【正文】 時初值與定時時間的關系。 N 隨著機型的不同而不同。這樣，我們可以通過設定不同的定時初值 ， 從而改變占空比 D =1t /T ，進而達到控制電機轉速的目的 [4]。軟件延時法的基本思想是：首先求出占空比 D =1t /T ，再根據(jù)周期 T 分別給電機通電 M 個單位時間 0t ，所以 M =0t /1t 。改變 M 和 M 的值，從而也就改變了占空比 D 。在通電過程中，對通電單位時間 0t的次數(shù)進行計數(shù)，并與存儲器的內(nèi)容進行比較。 軟件采用 定時中斷 進行設計。當按動按鈕后， 執(zhí)行相應的程序， 根據(jù) 流電機的正反轉 。 研究背景 隨著社會的發(fā)展，各種智能化的產(chǎn)品日益走入尋常百姓家。 對直流電機的速度調(diào)節(jié)，我們可以采用多種辦法，本文在給出直流電機調(diào)整和 PWM實現(xiàn)方法的基礎上，提供一種用單片機軟件實現(xiàn) PWM 調(diào)速的方法。 意義 (1) 直流電動機有良好的起動、制動性能 , 宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速 , 至今在金屬切削機床、造紙機等需要高 性能可控電力拖動的領域中仍有廣泛的應用。以往的直流調(diào)速裝置是全模擬式設備。這些舊設備急待更新改造。 (2) 本文研究的基于 MCS51系列單片機的直流電機 PWM調(diào)速 系統(tǒng)屬于微機控制領域，通過對單片機的學習和研究對自己以后從事硬件產(chǎn)品的開發(fā)有一定的實際指導意義。 6 第二章 系統(tǒng)硬件設計 本設計以 AT89S52 單片機為核心，以 5 個彈跳按鈕作為輸入達到控制直流電機的停 止 、 加速、減速、正轉、反轉 。 （ 1）能實 現(xiàn)通過調(diào)節(jié)給定的電壓對直流電機的速度及轉向控制； （ 2）通過按鈕能實現(xiàn)直流電機的加速、減速、等變速及轉向控制； 直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ， 調(diào)速平滑 、 方便 ， 調(diào)速范圍廣 ； 過載能力大 ， 能承受頻繁的沖擊負載 ， 可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動 、停止 和反轉 ； 能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求 。 采用微機控制后 ， 整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)自動化 ， 結構簡單 ， 可靠性高 ， 操作維護方便 ， 電動機穩(wěn)態(tài)運轉時轉速精度可達到較高水平 ， 靜動態(tài)各項指標均能較好地滿 足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求 。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點 ： 由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關頻率較高 ， 僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得 平穩(wěn)的直流電流 ， 低速特性好 ： 同樣 ， 由于開關頻率高 ， 快速響應特性好 ， 動態(tài)抗干擾能力強 ， 可以獲得很寬的頻帶 ； 開關器件只工作在開關狀態(tài) ， 主電路損耗小 ，裝置效率高。 采用單片機構成的直流電動機數(shù)字 PWM 調(diào)速系統(tǒng) ,其控制核心主要由 最小系統(tǒng)、電源模塊（ 12v 5v）、電機驅動電路、按鍵（加速、減速、急停、正轉、反轉）、顯示模塊（四位數(shù)碼管）、直流電機組成 。單片機通過軟件處理輸出 PWM信號 , 實現(xiàn)了直流電動機的速度控制 ,在運行中獲得了良好的動靜態(tài)性能。在 介紹了基于單片機用 PWM實現(xiàn)直流電機調(diào)整的基本方法，直流電機調(diào)速的相關知識，及 PWM調(diào)整的基本原理和實現(xiàn)方法。對于直流電機速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。 （ 2）通過對單片機程序燒錄實現(xiàn)對直流電機的停止、加速、減速、 正轉、反 轉控制。 控制原理： 89S52單片機為核 心的直流電機控制系統(tǒng)控制簡圖如圖 21所示，由軟件轉換成 PWM 信號，并由 、 ，經(jīng)驅動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電。單片機上電后，系統(tǒng)進入準備狀態(tài)。根據(jù)不同的加減速按鈕，調(diào)整 ，從而可以控制 ，進而控制電壓的大小。 在電動機驅動信號方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩 形信號控制。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在 40Hz 以上，電動機轉動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉；脈沖頻率在 10Hz 以下，電動機轉動有明顯跳動現(xiàn)象。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過對信號占空比的調(diào)整來對直流電機進行調(diào)節(jié)。但是電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。 方案二：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對小車的速度進行調(diào)整。 方案三：采用 驅動芯片 L298N 驅動直流電機， L298N 具有驅動能力強，外圍電路簡 單等優(yōu)點，因此我們采用方案三。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機兩控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機的轉向和轉速。單極性工作制是單片機控制口一端置低電平，另一端輸出 PWM 信號，兩口的輸出切換和對 PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉向和轉速。 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。 9 PWM 軟件實現(xiàn)方式 方案 一 ：采用軟件延時方式，在引入中斷 之 后，將有一定的誤差。 系統(tǒng)分析與 硬件設計 鍵盤向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過 與 其中一口輸出與轉速相應的 PWM 脈 沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、驅動電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉向與轉速的控制 ， 電動機正轉，反轉， 加速 ， 減速 、 急停 。一般來說，它包括單片機，晶振電路和復位電路。系列產(chǎn)品的升級版，有世界著名半導體公司 10 ATMEL 在購買 MSC51174。與此同時，世界上其他的著名公司也通過基本的 51 內(nèi)核，結合公司自身技術進行改進生產(chǎn)，推廣一批如 51F020 等高性能單片機。根據(jù)不同的運行速度和功耗的要求，時鐘頻率可以設置在033M 之間?？梢栽?4V到 寬電壓范圍內(nèi)正常工作。同時，該單片機支持計算機并口下載，簡單的數(shù)字芯片就可以制成下載線，僅僅幾塊錢的價格讓該型號單片機暢銷 10 年不衰。 圖 22 DIP40封裝 89S52引腳圖 復位電路及時鐘電路 復位電路和時鐘電路是維持單片機最小 系統(tǒng)運行的基本模塊。 11 RST單片機C1R1GNDVCC RST單片機C2R2GNDVCCR3S?SWPB 上電復位 手動復位 有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況，在程序開發(fā)過程中，經(jīng)常需要手動復位。 高頻率的時鐘有利于程序更快的運行，也有可以實現(xiàn)更高的信號采樣率，從而實現(xiàn)更多的功能?？紤]到單片機本身用在控制，并非高速信號采樣處理，所以選取合適的頻率即可。并聯(lián) 2個 30pF 陶瓷電容幫助起振。 圖 24 直流電源原理 各部分作用： (1)電源變壓器 T的作用是將 220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓 Ui。 (2)整流電路：整 流電路將交流電壓 Ui變換成脈動的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。 13 圖 26 濾波電路 (4)穩(wěn)壓電路 :常用的穩(wěn)壓電路有兩種形式：一是穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路其工作原理是利用穩(wěn)壓管兩端的電壓稍有變化，會引起其電流有較大變 化這一特點，通過調(diào)節(jié)與穩(wěn)壓管串聯(lián)的限流電阻上的壓降來達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用電壓串聯(lián)負反饋的原理來調(diào)節(jié)輸出電壓的。常用穩(wěn)壓電路歸納如下表： 電路名稱 典型電路 輸出電壓及有關參數(shù) 特點與用途 穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓 ? ?? ?0003~23~UUIIUUimZmZ??? 電路簡單，適用于輸出電壓恒定，負載電流變化小的場合，常用作基準電源 可調(diào)穩(wěn)壓電源 Zf URRU ???????? ?? 10 1 電路引入電壓串聯(lián)負反饋，使輸出電壓更穩(wěn)定且可調(diào)， 可獲得負電源 14 串聯(lián)型穩(wěn) 壓電路 ZURRU RR ???????? ???? ,23 210 1， ZUR RRU ???????? ??? 3 21m ax0 1 ZURR RU ???????? ??? 23 1m in0 1 電路較復雜，輸出電壓可調(diào)，輸出電流較大，應用范圍廣 集成穩(wěn)壓 電源 ??78 系列為正電源 ??79 系列為負電源 輸出電壓固定，為 5V，9V， 12V， 15V， 18V 等，可根據(jù)需要選用 電路簡單，輸出電壓固定 直流電機驅動電路設計 由于單片機 P3 口輸出的電壓最高才有 5V，難以直接驅動直流電機。 L298N 可接受標準 TTL邏輯電平信號 VSS， VSS可接 ～ 7V電壓。輸出電流可達 ，可驅動電感性負載。 L298 可驅動 2個電動機， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動一臺電動機。 EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。具體驅動電路如下圖 27： 15 圖 27 驅動電路 顯示模塊設計 本次設計顯示模塊采用的是 SM410564 四位共陽數(shù)碼管顯示，因為單片機的輸出端口輸出的電流小，點亮數(shù)碼管的能力不大，所以需要采用三極管放大輸出電流，此次三極管采用的是 C9013，具體放大電路如圖示： 16 圖 28 放大電路 鍵盤電路設計 正轉、反轉、急停、加速、減速五個開關分別與單片機的 ， ， ， 相連，然后再與地相連。 7812 輸入端的電流是對 變壓器副邊輸出電壓 U（ t） 整流、濾波后得到的。由于濾波電容不可能無限大，所以 U＜ ，根據(jù)經(jīng)驗可知 U=，可知 Uef=，考慮到整流橋經(jīng)過兩個二極管約有 的壓降，得變壓器可取 15V。 ：考慮到電路中會出現(xiàn)沖擊電流，整流橋的額定電流是工作電流的2~3 倍。 ：考慮到對紋波電壓要求比較高，故選擇了 2200μ F 耐壓值為25V 以及 100μ F耐壓值 50v 的電解電容。 ，故在輸出端加入 2200μ F、耐壓值為 25V的電解電容。 至此，所有元件的參數(shù)都已經(jīng)確定。 技術路線 (PWM) 通道 ,它們產(chǎn)生可由編程決定寬度 和間隔的脈沖。單片機產(chǎn)生的 PWM 信號不能直接驅動電機 ,這就需要設計合適的驅動電路。具體的設計方法是通過 Keil C 編程， Proteus 聯(lián)合仿真來實現(xiàn)的 。 (2) Proteus可提供的仿真儀表資源虛擬儀器儀表的數(shù)量、類型 和質量，是衡量仿真軟件實驗室是否合格的一個關鍵因素。除了現(xiàn)實存在的儀器外， Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。后來隨著開發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級，使它已經(jīng)成為了一個重要的單片機開發(fā)平臺，不過 KEIL的界面并不是非常復雜，操作也不是非常困難，很多工程師的開發(fā)的優(yōu)秀程序都是在 KEIL的平臺上編寫出來的。 （ 1） Keil的μ Vision2可以進行純粹的軟件仿真 (仿真軟件程序，不接硬件電路 )；也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機硬件系統(tǒng)，在仿真器中載入項目程序后進行實時仿真；還可以使用μ Vision2的內(nèi)嵌模塊 Keil Monitor51，在不需要額外的硬件仿真器的條件下，搭接單片機硬件系統(tǒng)對項目程序進行實時仿真。 DDE界面和 shift語言支持自動程序測試。 (1) 創(chuàng)建一個項目，從器件庫中選擇目標器件，配置工具設置。 (3) 用項目管理器生成應用。 (5) 測試，連接應用。由軟件 編程從 ，經(jīng)驅動電路輸出給電機，從而 控制電機得電與失電。單片機上電后，系統(tǒng)進入準備狀態(tài)。根據(jù)不同的加減速按鈕，調(diào)整 ，從而可以控制 ，進而控制電機的加減速 。 圖 42 電機停轉 按下加速鍵，直流電機有圖 43 的正向加速運行結果。 25 圖 44 電機正轉減速 按下反轉鍵，直流電機有圖