【正文】 向通道應解決： （ 1） 功率驅(qū)動。 （ 2） 干擾防治。通常采用信號隔離﹑電源隔離和對功率開關實現(xiàn)過零切換等方法進行干擾防治。對于二進制輸出的數(shù)字量采用 D/A 變換器；對于頻率量輸出則可以采用 19 本設計調(diào)速采用 PWM 調(diào)速： 為順利實現(xiàn)電動小汽車的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，本設計采用了可逆 PWM 變換器。我們在設計中采用了常 用的雙極式 H型變換器，它是由 4個三極電力晶體管和 4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。 圖 雙極式 H 型可逆 PWM 變換器電路原理圖 4 個電力晶體管的基極驅(qū)動電壓分為兩組。 雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點如下： （ 1）電流一定連續(xù)； （ 2）可使電動機在四象限中運行； （ 3）電機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （ 4）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍 較寬，有利于保證晶體管可靠導通； （ 5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達 20200 左右。運算放大器工作在開換狀態(tài)，稍微有一點輸入信號就可使其輸出電壓達到飽和值，當輸入電壓極性改變時，輸出電壓就在正、負飽和值之間變化，這樣就完成了把連續(xù)電壓變成脈沖電壓的轉(zhuǎn)換作用。一個輸入信號是鋸齒波調(diào)制信號，另一個是控制電壓，其極性大小可隨時改變，與鋸齒波調(diào)制信號相減，從而在運算放大器的輸出端得到周期不 變、脈寬q48050q28050q18550q38550r110kr210kr4r3M1 2A74L S 061 2A74L S 0612A74L S 0612A74L S 061K1KV C C D1 D3D2 D410K10K 20 可變的調(diào)制輸出電壓。為保證電源工作可靠，單片機系統(tǒng)與動力伺服系統(tǒng)的電源采用了大功率、大容量的蓄電池；而傳感器的工作電源則采用了小巧輕便的干電池 。 le d31le d42a3b4gnd5c6d7e8f9g10dp11d012d113d214d315vc c161775vs s18le d119le d220E M 78 P 45 8 21 管腳 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 分別接 680 歐電阻后與四位八段數(shù)碼管5461 中的 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g﹑ dp 相連，分別控制各段碼和小數(shù)點。管腳 vss 串上 10k電阻后與 vcc 管腳相接后再接 +5v電源，管腳 gnd 接地。 表 D3 D2 D1 D0 顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 清小數(shù)點 1 0 1 1 加小數(shù)點 1 1 0 0 a1選通 1 1 0 1 a2選通 1 1 1 0 a3選通 1 1 1 1 a4選通 22 gem4561ael e d31l e d42a3b4gnd5c6d7e8f9g10dp11d012d113d214d315vc c161775vs s18l e d119l e d220E M 78 P 45 8680680680680680680680901490149014901410k10k10k10kafbgcdpdeVCC a1a2a3a4abcdefgdpa1a2a3a4 23 第四章 軟件設計 系統(tǒng)軟件設計說明 在進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設計應用程序。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等。 為了完成上述任務，在進行軟件設 計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。 模塊程序設計法的主要優(yōu)點是： 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試； 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調(diào)用； 模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。 （一）主程序設計 主程序清單如下： limiw equ 30h 。秒位 fenmi equ 32h 。分秒位 meter equ 34h 。分位 point equ 36h 。十米位 shifn equ 38h 。速度控制 jishk equ 3ah 。在單片機控制系統(tǒng)中，如能正確的采用軟件抗干擾技術，與硬件干擾措施構成雙道抗干擾防線，無疑為了將大大提高控制系統(tǒng)的可靠性。 數(shù)字濾波技術： 一般單片機應用系統(tǒng)的模擬輸入信號中，均含有 種種噪音和干擾，它們來自被測量本身、傳感器、外界干擾等。對于這類信號，采用積分時間等于 20ms 的整數(shù)倍的雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器，可有效的消除其影響。對于隨機干擾，我們可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或濾除。故實質(zhì)上它是一種程序濾波。 數(shù)字濾波可以根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便，功能強的特點。 由于數(shù)字濾波器具有以上優(yōu)點，所以數(shù)字濾波在微機應用系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。若多次采樣后，信號總是變化不定，可停止采集，給出報警信號，由于開關量信號主要是來自各類開關型狀態(tài)傳感器，如限位開 關、操作按鈕、電氣觸點等，對這些信號的采集不能用多次平均的方法，必須絕對一致才行。在滿足實時性要求的前提下，如果在各次采集數(shù)字信號之間接入一段延時，效果會好一些，就能對抗較寬的干擾。前者有良好的抗‘毛刺’干擾能力，后者不耐干擾，當鎖存線上出現(xiàn)干擾時，它就會盲目鎖存當前的數(shù)據(jù)，也不管此時數(shù)據(jù)是否有效。慣 性大的輸出設備（如各類電磁執(zhí)行機構）對‘毛刺’干擾有一定的耐受能力。在軟件上，最為有效的方法就是重復輸出同一個數(shù)據(jù)。外設設備接受到一個被干擾的錯誤信息后，還來不及作出有效的反應，一個正確的信息又來了，就可及時防止錯誤動作的產(chǎn)生。 指令冗余技術 ： 當 CPU 受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。當彈飛到某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。因此，我們應多采用單字節(jié)指令（ NOP)或?qū)巫止?jié)指令重復書寫，這便是指令冗余。 在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條 NOP 指令，以保證 彈飛的程序迅速納入正確軌道。指令冗余技術可以減少程序彈飛的次數(shù)，使其很快進入程序軌道，但這并不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無事了，解決這個問題必須采用軟件容錯技術。首先，彈飛的程序必須落到程序區(qū)；其次，必須執(zhí)行到冗余指令。如果我們把這 段程序的入口標號記為 ERR 的話，軟件陷阱即為一條無條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強其捕捉效果，一般還在它前面加兩條 NOP 指令，因此真正的軟件陷阱由 3條指令構成： NOP NOP ERR 軟件陷阱安排在以下四種地方： (1)未使用的中斷向量區(qū)。 （五）“看門狗”技術 PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)”。如果操作者在場，就可以按下人工復位安鈕，強制系統(tǒng)復位。為使程序脫離“死循環(huán)”，通常采用“看門狗技術”。 “ 看門狗”技術可由硬件實現(xiàn)，可由軟件實現(xiàn)，也可由兩者結合實現(xiàn)。 實現(xiàn)硬件 “ 看門狗”電路方案較多，目前采用較多的方案有以下幾種： 采用微處理器監(jiān)控器； 采用單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn) “ 看門狗”，單穩(wěn)定電路可采用 74LS123。 本設計采用第三種方案實現(xiàn) “ 看門狗”電路，下面就對該方案作以介紹。 4060 記數(shù)頻率由 RT和 CT決定。如系統(tǒng)工作不正常（如程序跑飛、死循環(huán)等），程序?qū)?4060 發(fā)不出掃描信號，分頻器記滿輸出一脈沖號使 CPU 復位。 Rs用于改善振蕩器的穩(wěn)定性， Rs 要大于RT。如果 Rs=450Ω， RT=45Ω， CT=1uF,則f=10HZ。 圖 (3)幾個原則 看門狗電路必須由硬件邏輯組成，不宜由可編程計數(shù)器充當，因為 CPU 失控后，可能會修改可編程器件參數(shù)，使看門狗失效。若沒有微分電路，掃描輸入信號上 的“ 1”狀態(tài)封死 4060，使之不能記數(shù)，看門狗不起作用。否則，正好在哪里有死循環(huán)，看門狗就不產(chǎn)生記滿輸出信號，不能重新啟動 CPU。 （六）可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 GAL16V8是 LATTICE公司研制的一種電可擦除的可重復編程的低密度 PLD 器件。 GAL16V8 技術特性 （ 1）電可擦除工藝 可重編程單元 100％成品率 可重配置邏輯 （ 2）高性能 E2CMOS 工藝 低功耗： 45mA 最大運行功耗， 35mA 最大維持功耗 高速度： 15～ 25us 最快存取速度 （ 3） 8個輸出邏輯單元 對于復雜邏輯設計具有最大靈活性 GAL16V8 可仿真 20 條引腳的 PAL 器件，具有功能 / 熔絲圖 /參數(shù)的完全兼容性 （ 4）預置、加電復 位全部寄存器 （ 5）具有保密單元、電子標簽 （ 6）數(shù)據(jù)保持超過 20年。消抖 (延時 20ms)由軟件延時完成。 測試方法 數(shù)字萬用表主要用來測試分立元件的電阻、壓降、漏電流、截止 /導通狀態(tài)等參數(shù)； 信號發(fā)生器與示波器用于測試各 光電傳感器信號的接收與傳輸； MCS51 仿真機用于測試軟件； 直流穩(wěn)壓電源在測試期間為各待測系統(tǒng)供電； 秒表用于產(chǎn)品測試，按照任務書的基本要求對制成的電動車進行產(chǎn)品測試。理論上的誤差不到 1秒 /年。電機軸與車輪軸之間采用了齒輪箱二級減速，變比 1/16。 35 結論 歷時三個月的設計過程中，我首先邊查資料，邊在實驗室焊接小車的線路板。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。這使我深深感受到理論與實際間的差距。每天在實驗室除了焊接線路板，還可以上機編程，使我軟件調(diào)試知識也提高了。還可以采用其它系列的單片機。 致 謝 歷時三個月的畢業(yè)設計已經(jīng)告一段落。在 這段時間里，白老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和熱忱的工作作風令我十分欽佩，他的指導使我受益非淺。在此對白文峰老師和牛曉升老師表示深深的感謝。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。這三個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎。 36 參 考 文 獻 1 陳伯時 ,電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社 2 何立民 ,單片機應用系統(tǒng)設計 .北京：航天航空大學出版社 3 何希才 ,新型實用電子電路 400 例 .電子工業(yè)出版社， 4 張毅剛，彭喜元 .新編 MCS51 單片機應用設計 .第一版，哈爾濱工業(yè)大學出版社 ,2020,25～ 27,411～ 417 5 趙負圖，傳感器集成電路手冊 .第一版，化學工業(yè)出版社， 2020,590～ 591 6李華， MCS51系列單片機 實用接口技術，第三版，北京： 1997 年 7張紅潤，實用自動控制，成都：科技大學出版社。北京：人民郵電技術出版社， 1989 年 3 月 11李廣弟，單片機基礎，北京：北京航空航天大學出版社， 2020 12胡漢才，單片機原理及其接口技術，北京：清華大學出版社， 1996 13王毅，單片機器件應用手冊，北京：人民郵電出版社， 1995 37 附錄 A 程序清單 limiw equ 30h 。秒位