【正文】 20 mA Vd 絕緣電壓 在原邊與副邊電路之間 2 .5KV 有效值 /50Hz/1分鐘 εL 線性度 ≤1 %FS V0 零點(diǎn)失調(diào)電壓 TA=25℃ 177。20 mV VOT 失調(diào)電壓溫漂 IPN=0 TA=–25～ +85℃ 177。（注：錯誤的接線可能導(dǎo)致傳感器的損壞） 。 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 PWM 的基本原理 直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation簡稱 PWM) 【 8】 調(diào)速產(chǎn)生 19 于 20 世紀(jì) 70 年代中期，最早用于 自動跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動記錄儀表等的驅(qū)動，后來由于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展 , PWM 技術(shù)得到了高速發(fā)展 ,各式各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運(yùn)而生，許多單片機(jī)也都有了 PWM輸出功能。 理論基礎(chǔ)： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。效果基本相同，是 指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 面積等效原理： 分別將如圖 所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（ RL電路）上，如圖。從波形可以看出，在 i(t)的上升段， i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng) i(t)也是周期性的。 20 圖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波 N等分，看成 N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 SPWM 波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形 ，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和 SPWM 控制相同，也基于等效面積原理 PWM 信號發(fā)生電路設(shè)計 采用 定時器及軟件編程輸出 PWM。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。 21 圖 用 PWM波代替正弦半波 H 橋 芯片的工作原理 【 9】 圖 中所示為一個典型的直流電機(jī)控制電路。 4 個三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機(jī)就是H 中的橫杠（注意：圖 及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。 22 圖 H 橋式電機(jī)驅(qū)動電路 圖 H 橋電路驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動 圖 所示為另一對三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。 二、使能控制和方向邏輯 驅(qū)動電機(jī)時，保證 H 橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。 23 此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制） ，甚至燒壞三極管。 圖 H 橋電路驅(qū)動電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動 圖 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本 H 橋電路的基礎(chǔ)上增加了 4 個與門和 2 個非門。而 2 個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在 H 橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。） 采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。 實際使用的時候，用分立件制作 H 橋式是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的 H 橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號就可以使用了，在額定的電壓 、電流內(nèi)使用非常方便可靠。 24 圖 具有使能控 制和方向邏輯的 H 橋電路 圖 使能信號與方向信號的使用 主電路設(shè)計 本設(shè)計中電機(jī)兩端電樞電壓由 L298 提供，通過調(diào)節(jié) PWM 占空比來調(diào)節(jié) L298輸出電壓即電機(jī)兩端電樞電壓。 電源經(jīng)單相整流，電容濾波、穩(wěn)壓后提供本設(shè)計所需 電源。 轉(zhuǎn)速檢測的傳感器、電流檢測的傳感器都要與直流電機(jī)連接。 轉(zhuǎn)速和電流的測量 本設(shè)計采用 3020T 和 CS040G 分別對電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行測量。 設(shè)計中采用定時器 T0，再配以軟件計數(shù)器對脈沖進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)待測電流從傳感器穿芯孔中穿入，即可從輸出端測得與被測電流一一對應(yīng)的電壓值 。 圖 圖 26 AD 轉(zhuǎn)換 由于本設(shè)計只有電流信號需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，因此采用單通道 AD 轉(zhuǎn)換芯片AD574。 AD 芯片與采樣保持其的連接如下： 圖 顯示與鍵盤電路 本設(shè)計需要 4 為ＬＥＤ來實時顯示轉(zhuǎn)速值，且當(dāng)有鍵盤 按下時，要給予相應(yīng)的顯示，本設(shè)計采用動態(tài)顯示。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。通過調(diào)整電流和時間參數(shù)，可以既保證亮度，又保證顯示。 27 ４位共陽極ＬＥＤ，用ＰＮＰ型三極管進(jìn)行驅(qū)動。 本設(shè)計采用３＊４矩陣鍵盤，由 8255 的 C 口控制鍵盤， PC2 到 PC0 作為列線， PC7 到 PC4 作為行線。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對數(shù)值時，可以使用增量式 PID 控制算法進(jìn)行控制。 （ ） 由（式 ）可以得到控制器的第 k－ 1個采樣時刻的輸出值為： （ ） 將（式 ）與（式 ）相減并整理，就可以得到增量式 PID 控制算法公式為： () 其中： () 28 由（式 ）可以看出，如果計算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 T，一旦確定 A、 B、 C，只要使用前后三次測量的偏差值，就可以由（式 ）求出控制量。 而位置式 PID 控制算法也可以通過增量式控制算法推出遞推計算公式： () 上式就是目前在計算機(jī)控制中廣泛應(yīng)用的數(shù)字遞推 PID 控制算法。 增量式 PID 算法的優(yōu)點(diǎn) （ 1）位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)有關(guān)，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的積累誤差。 30 系統(tǒng)中部分程序的設(shè)計 單片機(jī)資源分配 系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)存分配表： 地址 功能 地址 功能 E0H~FFH 堆棧 42H 電流給定首地址 39H~3CH 顯示緩沖區(qū) 53H 電流采樣首地址 3DH 置轉(zhuǎn)速比例值 57H 轉(zhuǎn)速采樣首地址 3EＨ 置轉(zhuǎn)速積分值 5BH 中值濾波數(shù)據(jù)首地址 3FH 置電流比例值 5EH 標(biāo)度變換數(shù)據(jù)地址 40H 置電流積分值 45H 轉(zhuǎn)速 PID 輸出首地址 41H 置轉(zhuǎn)速給定首 地址 47H 電流 PID 輸出首地址 程序流程圖 主程序包括如下三個環(huán)節(jié)： 實現(xiàn)各種初始化，包括設(shè)置堆棧指針、 8255 初始化、定時器 /計數(shù)器初始化、以及開中斷、定時器 /計數(shù)器啟動等。如無鍵按下，則返回；若有鍵按下，則轉(zhuǎn)各鍵處理子程序。即分別對轉(zhuǎn)速、電流采樣值進(jìn)行中值濾波，標(biāo)度變換，之后送顯示緩存區(qū)，對轉(zhuǎn)速進(jìn)行 PID 運(yùn)算 ，輸出作為電流 PID 運(yùn)算的輸入，電流 PID運(yùn)算的輸出用來調(diào)節(jié)PWM 占空比。 33 通過本次設(shè)計我了解了許多關(guān)于直流電機(jī)調(diào)速的知識，也查詢了許多的資料，并結(jié)合自己的想法完成了課題。在整個設(shè)計過程中，也遇到了一些問題，如 PID 算法、 PWM 占空比調(diào)節(jié)等，但經(jīng)過努力都一一 解決了。方便的人機(jī)對話接口，用鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實現(xiàn)電機(jī)的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。 我的設(shè)計是基于單片機(jī)控制的 PWM 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以 AT89C52 單片機(jī)為核心，以 2A、 1000r/min 小 直流電機(jī)為控制對象，以 L298N 為 H橋驅(qū)動芯片實現(xiàn)速度、電流反饋雙閉環(huán)。用 4*3鍵盤輸入有關(guān)控制信號及參數(shù)，可以實現(xiàn)電機(jī)的啟制動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)。 我用了 Protel 99 se 來繪制系統(tǒng)硬件電路圖。 致謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，感覺到理論和現(xiàn)實的差別。第 一次接觸這樣的課程，十分高興。不僅鍛煉能力，而且可以學(xué)到很多書本上沒有的東西。在這次的設(shè)計中，也得到了同學(xué)和老師的幫助。 通過親身體驗做畢業(yè)設(shè)計，我覺得 安排 畢業(yè)設(shè)計的 基本目的，在于通過理論與實際的結(jié)合 ， 進(jìn)一步提 高 觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才 。檢驗學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。通過 畢業(yè) 設(shè)計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時補(bǔ)充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充分的知識、能力準(zhǔn)備，從而 縮短從校園走向社會的心理轉(zhuǎn)型期。更重要的是，通過課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了自身存在的更多不足之處和實際應(yīng)用能力方面的欠缺，這些不足之處在今后的學(xué)習(xí)之中要有意識的彌補(bǔ)和改變。 參考文獻(xiàn) 1． 康萬新 畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)及案例剖析 [M]，北京：清華大學(xué)出版社， ,2~2 2． 潘永雄 新編單片機(jī)原理與應(yīng)用 [M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，第二版， 2~7 3． 鄭學(xué)堅 微型計算機(jī)原理及應(yīng)用 [M]，北京：清華大學(xué)出版社， 起止頁碼 ,7~9 4． 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]，北京：高等教育出版社， ,9~9 5． 孫緒才 L298N在直流電機(jī) PWM調(diào)速中的應(yīng)用 [J]，濰坊學(xué)院學(xué)報， ,9~12 6． 潘新民 微型計算機(jī)控制 技術(shù) [M] 電子工業(yè)出版社， ,12~16 7． 丁芝琴 基于霍爾傳感器的電機(jī)測速裝置的設(shè)計 [J]，農(nóng)機(jī)化研究， 2021（ 5） ,16~16 8． 王兆安 電力電子技術(shù) [M] 機(jī)械工業(yè)出版社， ,19~21 9． 陳伯時 電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]，上海：機(jī)械工業(yè)出版社，第三版， 21~24