【正文】 能力恒定。基于以上特性，改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)的方法被廣泛采用。 圖 11 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線 圖 12 電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 7 PWM 基本原理及其實(shí)現(xiàn)方法 PWM基本原理 PWM是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在 PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。因此， PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。 由公式 12可見，當(dāng)我們改變占空比時(shí) D=t1/T，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 ，從而達(dá)到調(diào)速的目的。硬件方法的實(shí)現(xiàn)已有很多文章介紹，這里不做 贅述。 STC89C51單片機(jī)具有兩個(gè)定時(shí)器 T0和 T1。由于 PWM信號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，而不同單片機(jī)的定時(shí)器具有不同的特點(diǎn)， 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 8 即使是同一臺(tái)單片機(jī)由于選用的晶振不同，選擇的定時(shí)器工作方式不同，其定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也不同。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為 f，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器為 N位，則定時(shí)器初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系為： 1 6( 2 ) 10n NtT f?? ? ? ? (） 式中， T 定時(shí)器定時(shí)初值； N一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù)。在應(yīng)用中 應(yīng)根據(jù)具體的機(jī)型給出相應(yīng)的值。 控制程序設(shè)計(jì) 控制程序的設(shè)計(jì)有兩種方法：軟件延時(shí)法和計(jì)數(shù)法。然后，再斷電 M39。=t2/t0 。的值，從而也就改變了占空比 D。在通電過(guò)程中，對(duì)通電單位時(shí)間 t0的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并與存儲(chǔ)器的內(nèi)容進(jìn)行比較。 軟件采用定時(shí)中斷進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)按動(dòng)按鈕后，執(zhí)行相應(yīng)的程序，根據(jù) 流電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)。 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)方案 本設(shè)計(jì)以 STC89C51單片機(jī)為核心，以 紅外遙控器的 5個(gè)按鍵 作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的停 止 、 加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn) 。 功能簡(jiǎn)介 直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ， 調(diào)速平滑 、 方便 ， 調(diào)速范圍廣 ； 過(guò)載能力大 ， 能承受頻繁的 沖擊負(fù)載 ， 可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng) 、停止 和反轉(zhuǎn) ； 能滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求 。 采用微機(jī)控制后 ， 整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 可靠性高 ， 操作維護(hù)方便 ， 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平 ， 靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求 。 PWM調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點(diǎn) ： 由于 PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高 ， 僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流 ， 低速特性好 ： 同樣 ， 由于開關(guān)頻率高 ， 快速響應(yīng)特性好 ， 動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng) ， 可以獲得很寬的頻帶 ； 開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài) ， 主電路損耗小 ，裝置效率高。 主要內(nèi)容 采用單片機(jī)構(gòu)成的直流電動(dòng)機(jī)數(shù)字 PWM 調(diào)速系統(tǒng) ,其控制核心主要由51單片機(jī) 、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、按鍵（加速、減速、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)）、直流電機(jī)組成 。單片機(jī)通過(guò) 軟件處理輸出 PWM 信號(hào) , 實(shí)現(xiàn)了直流電動(dòng)機(jī)的速度控制 ,在運(yùn)行中獲得了良好的動(dòng)靜態(tài)性能。重點(diǎn)介紹了 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 10 基于 STC89C51單片機(jī)的用軟件產(chǎn)生 PWM信號(hào)的途徑，并介紹了一種獨(dú)特的通過(guò)軟件 定時(shí)中斷 實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)占空比調(diào)節(jié)的方法。 控制原理：以 STC89C51單片機(jī)為核心的直 流電機(jī)控制系統(tǒng)控制，由軟件轉(zhuǎn)換成 PWM信號(hào)，并由 、 ，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路輸出給電機(jī)，從而控制電機(jī)得電與失電。單片機(jī)上電后，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。根據(jù)不同的加減速按鈕，調(diào)整 ，從而可以控制 ，進(jìn)而控制電壓的大小。 電機(jī)調(diào)速控制模塊 方案選擇 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。更主要的問(wèn)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。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。 PWM調(diào)速工作方式 方 案一：雙極性工作制。 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 11 方案二：?jiǎn)螛O性工作制。 由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了 方案二 。 總體設(shè)計(jì)方案的硬件部分詳細(xì)框圖如圖 21所示 ： 鍵 盤輸 入電 路紅 外發(fā) 射電 路S T C 8 9 C 5 1 復(fù) 位 電 路電 源 電 路電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 電 路直 流電 機(jī) 圖 21 系統(tǒng)硬件框圖 設(shè)計(jì)部分分析 STC89C51 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 12 STC89C51 內(nèi)有 8 位的 CPU、 4K 的 ROM 程序存貯器， 128 個(gè)字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存貯器， 4個(gè) 8位并行口， 2個(gè) 16位定時(shí)器 T0和 T1，一個(gè)異步串行口 UART。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 復(fù)位電路及時(shí)鐘電路 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路是維持單片機(jī)最小系統(tǒng)運(yùn)行的基本模塊。 RST單片機(jī)C1R1GNDVCC RST單片機(jī)C2R2GNDVCCR3S?SWPB 圖 22上電復(fù)位 圖 23手動(dòng)復(fù)位 有時(shí)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過(guò)程中，經(jīng)常需要手動(dòng)復(fù)位。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 由于單片機(jī) P3 口輸出的電壓最高才有 5V，難以直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號(hào) VSS， VSS可接 ～ 7V電壓。輸出電流可達(dá) ，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 EnA， 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 13 EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。具體驅(qū)動(dòng)電路如下圖 29： 紅外遙控電路設(shè)計(jì) 紅外系統(tǒng)方框圖 （ 1） 發(fā)射端電路：由單片機(jī)系統(tǒng)、紅外發(fā)射電路及紅外遙控按鍵，電源電路等組成。本系統(tǒng)要求遙控器能夠?qū)崿F(xiàn)直流電機(jī)的啟停、加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能。 測(cè)控儀器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 14 紅外發(fā)射電路 本遙控發(fā)射器采用碼分制遙控方式，碼分制紅外遙控就是指令信號(hào)產(chǎn)生電路以不同的脈沖編碼（不同的脈沖數(shù)目及組合）代表不同的控制指令。 發(fā)射部分的主要元件為紅外發(fā)光二極管。目前大量使用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長(zhǎng)為 940nm 左右，外形與普通二極管相同，只是顏色不同。接收電路如圖 通常，紅外遙控器將遙控信號(hào)（二進(jìn)制脈沖碼）調(diào)制在 40KHZ 的載波上，經(jīng)緩沖放大后送至紅外發(fā)光二極管，產(chǎn)生紅外信號(hào)發(fā)射出去。 根據(jù)遙控信號(hào)編碼和發(fā)射過(guò)程，遙控信號(hào)的識(shí)別 —— 即解碼過(guò)程是去除40KHZ 載波信號(hào)后識(shí)別出二進(jìn)制脈沖碼中的 0 和 1。 接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實(shí)際上是三極管，基極為感光部分）。 設(shè)計(jì)所需部分器件 變壓器、單片機(jī) STC89C5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N、 12MHZ 晶振 、 780四位共陽(yáng)數(shù)碼管 、 電容 、 電阻、紅外遙控器、 5V直流電動(dòng)機(jī) 等。 (1) 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，從器件庫(kù)中選擇目標(biāo)器件，配置工具設(shè)置。 (3) 用項(xiàng)目管理器生成應(yīng)用。 (