【正文】 動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖 。當(dāng) IN1 端為 PWM 信號(hào)，而 IN2 端為低電平時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) IN2 端為 PWM 信號(hào)，而 IN1 端為低電平時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn) 。 當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行同時(shí)，瞬間導(dǎo)通另一組 晶體管 ，將使電機(jī)快 9 速停止。 2． 3 電機(jī)轉(zhuǎn)速采集電路設(shè)計(jì) 2． 3． 1 速度采集的原理及方法 本調(diào)速 系統(tǒng)中由于要將電機(jī) 當(dāng)前 采樣的速度與上次采樣的速度進(jìn)行 比較， 計(jì)算出 偏差 ，然后 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，因此速度采集電路 在 整個(gè)系統(tǒng) 中是 不可缺少的。這是由三篇霍爾金屬板組成的器件，當(dāng)磁鐵正面朝向金屬板時(shí)，便產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，金屬板會(huì)產(chǎn)生橫向?qū)ǖ默F(xiàn)象。 方法二：測(cè)速發(fā)電機(jī)。 方法三 ：光電編碼器。其工作原理將在下文詳述。測(cè)速發(fā)電機(jī)雖然采樣精度較高，但是其實(shí)際的安裝電路較復(fù)雜，而且成本也是三者中最高的，所以也不予采用。 光電編碼器由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光電碼盤與電機(jī)同軸， 當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子器件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)的脈沖信號(hào)。而且，編碼盤還可提供相位相差 /2? 的兩路脈沖信號(hào)來(lái)判斷旋轉(zhuǎn)方向。 目前在顯示模塊主要有以下三種方式： 方法一 ： LED 數(shù)碼管 顯示器 。 通過(guò)控制輸入顯示器的段碼信號(hào)來(lái)控制顯示器。 方法二： 液晶顯示器 LCD。 將上訴兩種方法進(jìn)行比較， LED 數(shù)碼管顯示器雖然在控制方面較為簡(jiǎn)單，但 是占用的資源較多，且無(wú)法顯示本課題所需的信息量，所以方法一不予采用。 LCD 顯示模塊存在多種不同的型號(hào)與規(guī)格， 對(duì)于不同的規(guī)格和型號(hào)的液晶顯示器而言，它們的控制方法是一樣的。 128? 64LCD共有 20個(gè)引腳，其引腳分布如圖 ，其引腳功能如表 所示 11 圖 128? 64LCD液晶顯示器模塊引腳 圖 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 1 VSS 電源地 15 CS1 CS1=1 芯片選擇左邊 64*64 點(diǎn) 2 VDD 電源正 +5V 16 CS2 CS2=1 芯片選擇右邊 64*64 點(diǎn) 3 VO 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電源 17 /RST 復(fù)位（低電平有效） 4 RS H： 數(shù)據(jù)輸入； L： 指令碼輸入 18 VEE LCD 驅(qū)動(dòng)負(fù)電源 5 R/W H： 數(shù)據(jù)讀?。? L： 數(shù)據(jù)寫入 19 A 背光電源（ +） 6 E 使能信號(hào)。 圖 128? 64LCD液晶顯示器模塊 電路圖 2． 5 鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì) 2． 5． 1 鍵盤輸入模塊的原理與方法 由于本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)要求通過(guò)按鍵形式對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)控制，包括：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止、啟動(dòng)以及 PID 控制器的參數(shù)設(shè)定。 目前在鍵盤輸入模塊主要有以下兩種方法： 方法一：獨(dú)立式鍵盤。其 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便 ，缺點(diǎn)是所占用端口資源較多。 行列式鍵盤由行線跟列線組成。其優(yōu)點(diǎn)是在鍵盤較多的情況下，占用的 I/O 口資源較少，缺點(diǎn)是相對(duì)于獨(dú)立式鍵盤而言，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。若采用獨(dú)立式鍵盤勢(shì)必占 13 用大量的 I/O 口資源，所以方法一不予以采用。 2． 5． 2 鍵盤輸入模塊 電路設(shè)計(jì) 本調(diào)速系 統(tǒng)的 顯示模塊 電路設(shè)計(jì)如圖 。 速度閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)可以對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速范圍以及調(diào)速的精度進(jìn) 行提高。在本直流電機(jī)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，速度控制器的輸出信號(hào)，作為脈寬調(diào)制器的控制信號(hào)， 經(jīng)過(guò)傳感器處理后，形成速度反饋信號(hào)， 反饋信號(hào)直接送到電子數(shù)字計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)中去 。我們需要通過(guò)數(shù)值逼近的方法來(lái) PID 控制規(guī)律的實(shí)現(xiàn)。 PID控制器的 原理框圖如圖 示。 比例控制的作用是對(duì)于當(dāng)前的偏差信號(hào) ()et 進(jìn)行放大或者衰減后作為輸出的控制信號(hào) 。但對(duì)于存在慣性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)， pK 過(guò)大時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)量，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 圖 比例（ p）控制階躍響應(yīng) 15 積分控制的作用是將系統(tǒng)從零開(kāi)始到當(dāng)前的偏差信號(hào)進(jìn)行積累。其缺點(diǎn)是積 分控制不能及時(shí)克服擾動(dòng)的影響。微分控制作用正比于偏差信號(hào) ()et 的變化率，其特點(diǎn)是只對(duì)偏差 ()et 變化的速度起反應(yīng) ，對(duì)于固定不變的偏差，不會(huì)產(chǎn)生微分作用輸出。 值得注意的是，微分控制不能獨(dú)立存在，一般情況下， 都要配合比例控制存在 ,實(shí)現(xiàn) PD 控制。通過(guò)最優(yōu)控制理論可以證明， PID 控制能夠滿足非常多工業(yè)控制對(duì)象的控制要求。 本課題的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用的核心算法是增量式 PID 算法，它是根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù) 與設(shè)定值進(jìn)行比較，求出誤差 ()et ，然后通過(guò) P、 I、 D用算，一步步逼近設(shè)定值，最終輸出運(yùn)算結(jié)果來(lái)控制 PWM脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)直流電機(jī)兩端的電壓值，從而達(dá)到控制點(diǎn)自己轉(zhuǎn)速的作用。 3． 2 數(shù)字測(cè)速模塊 3． 2． 1 數(shù)字測(cè)速模塊的設(shè)計(jì)思想與算法 單片機(jī)接收從 光電編碼器的脈沖，然后進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后將轉(zhuǎn)速值傳送給 LCD 顯示與 PID控制模塊。每當(dāng)編碼器旋轉(zhuǎn)一周記為一個(gè)脈沖，由脈沖觸發(fā)外部中斷，累計(jì) 外部中斷的 次數(shù) ， 除以編碼盤上的總開(kāi)口數(shù)， 便可得到編碼器旋轉(zhuǎn)地圈數(shù)。 轉(zhuǎn)速計(jì)算公式： nv Nt? ? ( / )rs 18 60nv Nt??? ( / min)r 3． 2． 2 數(shù)字測(cè)速 系統(tǒng) 流程圖 （ a） （ b） （ c） 圖 (a)系統(tǒng)主程序流程圖 (b)外部中斷流程圖 (c)定時(shí)器中斷流程圖 關(guān)于數(shù)字測(cè)速模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。 (1) 讀狀態(tài) 如果 BUSY=1，表示系統(tǒng)正忙，不能操作；只有 BUSY=0 時(shí)，才能操作。操作每 完成一個(gè)列地址， 列地址計(jì)數(shù)器加 1. (4) 顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D 當(dāng) D=1 時(shí)，開(kāi)顯示；當(dāng) D=0 時(shí)，關(guān)顯示。 (6) 頁(yè)面地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 0 1 1 1 Page（ 0~7） 頁(yè)面地址是 DDRAM 的行地址。 (7) 列地址設(shè)置 D/I R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 1 Yaddress（ 0~63） 列地址是 DDRAM 的列地址。列地址計(jì)數(shù)器在每一次讀 /寫數(shù)據(jù)后將自動(dòng)加 1。 3． 3． 2 128?64LCD 顯示器的顯示子程序流程圖 （ a） （ b） 圖 (a)寫入 16? 16漢字程序流程圖 (b)寫入 8? 16 程序 流程圖 關(guān)于顯示模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。 如圖 。先使某行值為“ 0”。 (2) 鍵去抖動(dòng)。這樣可以有效對(duì)按鍵動(dòng)作進(jìn)行消抖。 根據(jù)行號(hào)、列號(hào)建立一個(gè)鍵值數(shù)據(jù)表，鍵值存于數(shù)據(jù)表中，當(dāng)相應(yīng)的按鍵按下時(shí)，再?gòu)闹腥℃I值。 3． 4． 2 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 圖 行列式鍵盤程序流程圖 關(guān)于鍵盤輸入模塊的 C 語(yǔ)言源代碼，見(jiàn)附錄 1。對(duì)于直流 電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速方法，常見(jiàn)的有以下三種：晶閘管調(diào)速、發(fā)電機(jī) — 電動(dòng)機(jī)調(diào)速以及直流斬波調(diào)速（脈寬調(diào)制（ PWM））。在 PWM 控制技術(shù)中，讓功率器件按一個(gè)固定頻率工作在“開(kāi)”與“關(guān)”兩個(gè)狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)飽和和導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)這個(gè)負(fù)載為直流電機(jī)時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的 調(diào)壓調(diào)速。沖量指窄脈沖的面積，效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。這個(gè)結(jié)論就是面積等效原理，它是 PWM 控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)理論。我們把一個(gè)正弦半波分成 N份，看做 N個(gè)相連的脈沖序列，等寬但不等幅；我們?cè)儆玫确坏葘挼木匦蚊}沖來(lái)表示代替這個(gè)正弦半波，有 圖 可知，它們面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 通過(guò) PROTEUS 仿真，我們可以得到電樞兩端的平均電壓不同時(shí)的 PWM 波形， 平均電壓較高時(shí) 圖 PWM波形圖（電壓高） 平均電壓一般時(shí) 24 圖 PWM波形圖（電壓一般） 平均電壓較低時(shí) 圖 PWM波形圖（電壓低） 3． 5． 2 PWM 脈沖的產(chǎn)生 目前在鍵盤輸入模塊主要有以下 四 種方法： 方法一： 分立電子元件組成的 PWM 信號(hào)發(fā)生元件。 它是最早期的方式。制造商生產(chǎn)的專用于 PWM 控制的集成電路芯片，如 ti 公司的 tl494 芯片，東芝公司的 2sk3131 芯片等。 方法三： 軟件模擬法。 方法四： 單片機(jī)的 PWM 口。在這些單片機(jī)中我們只要通過(guò)初始化設(shè)置，就能使其 PWM 輸出口自動(dòng)輸出 PWM 脈沖波，只有在改變占空比時(shí) CPU才進(jìn)行干預(yù)。 本設(shè)計(jì)通過(guò)延時(shí)程序來(lái)控制 PWM 脈沖的占空比。 4 總結(jié)與展望 本設(shè)計(jì)對(duì)基于單片機(jī)的 PWM調(diào)速系統(tǒng)做了一個(gè)粗淺的探討。并通過(guò)人機(jī)界面，完成對(duì)電機(jī)運(yùn)行的參數(shù)設(shè)置，且直觀地觀察電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。鑒于本水平有限，有不對(duì)之處，望包涵，多多指教。裝置 .電器時(shí)代2021,(4). 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