【正文】 器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部執(zhí)行一定的算法，來控制主電路中的電流大小。本次設(shè)計(jì)，電流傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的LA25NP霍爾式直流電流傳感器。LA25NP霍爾式直流電流傳感器具有較高的精度和良好的線性度，抗干擾能力強(qiáng)。采集到的電壓信號(hào)經(jīng)比例運(yùn)放LM345放大為0～5V的電壓值，進(jìn)ADC0809的A/D輸入端,。電流信號(hào)采集轉(zhuǎn)換電路如圖37所示。轉(zhuǎn)速檢測(cè)的精度和快速性對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。本設(shè)計(jì)采用光柵數(shù)N=1024線的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測(cè)速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系。其中M法是在一定的時(shí)間內(nèi)測(cè)取光電編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，用以計(jì)算這段時(shí)間的平均轉(zhuǎn)速，M法測(cè)速僅適合用于高速段；T法測(cè)速是在編碼器兩個(gè)相鄰輸出脈沖的間隔時(shí)間內(nèi)，用一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)已知頻率為f的高頻脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由此來計(jì)算轉(zhuǎn)速，T法測(cè)速與M法測(cè)速正好相反，僅適合用于低速段；M/T法測(cè)速是把以上兩種方法結(jié)合在一起，既檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)，又檢測(cè)一定時(shí)間間隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)，用來計(jì)算轉(zhuǎn)速，M/T法測(cè)速能適用于高速又適用于低速，是目前最廣泛應(yīng)用的一種測(cè)速方法。綜合考慮，我采用M/T法測(cè)速處理。 測(cè)速時(shí)間由測(cè)速脈沖來同步，即由硬件電路實(shí)現(xiàn)。設(shè)從圖第一條虛線開始，計(jì)數(shù)器分別對(duì)和進(jìn)行計(jì)數(shù)，到達(dá)第二條虛線，到達(dá)預(yù)計(jì)的測(cè)速時(shí)間，微機(jī)發(fā)出停止計(jì)數(shù)指令，但因?yàn)門c不一定恰好等于整數(shù)個(gè)編碼起輸出脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器仍對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，直到第三條虛線時(shí)，可以利用下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖上升沿觸發(fā)數(shù)字測(cè)速硬件電路使時(shí)間計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。M/T法測(cè)速原理圖如圖38。光電編碼器輸出的高低電平接74LS136芯片進(jìn)行二倍頻信號(hào)處理，輸出測(cè)速脈沖。8253的0通道、1通道計(jì)數(shù)器分別對(duì)和進(jìn)行計(jì)數(shù)，D觸發(fā)器用來使的計(jì)數(shù)與測(cè)速脈沖計(jì)數(shù)同步，將D觸發(fā)器的輸出Q\接8253的GATE1，控制的計(jì)數(shù)脈沖。由于單片機(jī)時(shí)鐘頻率為12MHz，ALE引腳具有六分頻的作用，所以ALE管腳輸出頻率為2MHz，而需要的高頻時(shí)鐘頻率為2MHz，所以可直接將ALE引腳與8253的CLK1相連，為測(cè)提供高頻脈沖。再由8155H的PC0端口發(fā)出信號(hào)控制D觸發(fā)器工作使和同步計(jì)數(shù)，8253的0號(hào)和1號(hào)計(jì)數(shù)器使用方式2工作。當(dāng)8155H的PC0端口輸出高電平，發(fā)出啟動(dòng)測(cè)速信號(hào)，即置D為高電平，測(cè)速脈沖計(jì)數(shù)器立即從初始值開始計(jì)數(shù)直至PC0口輸出低電平，即發(fā)出停止測(cè)速信號(hào)，迫使計(jì)數(shù)過程停止。時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的GATE1與D觸發(fā)器輸出的Q端相接，要等隨后的第一個(gè)輸入測(cè)速脈沖上升沿進(jìn)入D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖CP端，Q才變?yōu)楦唠娖?，此?MHZ時(shí)鐘脈沖開始計(jì)數(shù)。測(cè)速電路硬件接線圖如圖39。模擬電路構(gòu)成的PWM調(diào)制器通常由三角波（或鋸齒波）發(fā)生器和比較器組成，這種電路適用于控制信號(hào)為模擬信號(hào)的場(chǎng)合。于是據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種數(shù)字式PWM調(diào)制器，可以直接與計(jì)算機(jī)輸出口連接，電路簡(jiǎn)單，制作容易，成本低廉，無需調(diào)整，非常適合微機(jī)控制場(chǎng)合。當(dāng)輸入8位2進(jìn)制代碼時(shí)d，應(yīng)產(chǎn)生的PWM信號(hào)，一個(gè)PWM的脈沖周期為256個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，則高電平寬度應(yīng)為d，低電平寬度應(yīng)為256d，即占空比為d/256*100%，考慮到輸入為8位2進(jìn)制代碼，幾乎難以用一般簡(jiǎn)單觸發(fā)器或555一類的時(shí)基振蕩電路實(shí)現(xiàn)。輸入一個(gè)比PWM頻率高256倍的基準(zhǔn)脈沖cp，對(duì)cp記數(shù)，計(jì)d個(gè)脈沖，在d個(gè)cp周期內(nèi)輸出高電平，接著計(jì)（256d）個(gè)脈沖，輸出（256d）cp周期的低電平。8位計(jì)數(shù)器由2個(gè)4位雙向可預(yù)置計(jì)數(shù)74191級(jí)聯(lián)而成，低位RCO\信號(hào)輸?shù)礁呶坏腃LK信號(hào)端，即為異步接法。PWM信號(hào)產(chǎn)生電路如圖310所示。本系統(tǒng)采用美國(guó)國(guó)際公司生成的芯片IR2110作為IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片具有體積小，集成度高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，成本低廉，易于調(diào)試，工作頻率最高可達(dá)500KHz等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于大功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路中。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來許多方便。同時(shí)由于IR2110的輸出電壓為10V～20V，固可以直接用來驅(qū)動(dòng)IGBT工作。兩個(gè)高速光耦TLP5211的輸出信號(hào)分別接IR2110的HIN和LIN端作為輸入信號(hào)。由于 LIN 與HIN 是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào)，所以此時(shí)LIN 為低電平，這時(shí)聚集在Q4柵極和發(fā)射極的電荷在芯片內(nèi)部通過電阻迅速對(duì)地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使Q2在Q4開通之前迅速關(guān)斷。經(jīng)過短暫的死區(qū)時(shí)間LIN為高電平，VCC經(jīng)過內(nèi)部電阻和Q4的柵極和源極形成回路，使Q4開通。PWM驅(qū)動(dòng)電路圖如圖311所示。顯示器要及時(shí)的顯示皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量，同時(shí)，還要顯示上一級(jí)傳輸帶傳輸物料的速度。 I/O口擴(kuò)展電路本系統(tǒng)I/O擴(kuò)展芯片采用8155H。芯片內(nèi)部包含一個(gè)256字節(jié)的RAM靜態(tài)存儲(chǔ)器，有兩個(gè)可編程的8位并行口PA和PB，一個(gè)可編程的6位并行口PC。在電路連接中。8155H與單片機(jī)的接口電路如圖312。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。鍵盤是由若干個(gè)按鍵開關(guān)組成，鍵的多少根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的用途而定。單片機(jī)接收到按鍵的觸點(diǎn)信號(hào)后作相應(yīng)的功能處理。本系統(tǒng)鍵盤/顯示器芯片接口芯片采用8279，8279是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程鍵盤/顯示接口芯片，利用8279芯片作為通用接口電路，一方面接受來自鍵盤的輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行預(yù)處理，另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示數(shù)據(jù)的管理和對(duì)數(shù)碼顯示器的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤/顯示器的自動(dòng)掃描，并識(shí)別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，不僅可以大大節(jié)省CPU對(duì)鍵盤/顯示器的操作時(shí)間，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)誤操作，由于這些優(yōu)點(diǎn)，8279芯片日益被廣泛采用。而且具有消除抖動(dòng)的功能。矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。在按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以節(jié)省I/O口線。圖313 鍵盤接線圖圖中鍵盤的行線接8279的RL0—RL3，8279選用外部譯碼方式，SL0—SL3經(jīng)74LS138譯碼輸出，連接鍵盤的列線。輸出線OUTB0—OUTBOUTA0—OUTA3作為一個(gè)8位段選碼數(shù)據(jù)輸出端口，控制LED顯示器每一位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，當(dāng)從一位LED數(shù)碼管向下一位切換時(shí)，由消隱輸出線BD輸出低電平，74LS154譯碼產(chǎn)生低電平，使74LS138輸出全為高電平。74LS138譯碼循環(huán)產(chǎn)生低電平，8位段數(shù)據(jù)輸出端口也依次把公共陰極為低電平位的顯示位中的顯示內(nèi)容分別顯示出來，當(dāng)這一過程很快顯示時(shí)，人們就會(huì)在幾個(gè)LED中看到了顯示出來的不同內(nèi)容。74LS07芯片是8279作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管顯示器的段選碼輸出端口的同相驅(qū)動(dòng)芯片。圖314 鍵盤顯示電路接線圖系統(tǒng)需要多種電源，單片機(jī)、D觸發(fā)器401AD080SN74191需要＋5V電源，AD620需要177。12V的線性電源，LA25ANP需要177。對(duì)于芯片IR2110，系統(tǒng)需要對(duì)功率地和其他接地信號(hào)進(jìn)行隔離，其輸出+15V電源需要另行設(shè)計(jì)。穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。圖315 穩(wěn)壓電源電路流程圖對(duì)于普通電源和接地信號(hào)，本系統(tǒng)采用7805，7905固定式三端穩(wěn)壓器可輸出177。12v，固定式三端穩(wěn)壓器7815和7915組裝電路可對(duì)稱輸出177。分別輸出可供芯片使用。在設(shè)計(jì)電源的時(shí)候應(yīng)注意要加濾波電容，電源設(shè)計(jì)電路如圖316所示。圖317 +15V電源和功率地電源電路第4章 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于以上分析并搭建整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路以后，本系統(tǒng)需要通過軟件編程使得系統(tǒng)的各個(gè)部分按照一定的方式自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)控制和管理。本設(shè)計(jì)用AT89C52單片機(jī)代替了直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制模擬調(diào)節(jié)器，同時(shí)還要檢測(cè)皮帶傳輸系統(tǒng)上的重量，并對(duì)上一級(jí)皮帶傳輸物料速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。主程序流程圖如圖41所示。鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設(shè)計(jì)采用程序的模塊化，有效的解決了復(fù)雜的多重分支問題。 主程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：用單片機(jī)控制電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，首先系統(tǒng)要進(jìn)入初始化過程，使系統(tǒng)恢復(fù)初始狀態(tài)；系統(tǒng)初始化后，按下鍵盤上的開始鍵，則系統(tǒng)開始運(yùn)行；首先，通過鍵盤控制整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行，然后單片機(jī)開始進(jìn)行信號(hào)采集處理，將檢測(cè)到的重量、轉(zhuǎn)速、電流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并輸送給單片機(jī)，然后通過數(shù)碼管將采集到的轉(zhuǎn)速、重量值顯示出來；本系統(tǒng)主要目的是根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)上的物料重量來自動(dòng)調(diào)節(jié)物料輸送速度，從而達(dá)到使皮帶傳輸系統(tǒng)上物料重量保持在一定的范圍之內(nèi)。圖41 主程序流程圖圖42 初始化流程圖 PI控制子程序設(shè)計(jì)為了安全起見并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，系統(tǒng)對(duì)設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序進(jìn)行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時(shí)，便進(jìn)入PI控制子程序[19]。e(t)為系統(tǒng)的控制偏差。其中比例系數(shù)Kp越大,系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高,但系統(tǒng)易產(chǎn)生超調(diào),甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。,系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快,但Ti過大,在響應(yīng)過程的初期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象,將使系統(tǒng)靜態(tài)誤差難以消除,影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。圖43 PI控制流程圖 中斷服務(wù)程序?yàn)榱撕芎玫貙?shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)各個(gè)信號(hào)的采樣分析，本系統(tǒng)需要設(shè)置中斷服務(wù)子程序，及時(shí)的將信號(hào)反饋到單片機(jī)中，以便準(zhǔn)確的完成控制指標(biāo)[20]。圖44 中斷服務(wù)子程序流程圖第5章 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行情況作參數(shù)的調(diào)整是系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試過程必不可少的一部分。傳統(tǒng)的調(diào)試方法不僅增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試強(qiáng)度而且不易產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果。通過對(duì)數(shù)字仿真模型的運(yùn)行過程的觀察和設(shè)計(jì)，得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特征，以此來估計(jì)和推斷實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和真實(shí)性。利用matlab/simulink仿真工具有效地對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，可以非常直觀地觀察電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速響應(yīng)情況進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，是目前國(guó)際上廣泛流行的工程仿真技術(shù)。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型的構(gòu)建Matlab仿真結(jié)構(gòu)框圖中ASR、ACR采用PI模塊,其參數(shù)設(shè)置就根據(jù)第2章第五節(jié)計(jì)算所求得數(shù)值,輸出控制IGBT，其限幅均為[10, 10]。仿真模型整體框圖如圖51所示。、240176。整流橋?yàn)橄到y(tǒng)默認(rèn)值。系統(tǒng)主要檢測(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，在將角速度ω轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速n后，接一個(gè)顯示器用于顯示轉(zhuǎn)速波形。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析設(shè)置好仿真參數(shù)只好，點(diǎn)擊開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始仿真。轉(zhuǎn)速信號(hào)波形圖如圖52所示。圖52 轉(zhuǎn)速信號(hào)波形圖圖53 電流信號(hào)波形圖從仿真結(jié)果可以看出,當(dāng)給定信號(hào)為10V時(shí),在電機(jī)起動(dòng)過程中,電流調(diào)節(jié)器作用下電機(jī)電樞電流接近最大值,使得電機(jī)以最優(yōu)時(shí)間準(zhǔn)則開始上升,電流很快下降,在穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速為1500r/min,。總 結(jié)本文所述的配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī)AT89C52為核心的。而在軟件方面，采用PI算法來確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過兩個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)作用減少穩(wěn)態(tài)速降，但是有超調(diào)。雖然這只是一次仿真設(shè)計(jì)，沒有接受現(xiàn)實(shí)中嚴(yán)峻環(huán)境的考驗(yàn)。學(xué)習(xí)了很多軟件的應(yīng)用，比如altium designer、MATLAB、VISIO、匯編語言等。致 謝通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《基于單片機(jī)控制的配料自動(dòng)控制系統(tǒng)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師李春華老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。感謝各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。：華中理工大學(xué)出版社，1998電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11 胡壽松 ：南京航空航天大學(xué)出版社，200712 何立民 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編（8）.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，200013 張毅剛 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，200714 喬忠良 ，200015 萬福君 潘松峰 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第二版) 200416 李仁定 電機(jī)的微機(jī)控制 機(jī)械工業(yè)出版社 200417 公茂法 ：北京航空航天出版社，199918 Bose B K. Power Electronics and ,198619 Palm, York:McGrawHill,200520 John G, Kassakian. Principles of Power Electronics. Addis on Wesley publishing pany,199121 周淵深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真 中國(guó)電力出版社 200722 孔紅，直流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字仿真[J].山西冶金,2007；30(2):5759.23 洪乃剛，電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,.附錄1 軟件編程主程序：0000 AJMP STARTSTART：CLR CLR ；選中工作寄存器0組 CLR C MOV R0 ，4FH MOV A ，30HCLEAR1：CLR A INC A DJNZ R0 ，CLEAR1 ；清零307FH SETB TR0 ；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0工作 MOV TMODE ，01H ；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作在方式1 SETB EA