【正文】 于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向，這就保證了每個(gè)磁極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。 （3）改變電樞回路電阻。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： （1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。 （2）靜止可控整流器（簡稱VM系統(tǒng)）。 （3）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。VM系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。VM系統(tǒng)的缺點(diǎn)是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)中。當(dāng)開關(guān)VT接通時(shí)，電源電壓U。如此反復(fù)，（b）所示。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。由于電流波形比VM系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。（3）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調(diào)速也可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路上圖所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（上圖及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖）。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。 H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)如上圖所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。 H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進(jìn)行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。(1) 電機(jī)調(diào)速控制模塊方案一：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。用單片機(jī)控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)的高電平時(shí)差決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。(3) PWM調(diào)脈寬方式調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。(4) PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。故采用方案一。驅(qū)動(dòng)電路部分采用了以GTR為可控開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖，對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分析，編寫個(gè)子模塊程序，最終將其組合。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。本設(shè)計(jì)采用頻率為12MHZ，微調(diào)電容C1和C2為30pF的內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容為瓷片電容。 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要作用是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電解電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（），正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位。 該電路采用按鍵手動(dòng)復(fù)位。對(duì)于懷疑是復(fù)位電路故障而不能正常工作的單片機(jī)也可以采用模擬復(fù)位的方法來判斷，單片機(jī)正常工作時(shí)第9腳對(duì)地電壓為零，可以用導(dǎo)線短時(shí)間和+5V連接一下，模擬一下上電復(fù)位，如果單片機(jī)能正常工作了，說明這個(gè)復(fù)位電路有問題，其中電平復(fù)位是通過RET端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)鐘頻率適用于12MHZ時(shí)，C取100uF，R取10K，為保證可靠復(fù)位，在初識(shí)化程序中應(yīng)安排一定的延遲時(shí)間?？刂菩酒?9C51的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓是5V，可以選擇使用線性電壓調(diào)整芯片穩(wěn)壓，如：7805：，內(nèi)部過熱保護(hù)，內(nèi)部短路電流限制，典型輸入電壓7～20V， ~，壓差（輸出與輸入的差）至少2V。LM317（電壓可調(diào)）：，~37V，內(nèi)部過熱保護(hù)等。LM78系列是美國國家半導(dǎo)體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路。內(nèi)置過熱保護(hù)電路，無需外部器件，輸出晶體管安全范圍保護(hù)，內(nèi)置短路電流限制電路。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成， ：整流作用是將交流電壓變換成脈動(dòng)電壓。：由于得到的輸出電壓受負(fù)載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，~。使用三端穩(wěn)壓器時(shí)注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。因此輸入端必須界限流電阻R1，R1=(12*)/=58Ω，取近似值，選用70Ω的電阻。 由于核心的元件7805的工作速度不太高，所以對(duì)于輸入電壓或者負(fù)載電流的急劇變化的響應(yīng)慢。 價(jià)格便宜，適合于對(duì)成本要求苛刻的產(chǎn)品。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。消除鍵抖動(dòng)。若在簧片抖動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。最簡單的辦法是在檢測到有鍵按下時(shí)，等待（延遲）一段時(shí)間再進(jìn)行“行掃描”，延遲時(shí)間為10～20ms。本文采用查詢工作方式，即直接在主程序中插入鍵盤檢測子程序，主程序每執(zhí)行一次則鍵盤檢測子程序被執(zhí)行一次，對(duì)鍵盤進(jìn)行檢測一次，如果把沒有鍵按下，則跳過鍵識(shí)別，直接執(zhí)行主程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識(shí)別按鍵，得到按鍵的編碼值，然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理完后再回到主程序執(zhí)行。如圖2所示。同一組中的兩只GTR同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是交替的導(dǎo)通和關(guān)斷。在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號(hào)控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在40Hz以上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，但加負(fù)載后，速度下降明顯，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)有明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個(gè)別電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。速度微調(diào)方面，可以通過對(duì)占空比跨度逐增或逐減分別實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的逐加或逐減。選擇使用芯片可減少這一狀況。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)選擇20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS—51系列單片機(jī)和美國Atmel公司的89C51單片機(jī)MCS—51系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型80380587518031內(nèi)部包括一個(gè)8位CPU、128個(gè)字節(jié)RAM，21個(gè)特殊功能寄存器（SFR）、4個(gè)8位并行I/O口、1個(gè)全雙工串行口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò)EPROM芯片。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時(shí)，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機(jī)。也不予采用。用戶可以將程序固化在EPROM中，可以反復(fù)修改程序。8031外擴(kuò)一片4KB EPROM的就相當(dāng)與8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。也不予采用。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，另一口輸出高電平，驅(qū)動(dòng)H型橋式電動(dòng)機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。速度分10檔，快慢與電動(dòng)機(jī)所處速度級(jí)快慢一一對(duì)應(yīng)。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空比可調(diào)的脈沖系列，由于每個(gè)脈沖的高電平時(shí)間和低電平時(shí)間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時(shí)間必須由定時(shí)器來控制。通過對(duì)單片機(jī)定時(shí)器初始值的不同設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)占空比PWM輸出控制。定時(shí)器計(jì)數(shù)初值為8AD0H。軟件主要由3部分組成：主程序、鍵盤掃描程序、中斷處理程序。 主程序流程圖初始化后，除義初始數(shù)據(jù)外，將定時(shí)器T0設(shè)為工作方式1，F(xiàn)0作為電機(jī)轉(zhuǎn)向的標(biāo)志位，CT0，C