接。 （ 3）并行 I/O 口 單片機(jī)為了突出控制的功能，提供了數(shù)量多、功能強(qiáng)、使用靈活的并行 I/O口。例如 AT89 系列單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在線編程，也可下載。它不需紫外線擦除，編程與擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易揮發(fā)，可保存10 年。用戶(hù)可通過(guò)專(zhuān)用的寫(xiě)入器將應(yīng)用程序?qū)懭?OTPROM 中，但只允許寫(xiě)入一次。 89C51 就是 ROMLESS 型的單片機(jī)。 8751 就是采用 EPROM 的單片機(jī)型號(hào)。 EPROM 此種芯片帶有透明窗口，可通過(guò)紫外線擦除程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容。所以它適合于程序已定型，并大批量使用的場(chǎng)合。 ② 程序存儲(chǔ)器（ ROM） 單片機(jī)的應(yīng)用中常常將開(kāi)發(fā)調(diào)試成功后的應(yīng)用程序存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中，因?yàn)椴辉俑淖?，所以這種存儲(chǔ)器都采用只讀存儲(chǔ)器 ROM 的形式。同時(shí)，單片機(jī)內(nèi)還把專(zhuān)用的寄存器和通用的寄存器放在同一片內(nèi) RAM 統(tǒng)一編址，以利 于運(yùn)行速度的提高。 ① 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 在單片機(jī)中，用隨機(jī)存取的存儲(chǔ)器（ RAM）來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，暫存運(yùn)行期間的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、緩沖和標(biāo)志位等，所以稱(chēng)之為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用中“面向控制”的特點(diǎn)，一般需要較大的程序存儲(chǔ)器。另一種是將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器截然分開(kāi)，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為哈佛（ Harvard）結(jié)構(gòu)。一種是普林斯頓結(jié)構(gòu)（ Princeton），將程序和數(shù)據(jù)合用一個(gè)存儲(chǔ)器空間，即 ROM 和 RAM 的地址同在一個(gè)空間里分配不同的地址。 （ 1）中央處理器 單片機(jī)中的中央處理器 CPU 和通用微處理器基本相同，由時(shí)鐘 OSC 中央處理器CPU 各種 I/O 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器CTC 程序存儲(chǔ)器ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM 內(nèi)部總線 …… 中斷 11 運(yùn)算器和控制 器組成，另外增設(shè)了“面向控制”的處理功能，如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運(yùn)算、狀態(tài)檢測(cè)、中斷處理等，增強(qiáng)了實(shí)時(shí)性。 單片機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1． 單片機(jī)的基本組成 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是將組成計(jì)算機(jī)的基本部件集成在一塊晶體芯片上，構(gòu)成一臺(tái)功能獨(dú)特的、完整的單片微型計(jì)算機(jī)。但是，一般的單片機(jī)目前 還沒(méi)有通用的系統(tǒng)管理軟件或監(jiān)控程序，而只是放置由用戶(hù)調(diào)試好的應(yīng)用程序。它有惟一的專(zhuān)門(mén)為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，加上它的芯片級(jí)的體積和在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境下的高可靠性，它最能滿(mǎn)足各種中、小型對(duì)象的嵌入式應(yīng)用要求。 芯片級(jí)嵌入式系統(tǒng)則以單片機(jī)最為經(jīng)典。 板級(jí)嵌入式系統(tǒng)則有各種類(lèi)型的帶 CPU 的主板及 OEM產(chǎn)品。它們大都有豐富的通用計(jì)算機(jī)軟件及周邊外設(shè)的支持，有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)也很方便。從形式上可將嵌入式系統(tǒng)分為系統(tǒng)級(jí)、板級(jí)和芯片級(jí)。實(shí)時(shí)性是它的主要特征，對(duì)系統(tǒng)的物理尺 寸、可靠性、重啟動(dòng)和故障恢復(fù)方面也有特殊的要求。單片機(jī)的發(fā)展主要還是表現(xiàn)在其接口和性能不斷滿(mǎn)足多種多樣檢測(cè)控制對(duì)象的要求上，尤其突出表現(xiàn)在它的控制功能上，構(gòu)成各種專(zhuān)用的控制器和多機(jī)控制系統(tǒng)。但它的發(fā)展方向是高性能、高可靠性、低功耗、低電壓、低噪音和低成本。它構(gòu)成的檢測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)該有實(shí)時(shí)的、快速的外部響應(yīng)，應(yīng)該能迅速采集到 大量數(shù)據(jù)，能在做出正確的邏輯推理和判斷后實(shí) 9 現(xiàn)對(duì)被控制對(duì)象參數(shù)的調(diào)整與控制。高性能的 32 位、 64 位微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正向中、大型計(jì)算機(jī)挑戰(zhàn)。它不僅可以處理文字、字符、圖形、圖像等信息，而且還可以處理音頻、視頻等信息，并正向多媒體、人工智能、數(shù)字模擬和仿真、網(wǎng)絡(luò)通信等方向發(fā)展。 微處理器 MPU 是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，它的性能決定了微型計(jì)算機(jī)的性能。目前按單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為 4 位、 8位、 16位及 32位單片機(jī)。但是，在國(guó)內(nèi)單片機(jī)的叫法仍然有著普遍的意義。這些對(duì)外電路及外設(shè)接口已經(jīng)突破了微型計(jì)算機(jī)（ microputer）傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，所以更為確切反映單片機(jī)本質(zhì)的名稱(chēng)應(yīng)是微控制器。 由于單片機(jī)面對(duì)的是測(cè)控對(duì)象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上 8 來(lái)說(shuō)都是應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而誕生的。 第 2 章 基本原理 單片機(jī)概述 單片機(jī)應(yīng)用概念 所謂單片機(jī)，即把組成微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，如中央處理器 CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、輸入 /輸出接口電路、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等集成在一塊芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。 （ 4）電網(wǎng)電壓： 0~500V， 330~430V，超限 4發(fā)光二極管亮，反之，滅。 （ 2）工作電壓： 0~250V， 200~240V，超限 2發(fā)光二極管亮，反之，滅。 設(shè)計(jì)的基本要求：本系統(tǒng)在調(diào)速過(guò)程中需要采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，工作電壓，工 7 作電流以及電網(wǎng)電壓四路模擬信號(hào)；每隔 10ms 循環(huán)采樣一次，采樣滿(mǎn) 5 次后進(jìn)行中值濾波，同時(shí)將采集的四路模擬信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，顯示各參數(shù)的實(shí)際值。 本課題的設(shè)計(jì)目的是使用單片機(jī)來(lái)控制 PWM 的占空比來(lái)更精確的控制直流電機(jī)調(diào)速。 本設(shè)計(jì)引入微機(jī)系統(tǒng)為調(diào)速系統(tǒng)的監(jiān)控，管理和數(shù)據(jù)處理的設(shè)備，具有非常友好的人機(jī)界面，控制靈活方便，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)運(yùn)算性能好，響應(yīng)速度快，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，以滿(mǎn)足不同的控制要求。數(shù)字控制器具有很強(qiáng)的通信組網(wǎng)功能，不僅可以與上位機(jī)通信，在數(shù)字式直流傳動(dòng)裝置之間， PLC 之間和數(shù)字式交流傳動(dòng)裝置之間都可以進(jìn)行快速交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全局自動(dòng)化。對(duì)被控對(duì)象電動(dòng)機(jī)的各種 狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)快速，寬范圍，高分辨率，高精度的檢測(cè)，為高性能傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了基 6 本條件?，F(xiàn)階段較為先進(jìn)的機(jī)床直流調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)化數(shù)字控制的直流調(diào)速控制器。數(shù)字化技術(shù)是制造業(yè)優(yōu)質(zhì)低耗，降低成本和快速響應(yīng)市場(chǎng)的首選技術(shù)。對(duì)已經(jīng)商品化集成化的產(chǎn)品進(jìn)行微機(jī)化全數(shù)字式直流控制系統(tǒng)的更行改造，有極其高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用前景。 數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義 目前在不少機(jī)械制造企業(yè)中使用的 B2151， B2152 等大型龍門(mén)刨床 ， 其所使用的 KTS300/200A 直流無(wú)級(jí)調(diào)速控制柜屬于可控制邏輯控制無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速控制系統(tǒng)。 (3)單片機(jī)控制方式 隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用 ,以單片機(jī)特別是 8051 系列單片機(jī)作為控制核心的步進(jìn)電機(jī)控制電路在生產(chǎn)生活領(lǐng)域得到了普及 ,單片機(jī)有著大規(guī)模數(shù)字集成電路和高成本控制芯片難以比擬的控制優(yōu)勢(shì) :體積小、價(jià)格便宜、 5 通用性的接口以及編程簡(jiǎn)易。但是變頻器的應(yīng)用成本較高 ,結(jié)構(gòu)和操作也比較復(fù)雜 ,無(wú)形中提高步進(jìn)電機(jī)的控制難度。上訴的控制方法僅是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用和研究的一個(gè)側(cè)面，國(guó)內(nèi)外還有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了不同程度的研究。該方法對(duì)模糊控制理論在小慣性系統(tǒng)上對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了嘗試。這種單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)不僅具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，而且還具有令人滿(mǎn)意的魯棒性與自適應(yīng)性。 （ 3）、單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制的方法。 （ 2）、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒āＴ摲椒〒?jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，即可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)的內(nèi)部參數(shù)。數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展空間。 國(guó)內(nèi)研究概況 目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展尚處于初級(jí)發(fā)展的階段，國(guó)內(nèi)沒(méi)有完全自主的數(shù)字化直流調(diào)速裝置生產(chǎn)企業(yè)，大量的設(shè)備需要通過(guò)進(jìn)口，但這些設(shè)備價(jià)格昂貴無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需要。所有控制 3 調(diào)節(jié)監(jiān)控及附加功能都由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，可選擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。設(shè)計(jì)電流范圍為 15A 至 1200A 并可通過(guò)并聯(lián) SITOR 可控硅單元進(jìn)行擴(kuò)展。 數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究概述 國(guó)外研究概況 20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著全球數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，國(guó)外的各大企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始將數(shù)字化制造技術(shù)當(dāng)作了核心的技術(shù)來(lái)發(fā)展，數(shù)字化的競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈。通過(guò)與計(jì)算機(jī)的連通，直流調(diào)速系統(tǒng)的器件構(gòu)成明顯減少，故障率明顯下降，在維修方面也變得更加的簡(jiǎn) 單。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，出現(xiàn)的數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)始全面取代了由模擬分立器件構(gòu)成的直流傳動(dòng)系統(tǒng)，直流傳動(dòng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。隨著科技的發(fā)展，由于 高集成化、小型化、高可靠性及低成本 的控制電路的出現(xiàn)， 直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化 ，在各個(gè)領(lǐng)域中起著越來(lái)越重要的作用。首先，長(zhǎng)久使用的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及其水銀整流裝置被晶閘管整流裝置所取代，形成了晶閘管 電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng) VM系統(tǒng)）完成了電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的一次大躍進(jìn)。 六七十年來(lái)， 直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的變革。 （ 3）調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓和溫度變化引起漂移兒產(chǎn)生運(yùn)算誤差。傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的觸發(fā)器以及調(diào)節(jié)器都是由模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是： （ 1）觸法精度易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。 II 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)；雙閉環(huán)；直流電機(jī)；數(shù)字式； MATLAB/Simulink III The Design of the Digital DC Motor Speed System ABSTRACT This paper mainly referred to the status quo, DC speed regulation system research, development, several control methods and significance, DC motor with wide speed range, speed smooth, large starting torque, the advantages of good starting performance, so it is widely used in industrial drive system, the continuous development of DC speed regulation technology, mature, perfect, seriation, standardization, plays a more and more important role in each field. Application of the product appearance, has brought greater glory for t