【正文】 DIR 端輸入低電平時， Q7 和 Q3 關(guān)斷， Q1 和 Q5 導(dǎo)通，當(dāng) PWM 端為高電平時， Q4 和 Q8導(dǎo)通， Q2 和 Q6 關(guān)斷，電流從 Q1 流向 Q4，電動機反轉(zhuǎn)，若 PWM 端為低電平，則 Q8 和 Q2 關(guān)斷，沒有電流通過電動機。于是將 e 代入電壓平衡方程 IReU ??式中，可得： U = C*Φ *ω + IR 經(jīng)過移項之后就可得出角速度和電壓的關(guān)系式： ???? C IRU? 從上式可以看出，改變外接電壓 U,電機回路電阻 R, 磁通Φ，可改變電機轉(zhuǎn)速。 由直流電機的電壓平衡方程式： IReU ?? 其中 I 為電機線圈電流， R 為線圈電阻， e 為電機的反電勢。對于一般電機控制，采用第一種方法在控制電壓變化時濾波的實現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因為濾波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整，而脈沖計數(shù)法相對來說，比較的容易控制，對外部信號要求也不高。 PWM 控制技術(shù)原理以結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。 直流電動機電路論證 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 13 圖 3 直流電動機電路 設(shè)計電路如圖 3 所示，采用 PWM—— 脈沖寬度調(diào)制， PWM 是對模擬信號電平進行數(shù)字編碼。使用元件少、線路簡單。電樞電流的脈動量小，容易連續(xù)，而且可以不必外加濾波電抗也可以平穩(wěn)工作 。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 12 止的位置只取決于脈沖信號的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。這個電路由于管子工作的飽和截止模式下，效率很高，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很強。而在用了 PWM 技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實現(xiàn) 了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。 PWM 具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。 （ 4） 中斷標(biāo)志： AT89C51 在 S5P2 時檢測 (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo) 志位置位 ,然后便在下個機器周期檢測這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。在串行口進行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時 ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 時串行口電路自動使串行口控制寄存器 SCON中的 RI或 TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向 CPU 發(fā)出串行口中斷請求 ,CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。 （ 3） 串行口中斷源：串行口中斷由 AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷。 AT89C51 內(nèi)部有兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 ,受內(nèi)部定時脈沖 (主脈沖經(jīng) 12 分頻后 )或 T0/T1 引腳上輸入的外部定時脈沖計數(shù)。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1或 IT1=1),則 CPU需要兩次檢測 INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中 斷請求是否有效 ,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。 AT89C51 在每個機器周期的 S5P2 時對 INT0、線上中斷請求信號進行一次檢測 ,檢測方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。 （ 1） 外部中斷源： AT89C51 有 INT0 和 INT1 兩條外部中斷請求輸入線 ,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號 ,并允許外部中斷源以低電 平或負邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。中斷的特點是分時操作，實時處理和故障處理。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4 個，分別為中斷源寄存器 TCON和 SCON、中斷允許控制寄存器 IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5 個，分別為外部中 斷 0 請求 INT0、外部中斷 1 請求 INT定時器 0 溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 R1 或T1。實時控制、故障自動處理、單片機與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。當(dāng)輸入至內(nèi)部時鐘信號時要通過一個二分頻觸發(fā)器，而對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 3：振蕩器： XTAL1 和 XTAL2 分別 為反向放大器的輸入和輸出。新的計數(shù)值是在檢測到輸入引腳電平發(fā)生 1 到 0 的負跳變后，于下一個機器周期的 S3P1期間裝入計數(shù)器中的，可見，檢測一個由 1 到 0 的負跳變需要兩個機器周無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 9 期，所以最高檢測頻率為振蕩頻率的 1/24。 當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)工作方式時，計數(shù)器對來自輸入引腳 T0（ ）和 T1（ ）的外部信號計數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計數(shù)。當(dāng)定時器 /計數(shù)器設(shè)置為定時工作方式時，計數(shù)器對內(nèi)部機器周期計數(shù)，每過一個機器周期，計數(shù)器加 1，直至計滿溢出。在單片機中，定時功能和計數(shù)功能的設(shè)定和控制都是通過軟件來進行的。定時器 /計數(shù)器的核心是一個加 1 計數(shù)引腳上施加器，其基本功能是加 1 功能。 2：定時器 /計 數(shù)器：定時器 /計數(shù)器（ timer/counter）是單片機中的重要部件，其工作方式靈活、編程簡單，使用它對減輕 CPU 的負擔(dān)和簡化外圍電路都大有好處。實際上，它們已被歸入專用無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 8 寄存器之列，并且具有字節(jié)尋址和位尋址功能。 單片機的內(nèi)部單元的作用： 1：并行 I/O 接口：單片機芯片內(nèi)有一項主要功能就是并行 I/O 口。對于這種無源晶體振蕩器而言，其兩端一般要加入負載電容進行頻率的微調(diào)，對于 晶體振蕩器而言，一般使用 20~30pF 的瓷片電容即可，此次是采用 30pF 的電容。 所謂雙端驅(qū)動就是說使用一個簡單的無源晶體振蕩器來構(gòu)成振蕩電路。單端驅(qū)動即時使用一個外部的穩(wěn)定時鐘信號直接輸入給單片機，該方法要求外部存在一個 穩(wěn)定的時鐘信號，一般由有源晶體振蕩器或者是其他 IC 產(chǎn)生。 震蕩電路：作用給單片機提供一個合適的工作頻率信號。注意：當(dāng)用戶單擊 SW1 時 ,由 C R6 和 SW1 構(gòu)成一個環(huán)路， C3 在改回路上進行放電，所以 R6 不可缺少；如果缺少 R6 或者 R6 阻值太小，將可能會造成 C3 損壞。 手動復(fù)位電路使用的按鍵復(fù)位電路 ，當(dāng)用戶單擊 SW1 時， RST 引腳出現(xiàn)一個高電平信號，強制驅(qū)使單片機進行復(fù)位。當(dāng)單片機上電時，因為電容兩端電壓不能突變，所以在單片機的 RST引腳產(chǎn)生一個高電平，從而使單片機復(fù)位，隨著電容 C3 充電時間延長，電容充電電路逐漸下降， RST 引腳的電壓也隨著下降。復(fù)位電路的構(gòu)成方法有很多，比如專用復(fù)位芯片、看門狗等，但是這些電路相對較為復(fù)雜，本設(shè)計的復(fù)位電路使用的是較為簡單的阻容復(fù)位電路。手動復(fù)位指的是用戶根據(jù)需要使用按鍵等方式驅(qū)動單片機進行復(fù)位的一種電路。 復(fù)位電路：單片機的復(fù)位電路包含兩種，上電復(fù)位和手動復(fù)位。 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 6 圖 2 單片機最小系統(tǒng) 下面來介紹一下 89C51 單片機最小系統(tǒng)（如圖 2），單片機最小系統(tǒng)指的是能單獨運行的最簡系統(tǒng)，一般只是包括 5V 電源、復(fù)位電路和晶振電路。它是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8KB 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器，使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造。本設(shè)計 中采用的是 Atmel 公司的帶 8KB Flash 的 8 位微控制器AT89C51 作為單片機芯片，它完全與 MCS51 系列單片機兼容（從指令集到引腳）。無論輸入量是什么類型，單片機都要根據(jù)輸出量來進行分析、處理，從而實現(xiàn)其各個功能。單片機取兩個量的商，并對小數(shù)部分進行處理，將一個整型的數(shù)據(jù)類型輸送給顯示器，顯示根據(jù)單片機的指令進行顯示。接著，測速部分控制步驟：速度的采集 —— 數(shù)據(jù)的處理 —— 速度的顯示。首先，介紹一下電機控制部分，電機控制部分控制步驟：變動數(shù)據(jù)輸入 —— 數(shù)據(jù)的處理 —— 電動的狀態(tài)。 （ 3） 由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)計中可以直接調(diào)用，減少較大工作量。與其他控制系統(tǒng)相比 ，單片機具有以下特點： （ 1） 由于現(xiàn)在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設(shè)計起來，成本比較低。 本次設(shè)計主要以 ATM 公司的 89C51 為核心元件，圍繞其外部硬件電路與軟件相結(jié)合的方式來控制電動車的加速、減速、測速等。單片機在結(jié)構(gòu)上的設(shè)計主要是面向控制的需要，因此，它的硬件結(jié)構(gòu) 、指令系統(tǒng)、和 I\O 能力等方面均有其獨特之外，其顯著的特點之一就是非常有效的控制功能，為此，又稱為微控制器 MCU。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作?，F(xiàn)代人類 生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。整體的運行性能、經(jīng)濟性等首先取決于控制系統(tǒng)，而控制系統(tǒng)更多的趨向于單片機控制。目前自行車擁有量為 4億多輛，如把 10 個自行車換成電動自行車，就需 4000以每輛均價 500 元計算，就是 60 個億，這是一個巨大的市場，有著強大的吸引力。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成 為 21 世紀(jì)的重要交通工具。目前我國電動車的保有量已經(jīng)超過 億臺，此部分包括了未進入統(tǒng)計的一些小型工廠的銷量。我國在 1992 年就把電動車的開發(fā)列人國家“八五”重點科技攻關(guān)項目。 今天，能源和環(huán)境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)工業(yè)界正在加大對電動車開發(fā)的投資力度，加快電動車的商品化步伐。市場的強大需求，推動了電動車的飛速發(fā)展，越來越智能化。但是相對而言，小汽車代價相對比較高昂，不是一 般家庭能夠承擔(dān)得起，摩托車噪音大，事故率高，安全系數(shù)低，也被很多大小城市所禁止。 關(guān)鍵詞： 直流電機、步進電機、 89C5測速電路 1 引言 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們收入的增多，衣食住行都發(fā)生這明顯的變化。無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 1 基于單片機的 智能電動車控制器 設(shè)計 摘 要 隨著市場的發(fā)展，電動車的市場日益遞增，實現(xiàn)并完善電動車的智能控制、簡單操作已經(jīng)成為需求的一部分。運用單片機的硬件電路與軟件相結(jié)合的方法來實現(xiàn)電動車的加速、減速、測速等功能，使電動車的操縱更智能，更簡單，更安全，更加適應(yīng)市場的需求。自行車代步的年代已經(jīng)過去，取而代之的是電動車，摩托車甚至是小汽車的普遍。相比前兩者，電動車有很大的市場優(yōu)勢，體型輕巧、環(huán)保、安全、經(jīng)濟適用，成為眾多人心中的理想的代步工具。其中以單片機為核心的智能控制電動車將成為目前發(fā)展的一個方向，引領(lǐng)電動時代的潮流。 中國作為 電動車最大擁有國，電動車的發(fā)展與國外基本同步。 98 年我國發(fā)展電動車以來產(chǎn)量大幅增長，從 1998 年的 萬輛發(fā)展到 2021 年的 2369 萬輛。截至目前為止我國電動車出口占全世界出口量的90%，雖然目前電動車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 2 足人們的基本需要。 中國人口眾多，具有世界最龐大的電動車市場。 現(xiàn)代電動車是融合了電力、電子、機械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。因為單片機更適合應(yīng)用于嵌計算機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機。汽車上一般配備 40PC機和其他計算的 單片機除了具備一般微型計算機的功能外，為了增強實時控制能力，絕大部分單