【正文】 才學(xué)院 2020 屆電子信息工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 27 頁 單片機(jī) 電機(jī) 速度采集電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 鍵 盤 顯示器 式下，效率非常高； H 型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。且對于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍。 1957 年，晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了 60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即 晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM 系統(tǒng)）。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在 410 以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。因此，在 60 年代到 70 年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ VM系統(tǒng)）代替 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（ GM系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用 。另外，由諧波與無功功率引起電網(wǎng) 電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。 3 單元模塊設(shè)計(jì) H 橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案 圖 所示的 H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括 4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī) ， 電路得名于 “H 橋驅(qū)動(dòng)電路 ” 是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從 而控西南大學(xué)育才學(xué)院 2020 屆電子信息工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 27 頁 制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。例如，如圖 所示，當(dāng) 左端加低電平，右端加高電平時(shí)， 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 流過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4 回到電源負(fù)極。 圖 H 橋 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 順 時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 所示為另一對三極管 Q2 和 Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī) ， 從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。不同的勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。其中： U— 電壓 。 Cr— 轉(zhuǎn)矩常量； I負(fù)載電流 。磁場控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。 電樞控制是在勵(lì) 磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。脈寬調(diào)速利用一個(gè)固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短，即改變直流電機(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此， PMW又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) STC89C52 STC89C52 是美國 Atmel 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 256bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， STC89C52 有 40個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中 斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器， 2個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線。 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)。 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次 )Flash ROM， 32 個(gè)雙向 I/O 口， 256x8bit 內(nèi)部 RAM，時(shí)鐘頻率 024MHz，可編程 UART 串行通道。 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷， 2個(gè)串行中斷， 2 個(gè)外部中斷源，共 6個(gè)中斷源， 2 個(gè)讀寫中斷口線。 VCC：電源電壓 P0 口 ： P0口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口 ： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào) 拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 P2 口 ： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVX＠ RI指令）時(shí)， P2口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。 EA/VPP：外部訪問允許。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） 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） 西南大學(xué)育才學(xué)院 2020 屆電子信息工程專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 27 頁 圖 H 橋的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 基于霍爾傳感器的測速模塊 1 霍爾傳感器的工作原理 霍爾效應(yīng) ： 在一塊半導(dǎo)體薄片上，當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的磁場中 ，如果在它相對的兩邊通以控制電流 I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 乘積成正比的電勢 EH，即 EH=KHIB，其中 KH 為霍爾元件的靈敏度。 工作原理 ： 霍爾開關(guān)集成電路中的信號(hào)放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強(qiáng)度變化的霍爾電壓 EH 放大后再經(jīng)信號(hào)變換器、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號(hào)。單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù) N，因此可求出單位時(shí)間內(nèi)的速度 V＝ NT。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，有磁鐵一端轉(zhuǎn)到霍爾器件時(shí)，電壓就會(huì)改變，而產(chǎn)生一個(gè) 脈沖 送入單片機(jī)。 12864 是一款通用的液晶顯示屏，能夠顯示多數(shù)常用的漢字及 ASCII 碼，而且能夠繪制圖片，描點(diǎn)畫線，設(shè)計(jì)成比較理想的結(jié)果。 綜合以上方案，我們選擇了經(jīng)濟(jì)實(shí)惠 LED來作為速度級(jí)別顯示。 調(diào)速設(shè)計(jì)模塊 PWM 波軟件軟件設(shè)計(jì) 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?，PWM又被稱為 “ 開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置 ” 。 定時(shí)時(shí)間： t=N 通過按鍵來改變 t1 的值，如按加速鍵時(shí)， t1 由 10000 變?yōu)?11000，按減速鍵時(shí)，t1由原來的 10000 變?yōu)?9000，這樣就改變了占空比。 圖 通過按鍵電路，信號(hào)輸入進(jìn)單片機(jī)，然后從單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)有磁鐵一段轉(zhuǎn)到霍爾器件時(shí)，電壓改變而產(chǎn)生信號(hào)又送入單片機(jī)，單電機(jī)再把信號(hào)通過數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路，最終使得數(shù)值在數(shù)碼管上顯示。按照系統(tǒng)功能來劃分，Protel99se 主要包含 6 個(gè)功能模塊 ： 電路工程設(shè)計(jì)部分 、 印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng) 、自動(dòng)布線系統(tǒng) 、 電路模擬仿真系統(tǒng) 、 可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng) 、 高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng) 。另外重要的 一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 KeilC52 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。