【正文】 電路、指令寄存器（register） 、譯碼器、地址指針 DPTR 及程序計數(shù)器 PC（Program counter） 、堆棧指針 SP（stack pointer）等。要單片機(jī)執(zhí)行一個程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲器 ROM 的某個區(qū)域。因此，必須有一個電路能找出指令所在的單元地址，該電路就是程序計數(shù)器 PC。只有當(dāng)程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令，或遇到中斷時（后面將介紹） ，PC 才轉(zhuǎn)到所需要的地方去。（2）硬件不能勝任的功能，采用軟件就能簡單的實現(xiàn)。 采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可以通過軟件實現(xiàn)，并且微處理器有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快、精確度高、有大容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制。微處理器的控制方式是有軟件完成的。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。（6）無零點(diǎn)漂移，控制精度高。無論被控制量的大或小，都可以保證足夠的控制精度。（8）可以提供人機(jī)界面，多級聯(lián)網(wǎng)工作。工業(yè)控制計算機(jī)可謂功能最強(qiáng)大，他有極高的速度、強(qiáng)大的運(yùn)算能力和接口功能、方便的軟件環(huán)境；但由于成本高、體積大，所以只是用于大型控制系統(tǒng)。由于功能太弱，所以他只能用于簡單的電動機(jī)控制。并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就日益顯得更加突出了，不僅功能大大的增強(qiáng)了和速度跟快了，而且更加小型化和低功耗。正因為單片機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢使得我們對其研究更加的深入，它將對我們科學(xué)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。PWM 控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。利用直流測速發(fā)電機(jī)測得電機(jī)速度，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓信號，把電壓信號輸入給 A/D 轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。PWM 是通過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。通過改變直流電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)以 89C51 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制，C 語言編程實現(xiàn)對直流電機(jī)的平滑調(diào)速。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達(dá)到控制器自動對電機(jī)速度的有效控制。 8051 單片機(jī)的基本組成8051 單片機(jī)由 CPU 和 8 個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用 CPU 加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：8051 芯片中共有 256 個 RAM 單元，能作為存儲器使用的只是前 128 個單元，其地址為 00H—7FH。特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的 RAM 區(qū)，位于內(nèi)部 RAM 的高 128 個單元，其地址為 80H—FFH。并行 I/O 口：8051 芯片內(nèi)部有 4 個 8 位的 I/O 口（P0，P1，P2，P3） ，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。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(jī)進(jìn)行控制。振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成 8051 單片機(jī)產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。Vss（20 腳）：接地端。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外時鐘脈沖，要檢查 8051 的振蕩電路是否正確工作，可用示波器查看 XLAL2 端是否有脈沖信號輸出。在片內(nèi)它是振蕩電路方相放大器的輸入端。RST(9 腳)：RST 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。RST 引腳的第二功能是 VPD,即備用電源的輸入端。ALE（30 腳）：地址鎖存允許信號端。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低 8 位地址的控制信號。平時不訪問外存儲器時，ALE 端也可 1/6 的振蕩頻率固定輸出正脈沖，因而 ALE 也可以用作對外輸出時鐘或定時信號。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為 8 個 LS 型 TTL。PSCN（29 腳）：程序存儲器允許輸出信號端。此引腳 EPROM 的 OE 端，PSCN 端有效，即允許讀出片外 EPROM 中的指令碼。PSCN 端同樣可驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL。EA（31 腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端。當(dāng)輸入信號 EA 引腳接低電平時，CPU 只訪問外部 EPROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。此引腳的第二功能 Vpp 是對 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時，作為施加較高編程電壓輸入端。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動 8 個 LS 型 TTL 負(fù)載。作輸入口使用時要先寫 1，這就是準(zhǔn)雙向的含義。在此區(qū)間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。P1口的每一位能驅(qū)動 4 個 LS 型 TTL 負(fù)載。P2 口（21 腳—28 腳）：P2 口是一個帶內(nèi)部上接電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。P3 口（21 腳—28 腳）：P3 口是一個帶內(nèi)部上接電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口。P3 口與其他 I/O 口有很大區(qū)別，它除作為一般準(zhǔn)雙向 I/O 口外，每個引腳還具有專門的功能 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 PWM 的基本原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。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，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。如圖 所示：圖 PWM 方波設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va指的是電機(jī)的平均速度；V max 是指電機(jī)在全通電時的最大速度；D = t1 / T 是指占空比。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。當(dāng) PWM 波的頻率太高時，它對直流電機(jī)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。兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 UU3 的 A 組接 12 位串行 4040 計數(shù)輸出端 Q2—Q9，而 UU3 的 B 組接到單片機(jī)的 P1 端口。12 位串行計數(shù)器 4040 的計數(shù)輸入端 CLK 接到單片機(jī) C51 晶振的振蕩輸出XTAL2。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9 由全“1”變?yōu)槿?”時，圖中 U2 的（AB）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在 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(jī)的轉(zhuǎn)速控制。由于單片機(jī)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。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。當(dāng) CR 為高電平時，它對計數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(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。 芯片 IR2112 性能及特點(diǎn)IR2112 是美國國際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無閂鎖CMOS 技術(shù)，于上世紀(jì) 90 年代開發(fā)并且投放市場的，IR2112 是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對 MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動，還具有快速完整的保護(hù)功能。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下所示：圖 IR2112 引腳圖 主電路設(shè)計 延時保護(hù)電路利用 IR2112 芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護(hù)電路。 主電路從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。我們可以采取雙 PWM 信號來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。在 HIN 為高電平期間，4 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。同理，此時 IC2的 HO 為低電平而 LO 為高電平，Q3 截止，C3 上的電壓經(jīng)過 VB、IC 內(nèi)部電路和HO 端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。此時直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。其具體的操作步驟如下：當(dāng) IC1 的 LO 為高電平而 HO 為低電平的時候，Q2 導(dǎo)通且 Q1 截止。同理可知，IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平，Q3 導(dǎo)通且 Q4 截止，Q3 的漏極近乎于零電平，此時 Vcc 通過 D2 向 C3 充電，為 Q4 的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。此時，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。設(shè) PWM 波的周期為 T，HIN 為高電平的時間為 t1，這里忽略死區(qū)時間，那么 LIN 為高電平的時間就為 Tt1。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：Vout= [ t1 ( T t1 ) ] V / T = ( 2 t1 – T ) V / T = ( 2D – 1 )V定義負(fù)載電壓系數(shù)為 λ，λ= Vout / V， 那么 λ= 2D – 1 ；當(dāng) T 為常數(shù)時，改變 HIN 為高電平的時間 t1，也就改變了占空比 D，從而達(dá)到了改變Vout 的目的。1 之間變化。當(dāng) λ= 時，Vout=0，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 0；當(dāng) λ1 時，Vout 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) λ=1 時，Vout=V，電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。其繞組和磁路經(jīng)過精確設(shè)計，輸出電動勢 E 和轉(zhuǎn)速 n 成線性關(guān)系，即 E=kn，其中 k是常數(shù)。當(dāng)被測機(jī)構(gòu)與測速發(fā)電機(jī)同軸連接時，只要檢測出輸出電動勢，即可以獲得被測機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，所以測速