【正文】 換變成 8 位數(shù)字量后，分別作為速度的給定值與反饋值輸入單片機(jī)。調(diào)節(jié)反相器中的可調(diào)電位器 W1，可以擴(kuò)大控制電壓的范圍，改善電壓變 化率。 ～ ～ CS 0D 7D～ 1AD測(cè) 速 部 分整 形脈沖封鎖LS138CS8AD ～ 12AD0D ～ 7D0AD ～ 7ADOEWE LS373EPROM(2764)CSOEWERAM(6264)CS 0D7D 0AD7ADWRRDAPBPCP0HS I5AC H4ACH0HS O5SH O ～EX IN T4P3PALERDWR測(cè) 速 脈 沖DIP40 圖 單片機(jī)控制電路原理圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 單片機(jī) STC89C51RC 的組成及引腳 宏晶科技公司 生產(chǎn)的 STC89C51RC 單片機(jī) ，其內(nèi)部資源主要有： ? 8 位 CPU ? 4KB/8KB/16KB/32KB/64KB 字節(jié)掩膜 ROM 程序存儲(chǔ)器 ? 512 或 1280 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ? 3 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器 ? 1 個(gè)全雙工的異步串行口 ? 6 個(gè)中斷源兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器 時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生 ～ 12MHz 的時(shí)鐘頻率 單片機(jī)的引腳 如圖 所示。其中 P0、 P P P3四個(gè) I/O 口，通過(guò)這四個(gè)口使單片機(jī)與外部交換信息，達(dá)到采集、處理、控制等各項(xiàng)工作。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。 VSS（ 20 腳 )：接地。時(shí)鐘引腳也可以外接晶體震蕩器。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端。 XTAL2（ 18 腳 ):接外部晶體的另一端，在單片機(jī)內(nèi)部接至反相放大器的輸出端。 2. 控制引腳 控制引腳包括 RESET(即 RST)、 ALE、 PSEN 、 EA 等。 （ 1） RST/VPD（ 9 腳）：當(dāng)震蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位（ RST）。 （ 2） ALE/PROG （ 30 腳）：當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖的下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。但是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，在兩個(gè)機(jī)器周期中 ALE 只出現(xiàn)一次，即丟失一個(gè) ALE 脈沖。對(duì)于片內(nèi)具有 EPROM 型的單片機(jī) 8751，在 EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖 PROG 。在從外部存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。 PSEN 同樣可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 負(fù)載。值為 0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。對(duì) 8031 來(lái)說(shuō)，因其無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以該引腳必須接地，即此時(shí)只能訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。 3. 輸入 /輸出引腳 輸入 /輸出（ I/O）口引腳包 括 P0口、 P1口、 P3口、 P4口。它是地址總線低 8 位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 負(fù)載。 （ 2） P1口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或輸出線（作為輸入時(shí)，口鎖存器必須置 1），可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載。它是與 地址總線高 8 位復(fù)用，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線高 8 位使用。 A/D 芯片 ADC0809 及其工作原理 在單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制和智能儀器儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，被控制或被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參數(shù)往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等等。實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換的器件就稱為 A/D轉(zhuǎn)換器，常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有 ADC0809,MC14433,本文采用常見(jiàn)的 ADC0809。它是以 D/A 轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，加上比較器、 N 位逐次逼近寄存器和控制邏輯電路組成。轉(zhuǎn)換的速度由時(shí)鐘頻率 決定，可以設(shè)計(jì)成較高的轉(zhuǎn)換速度，一般在幾微秒到上百微秒之間 。 XFER8 位數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 器8 位D A C寄 存 器8 位D / A轉(zhuǎn) 換 器輸 入 數(shù) 據(jù) 0D 7D ～CSILE 1WR 1WR 2LERE FV 1OUTI2OUTI fbRAGNDCCVDG ND 圖 （ a） ADC0809 的原理結(jié)構(gòu)圖 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 210221232243254265276287EOC8ABCALE12OE13START14CLOCK15IN016IN117IN218IN319IN420IN521IN622IN723VCC24GND25U?ADC0809 圖 （ b） ADC0809 引腳圖 ADC0809 的引腳功能如下： ●IN0~IN7： 8 路模擬量輸入線； ●21~28： 8 位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線，常用 D7~D0表示 ； ● A、 B、 C： 模擬通道選擇輸入線； ● ALE：通道鎖存控制信號(hào)線，正跳變可鎖存信息； ● CLOCK：轉(zhuǎn)換時(shí)鐘輸入線，頻率范圍是 10~1200kHz，一般取 640Hz（轉(zhuǎn)換速度為 100μ s）； ● START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入線，上升沿清除寄存器，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換； ● EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，輸出為寬為 8 的 CLK 周期的正脈沖； ● OE：輸出允許控制信號(hào)輸出線，為高電平時(shí)把轉(zhuǎn)換結(jié)果送數(shù)據(jù)線； ● Vcc：主電源 +5V； ● GND：數(shù)字地； 單片機(jī)的幾個(gè)外圍電路 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路是單片機(jī)的 心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏 。 MCS51 最常用的內(nèi)部時(shí)鐘電路是采用外接晶體（陶瓷震蕩器的頻率定性不高）和電容組成的并聯(lián)諧振回路， STC89C51RC 單片機(jī)允許的震蕩晶體可在 ～ 24MHzR 8 R 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 之間選擇，一般取 。圖 為時(shí)鐘電路 Y16 M H zC13 0 P FC23 0 P FX T A L 1X T A L 2 圖 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，是中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。圖 為復(fù)位電路 2 0 0R 2 31kR 2 4S12 2 p FC3+ 5 VR S T 圖 復(fù)位電路 在單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展的 I/O 接口電路等也需要復(fù)位。 RST 是高電平有效，而 I/O 接口電路的復(fù)位端一般為 TTL 電平輸入，通常也是高電平有效，但這兩種復(fù)位輸入的復(fù)位有效的電平不完全相同，如果 CPU 和 I/O 的復(fù)位不同步，則系統(tǒng)湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 不能正常工作。 速度 檢測(cè) 電路 現(xiàn)在普 遍采用光電編碼器 ( P u l s e L i g h t G e n e r a t o r P L G) 檢 測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， 這是一種精度較高、實(shí)用簡(jiǎn)便的測(cè)速元件，而且產(chǎn)生的信號(hào)是數(shù)字脈沖，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。 112A 相3B 相44P2CLK211D212CLR213VCC14CLR11D12CLK13SET14Q15Q16GND7SET210Q29Q28TextU4TextTextText74LS74PLG 圖 光電編碼器電路 過(guò)壓 檢測(cè) 保護(hù)電路 為了使系統(tǒng) 安全可靠運(yùn)行，除了合理布線外、采取屏蔽、隔離、濾波和晶閘管 RC吸收 電路及壓敏電阻過(guò)壓保護(hù)之外，還設(shè)置了過(guò)電流 、 過(guò)壓保護(hù)電路，由電流互感器與過(guò)電流檢測(cè)電路所捕捉的過(guò)電流信號(hào)負(fù)跳變被送至單片機(jī)的 INTO 口申請(qǐng)中斷，它具有最高優(yōu)先級(jí)，被響應(yīng)后再由軟件判斷是否要改變移相控制電壓，進(jìn)行封鎖三相觸發(fā)脈沖，并從 。湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 U1+13K310K4 10K620K23K71K5GNDVcc(+12v) Vcc(+5v)542GNDUceVCCGND 圖 主電路中 過(guò)壓的檢測(cè)保護(hù)電路 同步輸入電路及移相 觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生 同步信號(hào)輸入電路 如圖 所示，電動(dòng)機(jī)三相異步電壓 U、 V、 W 經(jīng)圖所示的同步變壓器電路后變成U V W1 同步電壓。 本論文采用的是 KC 系列的 KCZ6 集成化三相全控橋六脈沖觸發(fā)組件。 圖 是觸發(fā)線路的結(jié)構(gòu)及工作原理圖，從圖 中可以看出觸發(fā)線路主要由同步濾波環(huán)節(jié)、過(guò)零檢測(cè)及鋸齒波形成單元、脈沖形成單元、脈沖發(fā)生器、雙脈沖形成與分配環(huán)節(jié)、脈沖功放環(huán)節(jié)六部分組成。、各路彼此之間相差 120186。的雙脈沖列，該六路脈沖列經(jīng)脈沖功率放大電路進(jìn)行功率放大后輸出，直接帶動(dòng)脈沖變壓器來(lái)觸發(fā)三相三線式交 流調(diào)壓電路中的六個(gè)晶閘管。集成電壓比較器 LM311 的管腳1GND 接地，當(dāng)檢測(cè)每一相的正半波過(guò)零時(shí)，將同步信號(hào)接比較器的正向輸入端，反向輸入端接地，這樣正半波過(guò)零時(shí)在輸出端應(yīng)為高電平。圖中不接上拉電阻，利用高阻狀態(tài)電源為電容充電，形成鋸齒波，在負(fù)半波到來(lái)時(shí)快速放電。雙窄脈沖形成當(dāng)晶閘管門(mén)極上的觸發(fā)脈沖為雙窄脈沖時(shí)，可滿足電阻、電感或反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載對(duì)觸發(fā)脈沖寬度的不同需要 ,采用補(bǔ)發(fā)脈沖的方式，即當(dāng)要b＋ a＋ a＋ a－ a－ b＋ b－ b－ c－ c－ c+ c+ t t t uA uB uC 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 求某一晶閘管導(dǎo)通時(shí)，除了給它本身發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖外，還要給前一個(gè)換流的晶閘管發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖。圖 中 A 相的補(bǔ)脈沖由 C 相產(chǎn)生， B 相的補(bǔ)脈沖 由 A 相產(chǎn)生， C 相的補(bǔ)脈沖由B 相產(chǎn)生 (實(shí)線該相的觸發(fā)脈沖，虛線為由其它相產(chǎn)生的補(bǔ)脈沖，‘＋’表示正半周期，‘一’表示負(fù)半周期 )。采用三相同步變壓器獲得同步信號(hào)，使六路脈沖的均衡度較高。它將觸發(fā)脈沖控制電壓的幅度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制角，使電動(dòng)機(jī)可靠的工作。 晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng) 六路脈沖控制信號(hào)在送入晶閘管控制級(jí)之前，必須對(duì)其進(jìn)行放大，因?yàn)閺?AT89C52輸出的脈沖信號(hào)強(qiáng)度不夠驅(qū)動(dòng)晶閘管，此時(shí)采用如圖 12 所示的光電耦合集成運(yùn)放驅(qū)動(dòng)電路。這種方法摒棄了體積較大的脈沖變壓器，電路的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn) 。 可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 T，一旦確定 KP,KI,KD只要使用前 3 次測(cè)量值的偏差，即可求出控制增量。對(duì)應(yīng)閥門(mén)實(shí)際位置的控制量，即控制量增量的積累 u(k)=∑△ u(k)需要采用一定的方法來(lái)解決，例如采用積累作用的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 從圖 可以看出，就整個(gè)系統(tǒng)而言，位置式與增量式控制算沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，兩者仍 然全部由計(jì)算機(jī)承擔(dān)計(jì)算。 P I D增 量 控 制P I D增 量 控 制執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 被 控 對(duì) 象被 控 對(duì) 象R ( k ) E ( k )U ( k )U ( k ) 圖 增量式 PID 控制原理 增量式控制也有其不足之處：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差，溢出的影響大。 )]2()1(2)([)()]1()([)( ?????????? kekekekkekkekeKku DIP)]1()([)()( ???????? kekekkekkek DIP湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 在 RAM 區(qū)中需要選擇適當(dāng)?shù)膯卧４娈?dāng)前的速度給定 Vs，當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速 Vi、以及當(dāng)前的和前兩次的速度偏差 ei, ei1和 ei2。從上述公式中可以看到其中有 KU, KP, KI, KD等參數(shù)是在系統(tǒng)調(diào)試后確定的，而且一旦調(diào)試完成后即不宜變動(dòng)，也不能因掉電而丟失。而在全數(shù)字化的控制單元中則需要通 過(guò)人機(jī)接口 (如鍵盤(pán)顯示裝置 )來(lái)進(jìn)行設(shè)置。在 PID 調(diào)節(jié)程序啟動(dòng)時(shí)，程序到這些指定單元中去尋取有關(guān)參數(shù)。我們知道晶閘管調(diào)壓環(huán)節(jié)是一個(gè)非線性環(huán)節(jié)，即控制角 A 與晶閘管調(diào)壓器的輸出電壓之間呈非線性關(guān)系。 系統(tǒng)工作 原理 開(kāi)機(jī)時(shí)合上電源，啟動(dòng)單片機(jī)，運(yùn)行程序 ， 程序先初始化，然后進(jìn)入控制循環(huán)。 啟動(dòng)的第一階段中， △ U 總是大于 0，所以 PID 運(yùn)算后， U2不斷的上升直到飽和，使輸出電壓不斷上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升超過(guò)給定轉(zhuǎn)速時(shí)，偏差△ U 變負(fù)， PID 運(yùn)算的結(jié)果獲得負(fù)的控制增量△ U，于是 U1 減少， U2減少，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降。