【正文】 負(fù)載，電機(jī)作為電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力的裝置在調(diào)速系統(tǒng)中必不 可少。 單片機(jī)概述 單片機(jī)及其發(fā)展歷程 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力 (如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理 )的微處理器 (CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器 (ROM)、輸入輸出電路 (I/O 口 )、可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器、串行通信口 (SCI)、顯示驅(qū)動(dòng)電路 (LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)電路 )、脈寬調(diào)制電路 (PWM)、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) [3]。所以，單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。 （ 2） 4位單片機(jī) （ 1971—1974）：如 Intel4004； （ 2） 低檔 8位單片機(jī) （ 1974—1978） : 如 Intel公司的 8084， Mostek公司的 3870等 ； （ 3） 高 檔 8位單片機(jī) （ 1978—1982） : 如 Intel公司的 805 Motorola公司的 Z8和 NEC公司的 MPD7800等產(chǎn)品 ； （ 4） 16位單片機(jī) （ 1982—1990） :如 Mostek公司的 68200、 Intel公司的 8096等； （ 5） 新一代單片機(jī) （ 90年代以來 ）：如 NEC公司的 MPD7800， Mitsubishi公司的M37700， Reckwell公司 R6500/2 R65C29， Intel公司的 804 UPI—452等 。 世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從 8 位、 16 位到 32 位，應(yīng)有盡有，有與主流 C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。 計(jì)算機(jī)仿真概述 湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 3 計(jì)算機(jī)仿真不僅 在沒有具體硬件環(huán)境的條件下模擬出具體硬件環(huán)境，以判斷系統(tǒng)的可行性，而且在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，不至于損害具體硬件環(huán)境 [6]。當(dāng)前能夠用于計(jì)算機(jī)仿真學(xué)習(xí)單片機(jī)的軟件也已日趨成熟，比如 Keil都出了 以上版本， Proteus 也出了 以上版本，而各種集成開發(fā)環(huán)境更是層出不窮，極大地方便了學(xué)生通過計(jì)算機(jī)仿真學(xué)習(xí)單片機(jī)。甚至 32 位的ARM 單片機(jī)也能通過計(jì)算機(jī)仿真來進(jìn)行學(xué)習(xí)。 湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 4 第二章 PWM 調(diào)速技術(shù) PWM 的基本原理 PWM 信號(hào)簡介 脈寬調(diào)制 (PWM:Pulse Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中 [1]。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一 個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM用于通信的主要原因。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 1964 年 首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面 [5]。 由于 PWM 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。 PWM 控制技術(shù)大致可以為為三類，正弦 PWM（包括電湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 5 壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種 PWM 方案，多重 PWM 也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化 PWM及隨機(jī) PWM。 在 70 年代開始至 80 年代初，由于當(dāng)時(shí)大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過 5kHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動(dòng)引起人們的關(guān)注。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為 限帶白噪音（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強(qiáng)度大大削弱。 PWM 調(diào)速原理 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(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi) “接通 ”和 “斷開 ”時(shí)間的長短。也正因?yàn)槿绱耍?PWM又被稱為 “開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置 ”。 由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度 Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想 PWM 調(diào)速系統(tǒng)按有無反饋可以分成開環(huán) PWM 調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)和閉環(huán) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng) [8]，閉環(huán)系統(tǒng)有著良好 的速度性能，使控制信號(hào)與電機(jī)速度基本保持同步，但是需要器件多，成本較高，而且硬件和軟件設(shè)計(jì)相對(duì)開環(huán)系統(tǒng)而言要困難。系統(tǒng)首先采用 AT89C51 單片機(jī)發(fā)生和調(diào)節(jié) PWM 調(diào)速信號(hào) [9]，然后利用 L293D 作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片 [10]，最后把 L293D 的輸出作為直流電機(jī)的輸入。晶振片 (CRYSTAL)用于產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，該晶振能產(chǎn)生 12MHz 的頻率。本設(shè)計(jì)中采用的是 30pf的電容。單片機(jī) 引腳接 單刀雙擲開關(guān)至 L293D 的 IN1 或 IN2 引腳， 接 單刀雙擲開關(guān)至湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 8 L293D 的 IN1 或 IN2 引腳，而電機(jī)接在 L293D 的 OUT1 和 OUT2 引腳兩端。 VSS 接芯片的工作電壓 +5V， GND 接地， VS 接驅(qū)動(dòng)電壓 +23V。 AT89C51 單片機(jī)簡介 AT89C51 是 一種與 8051 兼容的 帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM： Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 主要特性 [12]：與 MCS51 兼容 、 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 、 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 、 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 為 10 年 、 全靜態(tài)工作 于 0Hz 到 24Hz、 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 、 128*8位內(nèi)部 RAM、 32 位 可編程 I/O 線 、 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 、 5 個(gè)中斷源 、 可編程串行通道 、 低功耗的閑置和掉電模式 、 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 。 GND：接地。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 “1”時(shí) ， 被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口管腳寫入 “1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 10 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如 表 所示 ： 表 P3 口各引腳功能表 接口 管腳 備選功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 /INT0 外部中斷 0 /INT1 外部中斷 1 T0 記時(shí)器 0 外部輸入 T1 記時(shí)器 1 外部輸入 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外 部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 湖南人文科技學(xué)院課程設(shè)計(jì) 11 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組