【正文】 ??????????????? 15 延時(shí)保護(hù)電路 ?????????????????????? 15 主電路 ????????????????????????? 15 輸出電壓波形 ?????????????????????? 17 測速發(fā)電機(jī) ???????????????????????? 17 濾波電路 ????????????????????????? 17 A/D 轉(zhuǎn)換 ????????????????????????? 18 芯片 ADC0809 介紹????????????????????? 18 ADC0809 的引腳及其功能 ????????????????? 18 ????????????????????????? 20 直流調(diào)速系統(tǒng)概述 ?????????????????????? 20 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) ????????????????????? 20 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較 ??????????? 22 ?????????????????????? 25 PI 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計(jì)算 ??????????????? 25 系統(tǒng)中部分程序的設(shè)計(jì) ???????????????????? 25 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 8 單片機(jī)資源分配 ????????????????????? 25 程序流程圖 ??????????????????????? 28 總結(jié) …………………………………………………………………………… 30 致謝 ????????????????????????????? 31 參考文獻(xiàn) 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 9 1. 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖及單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總 體設(shè)計(jì)框圖 圖 8051 單片機(jī)簡介 單片機(jī)的基本組成 8051 單片機(jī)由 CPU 和 8 個(gè)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(chǔ)器： 8051 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前 128 個(gè)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(gè)特殊功能的 RAM 區(qū)，位于內(nèi)部 RAM 的高 128 個(gè)單元，其地址為 80H— FFH。 并行 I/O 口： 8051 芯片內(nèi)部有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0， P1， P2， P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 的并行輸入輸出。 定時(shí)器： 8051 片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器，用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)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(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路。 單片機(jī)引腳圖 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 11 圖 8051單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片簡介 器 74LS373 74LS373 片內(nèi)是 8 個(gè)輸出帶三態(tài)門的 D鎖存器。如果此時(shí)芯片的輸出控制端 __OE 為低，也即是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。第一種情況是 8051 不帶片外存儲(chǔ)器， P0 口可以作為通用 I/O 口使用， 用于傳送 CPU 的 I/O 數(shù)據(jù)。 ：這組引腳的第一功能可以作為通用的 I/O 使用。 ：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入 /輸出數(shù)據(jù)。 ALE/_________PROG ：地址鎖存允許 /編程線，配合 P0 口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)， 8051CPU 在 引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/_________PROG 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。該脈沖序列可以用作外部時(shí)鐘 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 16 源或者作為定時(shí)脈沖源使用。如果 __EA=1，那么允許使用片內(nèi) ROM；如果 __EA=0，那么允許使用片外 ROM。其他情況下， ________PSEN線均為高電平封鎖狀態(tài)。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接 8051 片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋電路。 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 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(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。 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) 圖 PWM信號(hào)發(fā)生電路 PWM 波可以由具有 PWM 輸出的單片機(jī)通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用 PWM專用芯片來實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片 4 位數(shù)值比較器 4585和一片 12 位串行計(jì)數(shù)器 4040 組成了 PWM 信號(hào)發(fā)生電路。只要改變 P1 端口的輸出值，那么就可以 使得 PWM 信號(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。計(jì)數(shù)器 4040 每來 8 個(gè)脈沖，其輸出 Q2— Q9 加 1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī) P1 端口輸出值 X 時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī) P1 端口輸出值 X時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端為高電平。 使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出 X 的值，而 PWM 信號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。 PWM 發(fā)生電路主要芯片的工作原理 1．芯片 4585 （ 1）芯片 4585 的用途： 對于 A 和 B兩組 4 位并行數(shù)值進(jìn)行比較，來判斷它們之間的大小是否相等。當(dāng) CR 為高電平時(shí)，它對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，由于在時(shí)鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時(shí)間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。 （ 1）芯片 4040 的極限值： 電源電壓范圍： — 18V 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 20 輸入電壓范圍： — VDD+ 輸入電流范圍：177。 C— 150176。 芯片 IR2110 性能及特點(diǎn) IR2110 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 1990 年前后開發(fā)并且投放市場的， IR2110 是一種雙通道高壓、高 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 21 速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在 設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET 和 IGBT 的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對MOSFET 和 IGBT 的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，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。 引腳 2（ COM）：下通道 MOSFET 驅(qū)動(dòng)輸出參考地端，使用中，與引腳 13（ Vss）直接相連，同時(shí)接主電路橋臂下通道 MOSFET 的源極。 引腳 5（ Vs）：上通道 MOSFET 驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出參考地端，使用中，與主電路中上下通道被驅(qū)動(dòng) MOSFET 的源極相通。 引腳 9（ VDD）：芯片輸入級工作電源端，使用中，接用戶為該芯片工作提供的高性能電源，為抗干擾，該端應(yīng)通過一高性能去耦網(wǎng)絡(luò)接地，該端可與引腳 3（ Vcc）使用同一電源，也可以分開使用兩個(gè)獨(dú)立的電源。應(yīng)用中，接用戶脈沖形成部分的對應(yīng)兩路輸出，對此兩個(gè)信號(hào)的限制為 至 Vcc+，這里 Vss 與 Vcc分別為連接到 IR2110的引腳 13（ Vss）與引腳 9（ VDD）端的電壓 值。 引腳 13（ Vss）：芯片工作參考地端，使用中，直接與供電電源地端相連，所有去耦電容的一端應(yīng)接該端，同時(shí)與引腳 2直接相連。 芯片參數(shù)： 1． IR2110 的極限參數(shù)和限制： 最大高端工作電源電壓 VB： 至 525V 門極驅(qū)動(dòng)輸出最大（脈沖）電流 IOMAX： 2A 最高工作頻率 fmax： 1MHz 工作電源電壓 Vcc： 至 25V 貯存溫度 Tstg： 55 至 150176。 C 允許最高結(jié)溫 Tjmax： 150176。 R2110 使它自身可對輸入的兩個(gè)通道信 號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率 MOS 器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率 MOS 器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。因此在這個(gè)電路中， Q Q4 或者 Q Q3 是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。 將 IC1 的 HIN 端與 IC2 的 LIN 端相連，而把 IC1 的 LIN 端與 IC2 的 HIN 端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號(hào)恰好相反。其 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng) 24 具體的操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時(shí)候， Q2 截止， C1 上的電壓經(jīng)過 VB、IC內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上，從而使得 Q1 導(dǎo)通。 電源經(jīng) Q1 至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過 Q4 到 達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。 在 HIN 為低電平期間， LIN 端輸入高電平， Q Q3 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。此時(shí) Q2的漏極近乎于零電平， Vcc 通過 D1 向 C1 充電，為 Q1 的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。 電源經(jīng) Q3 至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過 Q2 到達(dá)零