【正文】 全部操作界面高度統(tǒng)一，免除開發(fā)環(huán)境熟悉周期。它具有傻瓜式的成員提示及代碼模板功能，有效地減輕記憶負(fù)擔(dān)，提升編碼速度和準(zhǔn)確度，還可以快速格式化功能，高效地調(diào)整亂碼，方便復(fù)制粘貼代碼，免除手工調(diào)整的繁瑣；實(shí)時(shí)智能縮進(jìn)輸入的內(nèi)容，使代碼格式合理美觀，便于閱讀。顯示界面根據(jù)單詞的類型顯示顏色和字體，使代碼顯得更加清晰美觀，便于閱讀，并放大顯示關(guān)鍵字，集中注意力到關(guān)鍵的地方，使思路更清晰明確，支持4G容量文件的瀏覽，無(wú)需等待就可以瀏覽文件里面的任何數(shù)據(jù)，不出現(xiàn)任何卡機(jī)和出錯(cuò)的現(xiàn)象，自由縮放代碼功能，可以根據(jù)視力情況或喜好隨時(shí)快速地調(diào)節(jié)字體大小。內(nèi)置十六進(jìn)制編輯器，具有與文本編輯窗口同步選擇、支持中文的顯示等功能，同時(shí)有效地避免了亂碼；內(nèi)置ASCII編碼查詢工具，用于查詢或反查詢ASCII編碼，支持 OEMUS、GB231GBK、BigGB18030等編碼類型，方便查找一些不方便輸入的字符。 ProteusProteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。其中最主要的是電路原理仿真功能，除有普通分離器件、小規(guī)模集成器件的仿真功能外，還具有多種帶有CPU的可編程器件的仿真功能。具有多種虛擬儀器幫助完成實(shí)時(shí)仿真，具有傳輸特性、頻率特性、電壓波動(dòng)分析、噪聲分析等多種圖形分析工具，可以完成電路參數(shù)和可靠性分析。在圖中器件中具有編號(hào)、參數(shù)、名稱等屬性。 LPC1114微控制器介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)平臺(tái)是是基于LPC1114系列CortexM0處理器上設(shè)計(jì)的，這是市場(chǎng)上現(xiàn)有的最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM處理器。超低門數(shù)還使其能夠用于模擬信號(hào)設(shè)備和混合信號(hào)設(shè)備及MCU應(yīng)用中，可望明顯節(jié)約系統(tǒng)成本，同時(shí)保留功能強(qiáng)大的CortexM3處理器的工具和二進(jìn)制兼容能力。該處理器把ARM的MCU路線圖擴(kuò)展到超低能耗MCU和SoC應(yīng)用中，如醫(yī)療器械、電子測(cè)量、照明、智能控制、游戲裝置、緊湊型電源、電源和馬達(dá)控制、精密模擬系統(tǒng)和IEEE (ZigBee)及ZWave系統(tǒng)。通過采用為180ULL工藝提供的ARM超高密度標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)和ARM功耗管理工具包(PMK)、為CortexM0專門構(gòu)建的低能耗存儲(chǔ)例程以及Keil微控制器開發(fā)工具包，ARM增強(qiáng)了CortexM0處理器的低能耗運(yùn)行的特點(diǎn)。PMK擁有動(dòng)態(tài)和泄漏功率管理功能，低能耗存儲(chǔ)例程則支持外部功率閘，大大減少功率泄漏。PWM方波是通過控制驅(qū)動(dòng)電路的MOS管的開關(guān)，從而控制驅(qū)動(dòng)電路的電機(jī)兩端的電壓和輸出電流的大小，來(lái)改變直流電機(jī)的速度。整個(gè)設(shè)計(jì)可以分為4個(gè)小模塊：a) 直流電機(jī)的H橋驅(qū)動(dòng)；b) PWM信號(hào)占空比的控制；c) 光電編碼測(cè)速器的測(cè)速；d) 數(shù)字PID算法的實(shí)現(xiàn)。電位器設(shè)定初速度單片機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)光電編碼器測(cè)速器產(chǎn)生0～PWM信號(hào)Ｈ橋電路控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)反饋速度到單片機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)M0集成A/D模塊顯示電路 系統(tǒng)整體方案流程 模塊設(shè)計(jì) H橋的驅(qū)動(dòng)原理模塊H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)。當(dāng)SS2導(dǎo)通時(shí)，SS4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)SS4導(dǎo)通時(shí)，SS2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。PWM信號(hào)通過H橋?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在進(jìn)行改進(jìn)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。電位器設(shè)定速度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊單片機(jī)電壓信號(hào)數(shù)字信號(hào)電動(dòng)機(jī)光電編碼測(cè)速H橋驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)數(shù)字由PID的反饋值調(diào)節(jié)PWM 信號(hào)的占空比 PWM信號(hào)設(shè)計(jì)框圖 測(cè)速設(shè)計(jì)思路單片機(jī)利用脈沖式光電編碼器測(cè)速思路：將光關(guān)電編碼器固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)，光電編碼器切割紅外線，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一系列的方波數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)對(duì)方波信號(hào)的下降沿在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行捕捉計(jì)數(shù)，通過計(jì)算，得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速通過七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。將反饋到PID控制器里，PID控制根據(jù)算法將轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的控制量，傳遞給PWM模塊，從而改變PWM的占空比，來(lái)改變電機(jī)的速度，使的電機(jī)的速度跟設(shè)定的速度相同。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。所謂“調(diào)速性能”，是指電動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。b) 起動(dòng)力矩大。因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)，電力機(jī)車，電車等，都用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯，電樞繞組，換向器，軸等。隨著大規(guī)模集成電路功能的不斷完善以及電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，目前采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制的PWM控制方式已經(jīng)成為了調(diào)壓調(diào)速的主流。 特別隨著計(jì)算機(jī)在控制領(lǐng)域，高開關(guān)頻率、全控型第二代電力半導(dǎo)體器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT等)的發(fā)展，以及脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，直流電機(jī)得到廣泛應(yīng)用。但是，專用集成電路構(gòu)成的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出功率有限，不適合大功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)需求。該驅(qū)動(dòng)電路能夠滿足各種類型直流電機(jī)需求，并具有快速、精確、高效、低功耗等特點(diǎn)，可直接與微處理器接口，可應(yīng)用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速控制。b) 定寬調(diào)頻法：保持不變，只改變，這樣使周期T也隨著而改變。T PWM波形圖前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)，改變了控制脈沖的周期和頻率，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起震蕩，因此這兩種方法很少用到。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)在直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮一下幾點(diǎn)：a) 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，速度的調(diào)制范圍，調(diào)速時(shí)間。c) 驅(qū)動(dòng)橋的效率，高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會(huì)減少驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)熱。d) 驅(qū)動(dòng)電路死區(qū)的解決方法。功率電路對(duì)其輸入端應(yīng)有良好的信號(hào)隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無(wú)論加上何種控制信號(hào)，何種無(wú)源負(fù)載，電路都是安全的。H型全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)。當(dāng)SS2導(dǎo)通時(shí)，SS4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)SS4導(dǎo)通時(shí)，SS2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。這種情況理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ)，但是由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯會(huì)導(dǎo)致上下橋臂直通短路。 ，可為線圈繞組提供續(xù)流回路。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流必須通過續(xù)流二極管流通，否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀。按圖中電流所示，該流向的電流將驅(qū)使電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或者反向制動(dòng)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從電源正極經(jīng)Q3右至左流過電機(jī)，再經(jīng)過Q2返回電源負(fù)極，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或者正向制動(dòng)。由于功率MOSFET是壓控元件，具有輸入阻抗大、開關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿現(xiàn)象等特點(diǎn)，滿足高速開關(guān)動(dòng)作需求，因此常用功率MOSFET構(gòu)成H橋電路的橋臂。相對(duì)來(lái)說，利用2個(gè)N溝道功率MOSFET和2個(gè)P溝道功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方案，控制電路簡(jiǎn)單、成本低,因此在本設(shè)計(jì)中采用該方案?；赑WM控制的調(diào)速電路是把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來(lái)獲得所需的輸出電壓。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)速系統(tǒng)中，通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值(即占空比)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在脈沖作用下，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開電源，就能夠?qū)崟r(shí)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。 電壓占空比設(shè)電機(jī)直接接電源時(shí)(即占空比為100%)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為，設(shè)占空比為，則電機(jī)的平均速度為 ()式中： ——平均速度；——全速(即直接通電時(shí)的速度)；—— 占空比(0 ～100%)。改變占空比，就能得到不同的平均速度，從而就能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是由兩路PWM信號(hào)控制，即PWM1和PWM2信號(hào)。當(dāng)輸入PWM1信號(hào)時(shí),三極管Q5導(dǎo)通，Q1基極接地，電壓為0，所以MOS管Q1導(dǎo)通，此時(shí)MOS管Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正傳；同樣，當(dāng)輸入PWM2信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 電機(jī)正傳仿真圖 電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真圖b) H橋的驅(qū)動(dòng)電路。 消抖電路和開關(guān)實(shí)物圖 消抖電路原理圖 消抖電路波形圖d) 產(chǎn)生頻率為5KHz、占空比為50%的方波信號(hào) PWM信號(hào)實(shí)物圖 示波器顯示頻率平率為5KHZ、占空比50﹪的PWM信號(hào) H橋的硬件器件介紹a) 三極管S9014 三極管符號(hào) 三極管封裝圖。 輸出特性曲線b) 場(chǎng)效應(yīng)管TIP127和TIP122 TIP127和TIP122的封裝圖 NPN管TIP122原理圖 PNP管TIP127 原理圖。光電傳感器按其原理可分為模擬式和脈沖式兩類。脈沖式光敏器件的輸出狀態(tài)僅有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，也就是“通”與“斷”的開關(guān)狀態(tài)，即光敏器件受光照射時(shí)，有點(diǎn)信號(hào)輸出；不受光照射時(shí)，無(wú)電信號(hào)輸出，這多用于光電技術(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合。 光電編碼器實(shí)物圖 光電編碼器測(cè)速原理。調(diào)制盤電動(dòng)機(jī)紅外發(fā)射系統(tǒng)線光電元件放大整形電路方波序列調(diào)制盤 透射式光電轉(zhuǎn)速計(jì)工作原理測(cè)速原理：利用光電編碼器將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為一系列的脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)傳輸給到單片機(jī)M0，M0對(duì)方波信號(hào)的下降沿在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速，最后通過七段數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速。本論文中所采用的盤片圓周是由100個(gè)縫隙平均隔開的，光電開關(guān)是集發(fā)射管和接收管為一體的。將信號(hào)線直接接入單片機(jī)計(jì)數(shù)器的輸入端口，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就能準(zhǔn)確的測(cè)出盤片旋轉(zhuǎn)的周數(shù)，再除以相應(yīng)的時(shí)間就可以得到速度的參數(shù)了。光電開關(guān)引出四條線即：GND（黑色）、+5V（紅色）、信號(hào)線1（黃色）、信號(hào)線2（藍(lán)色）。在碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)用示波器測(cè)得的信號(hào)線中的信號(hào)為矩形波，幅值為5V。 顯示電路在本論文的顯示電路設(shè)計(jì)中，初期硬件電路在在面包上搭建，所用的數(shù)碼管為共陽(yáng)極的單位七段數(shù)碼管，在通用版實(shí)物制作時(shí)，所用的數(shù)碼管為共陰極四位七段數(shù)碼管。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)I/O口。由于所有位的段選碼皆有一個(gè)I/O控制，因此，在每個(gè)瞬間，8位LED只可能顯示相同的字符。再此瞬間，位選控制I/O口在該顯示位送入選通電平以保證該為顯示相同字符，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符斷碼。不斷循環(huán)送出相應(yīng)的段選碼、位選碼，就可以獲得視覺穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。 單片機(jī)控制74HC595驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管SSP控制器概述：SSP是同步串行端口控制器，可控制SPI、4線SSI或Microwire總線的操作。在一次數(shù)據(jù)傳輸中，總線上只有一個(gè)主機(jī)和一個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)際上通常情況下只有一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)流包含有意義的數(shù)據(jù)。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七筆字形“8”，一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點(diǎn)。 四位共陰極七段LDE顯示器引腳表引腳號(hào)123456功能位選4af位選3位選2b引腳號(hào)789101112功能edhcg位選1 74HC595移位寄存器74HC595是一款漏極開路輸出的COMS移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出端口。 121314151617181911011121314151674HC595 74HC595引腳圖。開 始電位器產(chǎn)生電壓信號(hào)A/D采樣并轉(zhuǎn)化調(diào)用顯示轉(zhuǎn)速子程序調(diào)用顯示頻率子程序NY七段數(shù)碼管標(biāo)志位flag=1PWM模塊數(shù)字變量PWM模塊初始化A/D模塊初始化將A/D采集的數(shù)據(jù)設(shè)定為頻率變量固定PWM信號(hào)的頻率，根據(jù)PID的反饋值調(diào)節(jié)PWM 信號(hào)的占空比開 始 PWM信號(hào)的軟件設(shè)計(jì)流程圖 歸一化原理當(dāng)A/D采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為所需數(shù)據(jù)時(shí)，運(yùn)用到歸一化原理。在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，歸一化的具體作用是歸納統(tǒng)一樣本的統(tǒng)計(jì)分布性。 測(cè)速軟件流程圖單片機(jī)利用一個(gè)定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，同時(shí)運(yùn)用另一個(gè)定時(shí)器2進(jìn)行方波下降沿的捕捉。當(dāng)定時(shí)1s到時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，對(duì)存放方波數(shù)目的寄存器、中斷標(biāo)志位寄存器進(jìn)行清零，然后不斷的循環(huán)。即：系統(tǒng)的響應(yīng)快慢、穩(wěn)定性、最大偏差等。為了保證系統(tǒng)的精度，就要求系統(tǒng)有跟高的放大系數(shù)，然而放大系數(shù)一高，又會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至系統(tǒng)震蕩。因此，調(diào)節(jié)過程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生矛盾。 PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系；積分（I）控制：為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中引入“積分項(xiàng)”，它對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大，這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到為零；微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分成正比關(guān)系，自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)震蕩甚至失穩(wěn)，因此，在控制器引入“比例”往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)，它能夠預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分