【正文】 以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強(qiáng)響應(yīng) 速度快 工作電壓比較高，可以達(dá)到 660v，其內(nèi)設(shè)欠壓封裝，成本低，易于調(diào)試。 本設(shè)計驅(qū)動電路采用了 IR2110 集成芯片，該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力和保護(hù)功能。因此，在這個電路中， Q Q4 或者 Q Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的，設(shè)計采用 PWM 信號來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在 HIN 為高電平期間， Q Q4 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向工作電壓，具體操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時候， Q2 被截止， 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，同理，此時 IC2的 HO 為低電平而 LO 為高電平， Q3 截止， C3 上的電壓經(jīng)過 VB、 IC 內(nèi)部電路和HO端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。 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，具體操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO為高電平而 HO為低電平的時候， Q2 導(dǎo)通且 Q1截止。 同理， IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平， Q3 導(dǎo)通且 Q4 截止， Q3 的漏極接近于零點平，此時 VCC通過 D2 向 C3充電，為 Q4 的又一次導(dǎo)通做準(zhǔn)備。 因電樞上的工作電壓是雙極性矩形 脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電動機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。 HIN 信號的占空比為 D=t1/T，設(shè)電源電壓為 V， 20 那么電樞低壓的平均值為： VOUT=[t1（ Tt1） ]V/T =(2t1T)V/T =(2D1)V 定義負(fù)載電壓系數(shù)為 λ ， λ =VOUT/V，那么 λ =2D1，當(dāng) T 為常數(shù)時，改變 HIN為高電平的時間 t1，也就改變了占空比 D，從而達(dá)到改變 VOUT的目 的， D 在 01之間變化，因此 λ 在 177。 當(dāng) λ = 時， VOUT=0，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速為零。 當(dāng) λ =1 時， VOUT=V,此時電機(jī)全速運行。 本設(shè)計采用 128x64 全點陣液晶顯示器組成，可完成漢子顯示和圖形顯示。 根據(jù)按鍵開關(guān)與 CPU 的連接方式不同，鍵盤又可以分為獨立式和行列式兩大類。這樣，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷哪個按鍵被按下，因此操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)簡單，但是。 行列式鍵盤的特點是：行線、列線分別接輸入線、輸出線，按鍵設(shè)置在行、 22 列線的交叉點上，每一行和每一列的交叉處不同，而是通過按鍵來聯(lián)通，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 跟行線和 n跟列線就可以組成 m n個按鍵的鍵盤，因此，矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。 本設(shè)計使用 4x4 鍵盤用以實現(xiàn)對 P、 I、 D 三個參數(shù)和電機(jī) 正反轉(zhuǎn)的設(shè)定，以及對電機(jī)啟動、停止、暫停、繼續(xù)的控制，其電路原理如圖 所示。在本設(shè)計中，用 鏈接鍵盤的列信號 L0L3，用 鏈接鍵盤行信號 H0H3。它將檢測到的角位移轉(zhuǎn)換成脈沖形式 的數(shù)字信號輸出。 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另 23 一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)制數(shù)。顯 然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 N 位二進(jìn)制分辨率的編碼器，其碼盤必須有 N條碼道。 增量式光電編碼器在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)安放發(fā)光元件和光敏元件。碼盤上有相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈 Z 相輸出一個脈沖。 采樣方法 本設(shè)計采用增量式編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號，具體做法是 ：在電機(jī)軸上固定一 圓盤，且其邊緣上有 N個等分凹槽，在圓盤的一側(cè)固定一個發(fā)光二極管，其位置對準(zhǔn)凹槽處 ， 如圖 （ a） 所示，在另一側(cè)和發(fā)光二極管平行的位置上固定一個光敏三極管，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電路如圖 （ b） 所示，從圖中可以得出電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈在 PC3 的輸出端就會產(chǎn)生 N個低電平，這樣就可以根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。低電平頻率越大，就說明電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反之，就說明電 機(jī)轉(zhuǎn)速較低，通過脈沖電平前后的變化，可以看出電機(jī)運行時加速還是減速。 ADC 與一個 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。器件還支持 16 路差分電壓輸入組合。七路差分模擬輸入通道共享一個通用負(fù)端(ADC1), 而其他任何 ADC 輸入可做為正輸入端。如果使用 200x 增益，可得到 7 位分辨率。標(biāo)稱值為 的基準(zhǔn)電壓，以及 AVCC，都位于器件之內(nèi)。 電源電路 單片機(jī)和顯示器所需電源為 5V，直流電機(jī)所需電源為 12V，設(shè)計采用 7805和 7812 兩種穩(wěn)壓芯片，最大輸出電流為 ： 圖 電源 接線圖 26 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn) 對于 AVR 系列單片機(jī)，既可以用匯編語言編程，也可以采用 BASCOM 和 C語言等高級語言編程。而采用高級語言可以提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)時間和周期。 C 語言支持自頂向下的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，并且支持模塊化程序設(shè)計結(jié)構(gòu)。 直流電機(jī)驅(qū)動器的單片機(jī)控制軟件采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上，包括一個主循環(huán)體程序、鍵盤程序、顯示程序以及一些控制程序。目前，提出的控制算法有很多種，根據(jù)偏差的比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）進(jìn)行控制。它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較的出偏差 e(n)，對偏差進(jìn)行 P、 I、 D 運算，最終利用運算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來實現(xiàn)對加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許 多領(lǐng)域。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。 PWM 信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有 (ON)，要么完全無 (OFF)。通 的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。 多數(shù)負(fù)載 (無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載 )需要的調(diào)制頻率高于 10Hz，通常調(diào)制頻率為 1kHz 到 200kHz 之間。 PWM 的意思是脈寬調(diào)節(jié) ,也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比 ,一個20%占空比波形 ,會有 20%的高電平時間和 80%的低電平時間，而一個 60%占空比的波形則具有 60%的高電平時間和 40%的低電平時間 ,占空比越大 ,高電平時間越長 ,則輸出的 脈沖幅度越高 ,即電壓越高 。 如果占空比為 100%,那么輸出全部電壓 .。 在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)速系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開 電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 對小功率直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用微型計算機(jī)或單片 機(jī)來控制是極為方便的。如圖 所示： 圖 （ a） PWM 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 29 圖 （ b） 圖 直流電機(jī) PWM 調(diào)速曲線 在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時，速度增加，電機(jī)斷電時，速度逐漸減少。 設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D=t1/T,則電機(jī)的平均速度為： Vd=Vmax*D 式中 ， Vd指的是電機(jī)平均轉(zhuǎn)速， Vmax指電機(jī)在全通 電時的最大速度，為 D=t1/T指占空比。 產(chǎn)生 PWM 脈沖的四種方法 ① 分立電子元件組成的 PWM 信號發(fā)生器這種方式是用分立的邏輯電子元件組成 PWM 信號電路 ,是較早采用的方法 ,可靠性、可調(diào)性較差 。 ③專用 PWM 集成電路采用芯片制造商生產(chǎn)專用的 PWM 集成電路芯片 ,該方法功能強(qiáng) ,但增 加了調(diào)速系統(tǒng)的成本開銷 。通過單片機(jī)的初始化設(shè)置 ,使其自動發(fā)生 PWM脈沖波 ,只有在改變脈沖寬度時 ,CPU才進(jìn)行干預(yù) ,該方法控制直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速簡單、可靠。在系統(tǒng)運行期間，根據(jù)每次采樣的速度值進(jìn)行數(shù)字 PID 運算后改變 U0，進(jìn)而實現(xiàn)對 電機(jī)的調(diào)節(jié)。 Flag1=0。 IT0=1。 32 count=0。en1=1。 U0=200。 cc=0。 pwm1=0。 P1=0xf0。 //設(shè)置液晶顯示器 Clr_Scr()。 //清 屏 Left()。 left()。 right()。 right()。 left()。 left()。 left()。 left()。 left()。 left()。 right()。 right()。 right()。 right()。 right()。 33 right()。 left()。 left()。 left()。 left()。 left()。 left()。 right()。 right()。 right()。 right()。 right()。 Left()。 Left()。 Left()。 Left()。 Flag1=0。) //等待啟動鍵按下 {switch(set) {case 0:break。Disp_Digit (2,28,s[0])。Disp_Digit (2,36,s[0])。Disp_Digit (2,52,s[0])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit (2,28,kong)。 left()。 Delay12864(2500)。} left()。 Kpp+=10*n。) { left()。 Delay12864(1000)。Disp_Digit (2,36,s[n])。 if(flag==1) break。Disp_Digit (2,28,s[n])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit (2,36,kong)。 left()。 Delay12864(2500)。} left()。 Kpp+=n。) { left()。 Delay12864(1000)。Disp_Digit (2,52,s[n])。Disp_Digit (2,52,s[n])。 Set=0。 case 2:right()。 right()。 right()。 Kii=0。) { right()。 Delay12864(1000) right()。 Delay12864(2500)。} right()。 Kii+=10*n。) { right()。 Delay12864(1000)。Disp_Digit(2,36,s[n])。 If(flag==1)break。Disp_Digit(2,36,s[n])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit(2,52,kong)。 right()。 Delay12864(2500)。} right()。 36 Kii+=*n。break。Disp_Digit (4,28,s[0])。Disp_Digit (4,36,s[0])。Disp_Digit (4,52,s[0])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit (4,28,kong)。Disp_Digit (4,28,s[n])。 If(flag==1)break。Disp_Digit (4,28,s[n])。 For(flag=0,n=0。Disp_Digit (4,36,kong)。 left()。 Delay12864(2500)。} left()。 Kdd+=n。) { left()。 Delay12864(1000)。Disp_Digit (4,52,s[n])。 If(flag==1)break。Disp_Digit (4,52,s[n])。break。Disp_Digit(4,28,s[0])。Disp_Digit(4,36,s[0])。Disp_Digit(4,44,s[0])。for(flag=0,n=0。Disp_Digit(4,28,k