基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)

1、基于單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速控制系統(tǒng)摘要本文介紹了基于單片機(jī)用PWM實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速的基本方法，51系列單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的相關(guān)介紹，以及直流電機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)控制原理。重點(diǎn)介紹了一種基于STC12C5410AD單片機(jī)控制的PWM直流電機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)以高可靠性，低功耗，廉價(jià)的STC12C5410AD單片機(jī)為控制中心，以直流電機(jī)為控制對(duì)象。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)電路進(jìn)行總體方案論證設(shè)計(jì)，確定電路的各個(gè)功能模塊之間的功能銜接和接口設(shè)置，詳細(xì)的介紹了各個(gè)模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)利用51單片機(jī)的可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA模塊的脈寬調(diào)節(jié)模式產(chǎn)生PWM脈沖。通過一個(gè)內(nèi)部集成

2、了4個(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動(dòng)橋的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化水平, 為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供可能。關(guān)鍵字 單片機(jī)，PWM，直流電機(jī)調(diào)速，LMD18200The PWM speed regulating system of DC motor based on single-chip microcomputerAbstractThis thesis introduces the basic method of DC motor speed based on single-chip microcomputer with PWM. It s

3、hows the relevant knowledge of 51 SCM and the DC motor drive chip, and the PWM speed regulating system theory of DC motor. And this paper mainly introduces the PWM speed regulating system of DC motor based on STC12C5410AD microcontroller. The system is designed on high reliability, low power consump

4、tion and affordable STC12C microcontroller for the DC motor. From the systematic perspective, the thesis describes the circuit design and its comprehensive evaluation, which determines how to do with the functional linkage and interface between functional modules in the electric circuit. Besides, th

5、e evaluation of each module the involved parameters are fully explained in the thesis. The whole system is using PCA module of 51 microcontroller to generate PWM pulse. Using a DC motor drive chip-LMD18200 which inside integration a normal H-type circuit with 4 DMOS thyristor to achieve the DC motor

6、 speed regulation. The above considerations finally help to improve intelligentization and automation of the overall system and give the possibility to the industrial application.Keywords SCM, PWM, DC motor speed regulation, LMD18200 目錄1前沿41.1電氣傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀41.2微處理器對(duì)直流電機(jī)的控制41.3數(shù)字直流調(diào)速的意義42系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)42.1系統(tǒng)方案比較與

7、選擇42.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖43直流調(diào)速系統(tǒng)43.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述43.2直流電機(jī)調(diào)速原理43.3直流電動(dòng)機(jī)的可逆PWM系統(tǒng)43.3.1單、雙極性驅(qū)動(dòng)可逆PWM系統(tǒng)的控制原理43.3.2直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200實(shí)現(xiàn)單、雙極控制44 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介44.1 STC12C5A60S2單片機(jī)的特點(diǎn)44.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及引腳44.2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)的引腳44.2.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)44.3 STC12C5A60S2單片機(jī)的管腳說明45各模塊硬件電路設(shè)計(jì)45.1單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)45.2PWM信號(hào)輸

8、出系統(tǒng)設(shè)計(jì)45.2.1與PCA/PWM應(yīng)用有關(guān)的特殊功能寄存器45.2.2脈寬調(diào)節(jié)模式45.3LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)45.4按鍵輸入系統(tǒng)設(shè)計(jì)46系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)46.1系統(tǒng)軟件簡(jiǎn)介46.2編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介46.3設(shè)計(jì)流程及分析46.3.1系統(tǒng)軟件模塊46.3.2程序4總結(jié)4致謝4參考文獻(xiàn)41前沿1.1 電氣傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代以來(lái)，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的技術(shù)、裝備變革。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置是直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成為控制電路的發(fā)展方向。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范

9、圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件比較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性降低。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。1.2 微處理器對(duì)直流電機(jī)

10、的控制微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著大規(guī)模集成電路及超大規(guī)模集成電路制造工藝的發(fā)展，微處理器的性價(jià)比越來(lái)越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率的電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通或者關(guān)斷就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?，F(xiàn)

11、在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī)，則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過為處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng)，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，他們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)。高性能的微處理器如DSP(DIGITAL SIGNAL

12、 PROCESSOR即數(shù)字信號(hào)處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬(wàn)兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算。1.3 數(shù)字直流調(diào)速的意義現(xiàn)在電氣傳動(dòng)的主要方向之一是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。從上世紀(jì)80年代中后期起，世界各大電氣公司如ABB、通用、西屋、西門子等都在競(jìng)相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，當(dāng)前直流調(diào)速已發(fā)展到一個(gè)很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了

13、微處理器及其他先進(jìn)的電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動(dòng)方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級(jí)換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。采用微處理器控制，使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大的改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡(jiǎn)捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。由于微處理器具有較佳的性價(jià)比，所以微處理器在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，盡管交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，但是直流電機(jī)憑借

14、其良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，在金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、海洋鉆機(jī)、挖掘機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、電鍍、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中仍得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，我國(guó)還沒有自主的全數(shù)字化直流調(diào)速控制裝置生產(chǎn)商，而國(guó)外先進(jìn)的控制器價(jià)格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好地使用國(guó)外的先進(jìn)控制器，吸收國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有重大的實(shí)際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案比較與選擇方案一：采用專用PWM集成芯片，IR2110功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心，現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有很多種型號(hào)，如T1公司的TL494芯片，東芝公司的ZSK313I芯片等。這些芯

15、片除了有PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過流過壓保護(hù)功能等。這種專用PWM集成芯片可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，工作更可靠，但其價(jià)格相對(duì)較高，難于控制工業(yè)成本不宜采用。方案二：采用STC12C系列單片機(jī)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200構(gòu)成直流調(diào)速裝置。STC12C系列單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）8051單片機(jī)，具有高速、低功耗及超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換器。LMD18200是專用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的集成電路芯片，可以通過輸入的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)PWM控制。由于采用了LMD18200功率集成驅(qū)動(dòng)電路

16、，是整個(gè)電路元件少，體積小，適合在儀器儀表控制中使用。綜合以上兩種方案比較，本論文采用第二種方案。2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖此系統(tǒng)由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片和直流電機(jī)組成一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，并能通過按鍵調(diào)節(jié)占空比以及由LED顯示占空比。圖2-1 整體系統(tǒng)框圖單片機(jī)顯示鍵盤控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片直流電機(jī)直流電源3 直流調(diào)速系統(tǒng)3.1 直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看，就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。 調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié)，中間放大環(huán)節(jié)，校

17、正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能自動(dòng)校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差的調(diào)速系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。這種調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受到負(fù)載波動(dòng)及電源電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能自動(dòng)的校正與給定轉(zhuǎn)速的偏差，不受負(fù)載及電網(wǎng)電壓波動(dòng)等外界擾動(dòng)的影響，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速始終與給定轉(zhuǎn)速保持一致的調(diào)速系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。這是由于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)。 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由電動(dòng)機(jī)、控制裝置和信息裝置三部分組成。它能按照規(guī)定的指令，及時(shí)的控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)方向、位置、速度和加速度等，以滿足工作機(jī)械及生產(chǎn)過程的要求。 隨著電機(jī)、傳感器、控制器件、變流技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電氣傳動(dòng)控制

18、系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展。目前，所用電機(jī)的單機(jī)容量從幾百瓦發(fā)展到數(shù)萬(wàn)千瓦，變流設(shè)備從旋轉(zhuǎn)式電機(jī)變流機(jī)組發(fā)展到大功率晶閘管靜止變流裝置，中小功率自關(guān)斷器件靜止變頻裝置；控制單元從模擬量觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器、給定積分器發(fā)展到以微處理器芯片為核心的交、直流通用的數(shù)字量控制模塊；系統(tǒng)的控制方式從手動(dòng)操作的開關(guān)控制發(fā)展到閉環(huán)多參量控制；電氣傳動(dòng)以從單純的調(diào)速系統(tǒng)擴(kuò)展為實(shí)現(xiàn)位置、速度、加速度控制的運(yùn)動(dòng)控制中的重要分支。 總之，現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)業(yè)已發(fā)展成為全新的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。3.2 直流電機(jī)調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。

19、直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為 n= （2-1）式中 U電樞端電壓； I電樞電流； R電樞電路總電阻； 每極磁通量； K電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。由上式可得，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓控制的電樞控制法。其中勵(lì)磁控制法在低速時(shí)受磁極飽和的限制，在高速時(shí)受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用的很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞控制法。對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的控制中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。線性放大驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件

20、工作在線性區(qū)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線性好，對(duì)臨近電路干擾?。坏枪β势骷诰€性區(qū)工作時(shí)會(huì)將大部分電功率用于產(chǎn)生熱量，效率和散熱問題嚴(yán)重，因此這種方式只用于數(shù)瓦以下的微功率直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開關(guān)式驅(qū)動(dòng)方式。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖3-1是利用開關(guān)管對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波形。在圖2-1（a）中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓。秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為0。 秒后，柵

21、極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。直流電機(jī)tUit圖3-1 PWM調(diào)速控制原理和電壓波形這樣，對(duì)應(yīng)著輸入的電平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖2-1（b）所示。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值為 = （2-2）式中 占空比，=。占空比表示了在一個(gè)周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與在周期的比值。的變化范圍為。由式（2-2）可知，當(dāng)電源電壓不變的情況下，點(diǎn)數(shù)的端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變的值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。在PWM調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要參數(shù)。以下3種方法都可以改變占空比的值。（1） 定寬調(diào)頻法 這種方法是保持不變，

22、只改變，這樣是周期T(或頻率)也隨之改變。（2） 調(diào)寬調(diào)頻法 這種方法是保持不變，而改變，這樣使周期T（或頻率)也隨之改變。（3） 定頻調(diào)寬法這種方法是使周期T(或頻率)保持不變，而同時(shí)改變和。前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起震蕩，因此這兩種方法用的很少。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。PWM控制信號(hào)的產(chǎn)生方法有4種。（1） 分立電子元件組成的PWM信號(hào)發(fā)生器這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號(hào)電路。它是最早期的方式，現(xiàn)在已被淘汰了。（2） 軟件模擬法利用單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳，通過軟件對(duì)該引腳不斷地

23、輸出高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM波輸出。這種方法要占用CPU大量時(shí)間，使單片機(jī)無(wú)法進(jìn)行其他工作，因此也逐漸被淘汰。（3） 專用PWM集成電路從PWM控制技術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造上生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，現(xiàn)在市場(chǎng)上已有許多種。這些芯片除了有PWM信號(hào)發(fā)聲功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。在用單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)中，使用專用PWM集成電路可以減輕單片機(jī)負(fù)擔(dān)，工作更可靠。（4） 單片機(jī)的PWM口新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其功能自動(dòng)地發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比時(shí)CPU才進(jìn)行干預(yù)。3.3 直流電動(dòng)機(jī)的可逆PWM系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)常要求工作在正

24、反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，這時(shí)需要使用可逆PWM系統(tǒng)?？赡鍼WM系統(tǒng)分為雙極性驅(qū)動(dòng)和單極性驅(qū)動(dòng)。3.3.1 單、雙極性驅(qū)動(dòng)可逆PWM系統(tǒng)的控制原理雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)PWM周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。其中H型雙極性驅(qū)動(dòng)應(yīng)用較多。H型雙極性可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它由4個(gè)開關(guān)管和4個(gè)徐流二極管組成，單電源供電。4個(gè)開關(guān)管分成兩組，、為一組，、為另一組。同一組的開關(guān)管同步導(dǎo)通或關(guān)斷，不同組的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷正好相反。在每個(gè)PWM周期里，當(dāng)控制信號(hào)高電平時(shí)，開關(guān)管、導(dǎo)通，此時(shí)為低電平，因此、截止，電樞繞組承受從A到B的正向電壓；當(dāng)控制信號(hào)低電平時(shí)，開關(guān)管、截止，此時(shí)為高電平，因此、導(dǎo)通，電樞繞組承受從B

25、到A的方向電壓，這就是所謂的“雙極”。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運(yùn)行平穩(wěn)性的優(yōu)點(diǎn)；但也存在著電流波動(dòng)大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開關(guān)管直通的危險(xiǎn)，限制了開關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動(dòng)機(jī)的控制?？赡嫦到y(tǒng)的另一種驅(qū)動(dòng)方式是單極性驅(qū)動(dòng)方式，單極性驅(qū)動(dòng)方式是指在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)電樞只承受單極性的電壓。圖2-2是單極可逆PWM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它與雙極性可逆系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路相同，只是控制方式不同。圖3-2 PWM驅(qū)動(dòng)原理圖 在要求電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，開關(guān)管受PWM控制信號(hào)控制，開關(guān)管施加高電平使其常開；開關(guān)管、施加低電平，使它們?nèi)冀刂?。在要求電?dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，開關(guān)管受PWM控制信號(hào)控

26、制，開關(guān)管施加高電平使其常開；開關(guān)管、施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂?.3.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200實(shí)現(xiàn)單、雙極控制3.3.2.1 LMD18200的主要性能 額定電流3A，峰值電流6A，電源電壓55V； 額定輸出電流2A，輸出電壓30V； 可通過輸入的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)PWM控制； 可通過輸入的方向控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制； 可以接受TTL或CMOS以及與它們兼容的輸入控制信號(hào)； 可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的雙極性和單極性控制； 沒設(shè)過熱報(bào)警輸出和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)電路； 內(nèi)設(shè)防橋臂直通的電路。3.3.2.2 LMD18200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明 圖3-4 LMD18200內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 各引腳的功能

27、如下： 引腳名稱功能描述1、11橋臂1，2的自舉輸入電容連接端在腳1與腳2、腳10與腳11之間應(yīng)接入10uF的自舉電容2、10H橋輸出端3方向輸入端轉(zhuǎn)向時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見表1。該腳控制輸出1與輸出2（腳2、10）之間電流的方向，從而控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。4剎車輸入端剎車時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見表1。通過該端將馬達(dá)繞組短路而使其剎車。剎車時(shí)，將該腳置邏輯高電平，并將PWM信號(hào)輸入端（腳5）置邏輯高電平，3腳的邏輯狀態(tài)決定于短路馬達(dá)所用的器件。3腳為邏輯高電平時(shí)，H橋中2個(gè)高端晶體管導(dǎo)通；3腳呈邏輯低電平時(shí)，H橋中2個(gè)低端晶體管導(dǎo)通。腳4置邏輯高電平、腳5置邏輯低電平時(shí)，H橋中所有晶體管關(guān)斷，此時(shí)

28、，每個(gè)輸出端只有很小的偏流（1.5mA）。5PWM信號(hào)輸入端PWM信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電流方向的關(guān)系見表1。該端與3腳（方向輸入）如何使用，決定于PWM信號(hào)類型。6、7電源正端與負(fù)端8電流取樣輸出端提供電流取樣信號(hào)，典型值為377 µA/A。9溫度報(bào)警輸出溫度報(bào)警輸出，提供溫度報(bào)警信號(hào)。芯片結(jié)溫達(dá)145時(shí)，該端變?yōu)榈碗娖剑唤Y(jié)溫達(dá)170時(shí)，芯片關(guān)斷。注釋：光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來(lái)表示與光電編碼器相連的電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息的，即判斷方位。3.3.2.3 LMD18200的工作原理 它內(nèi)部集成了四個(gè)DMOS管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動(dòng)橋。通過充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開關(guān)管提供柵

29、極控制電壓，充電泵電路由一個(gè)300kHz左右的工作頻率?？稍谝_1、11外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開關(guān)管柵極輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳 2、10接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳10到引腳2。電流檢測(cè)輸出引腳8可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過電阻來(lái)輸出過流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過電流閾值為10A，當(dāng)超過該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過熱信號(hào)還可通過引腳9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145度時(shí)引腳9有輸出信號(hào)。3.3.2.4 LMD18200與

30、電機(jī)的接口系統(tǒng)M圖3-5 LMD18200的電機(jī)驅(qū)動(dòng)4 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介4.1 STC12C5A60S2單片機(jī)的特點(diǎn)STC12C5A60S2單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司推出的新一代單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）8051單片機(jī)，具有高速、低功耗及超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，但速度快8-12倍；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換器（速度達(dá)25萬(wàn)次/秒）。STC12C5A60S2單片機(jī)幾乎包含了設(shè)計(jì)典型測(cè)控系統(tǒng)所必需的全部部件，可以稱為片上系統(tǒng)（SOC，System On Chip）；該系列單片機(jī)可廣泛應(yīng)用于衡器、電動(dòng)車、工

31、業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備、智能通信等領(lǐng)域，特別適合于電機(jī)控制等強(qiáng)干擾場(chǎng)合。STC12C5A60S2單片機(jī)具有以下典型的共同特點(diǎn)：1. 增強(qiáng)型8051內(nèi)核，先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容普通8051單片機(jī)的指令集，有硬件乘法/除法指令。2. 高速度：1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期，速度比普通8051單片機(jī)快8-12倍；可用低頻晶振，大幅降低EMI。3. 片內(nèi)集成60KB的Flash程序存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上，并具有較強(qiáng)的加密性，無(wú)法解密。4. 片內(nèi)集成1280字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。5. 芯片內(nèi)EEPROM功能，擦寫次數(shù)10萬(wàn)次以上。6. 最多可以有44根通用I/O口線?？稍O(shè)置成4種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉

32、，推挽/強(qiáng)上拉，輸入/高阻，開漏。復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口/弱上拉工作模式，與普通8051單片機(jī)I/O口工作模式兼容。每根I/O口線驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過120mA。7. 8通道10位高速ADC，速度可達(dá)25萬(wàn)次/秒。8. 2通道PWM/可編程計(jì)數(shù)器陣列/捕獲/比較單元（PWM/PCA/CCU）。PWM單元也可用作DCA；PCA單元也可用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器功能；捕獲/比較單元也可用作外部中斷（可分別或同時(shí)支持上升沿/下降沿中斷）。9. 2個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051單片機(jī)的定時(shí)器T0/T1,2路PCA也可作為2個(gè)16位定時(shí)器使用。10. 可編程時(shí)鐘輸出功能，T0在P3.4輸出時(shí)

33、鐘，T1在P3.5輸出時(shí)鐘，BRT在P1.0輸出時(shí)鐘。11. 2個(gè)全雙工異步串行口（UART）,兼容8051單片機(jī)的串行口。后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2（可以通過寄存器設(shè)置到P4.2）,TxD2/P1.3(可以通過寄存器設(shè)置到P4.3)。具有獨(dú)立的波特率發(fā)生器。12. 高速同步通信端口（SPI），支持主模式和從模式。13. 7路外部中斷I/O口，除了傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，還有支持上升沿中斷的PCA模塊。7路外部中斷I/O口分別為：INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可以通過寄存器設(shè)置到P4

34、.2)，CCP1/P1.4(也可以通過寄存器設(shè)置到P4.3)。14. 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，可以省掉外部復(fù)位電路。外部晶體12MHz以下時(shí)，復(fù)位引腳可以直接接1k電阻到地。15. 內(nèi)部集成硬件看門狗（WDT）.16. 外部掉電檢測(cè)電路，可在掉電時(shí)及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時(shí)無(wú)須操作EEPROM。在P4.6口有一個(gè)低電壓門檻比較器，5V單片機(jī)的門檻電壓為1.32V（誤差為±5%）；3.3V單片機(jī)的門檻電壓為1.30V（誤差為±3%）。17. 工作頻率：0-35MHz，相當(dāng)于普通8051單片機(jī)的0-420MHz。工作時(shí)鐘可由外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器（溫漂

35、在8%以內(nèi)）提供，在ISP下載編程用戶程序時(shí)設(shè)置。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：10.5MHz-17.5MHz（5.0V單片機(jī)）或8MHz-12MHz（3.3V單片機(jī)）。精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘。18. 工作電壓：3.3-5.5V（STC12C5A60S2系列），2.2-3.6V（STC12C5A60S2系列）。19. 低功耗設(shè)計(jì)：掉電模式的典型電流<0.1A,可由外部中斷喚醒，支持下降沿/上升沿/低電平和遠(yuǎn)程喚醒；空閑模式的典型電流為1.3mA，可由任意一個(gè)中斷喚醒；正常工作模式的典型電流為2-7。20. 具有在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程功能（ISP/IAP,In-System

36、 Programming/In-Application Programming）；通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，無(wú)需專用編程器，可遠(yuǎn)程升級(jí)用戶程序。21. 超強(qiáng)的抗干擾能力：具有ESD保護(hù)功能，可以抵抗2萬(wàn)伏的靜電干擾。22. 工作溫度范圍：-4085（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。23. 多種封裝形式：可選用的封裝形式有LQFP48、PLCC44、QFP44、PDIP48和PDIP40。4.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及引腳4.2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)的引腳STC12C5A60S2單片機(jī)的引腳圖：圖4-1 STC12C5A60S2單片機(jī)的引腳圖 4.

37、2.2 STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（RAM）、EEPROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、I/O接口、UART接口和中斷系統(tǒng)、SPI接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、PWM（或捕獲/比較單元）、看門狗電路、電源監(jiān)控以及片內(nèi)RC振蕩器等模塊。STC12C5A60S2單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。圖4-2 STC12C5A60S2單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4.3 STC12C5A60S2單片機(jī)的管腳說明管腳說明P0.0-P0.

38、7P0口既可作為輸入/輸出口，也可作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)PO口作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線A0-A7，數(shù)據(jù)線的D0-D7。P1.0/ADC0/CLKOUT2P1.0標(biāo)準(zhǔn)I/O口ADC0ADC輸入通道-0CLKOUT2獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出P1.1/ADC1P1.1標(biāo)準(zhǔn)I/O口ADC1ADC輸入通道-1P1.2/ADC2/ECI/RxD2標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道-2，PCA計(jì)數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD2標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通

39、道-3，外部信號(hào)捕獲（頻率測(cè)量或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出，第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端P1.4/ADC4/CCP1/SS標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道-4，外部信號(hào)捕獲（頻率測(cè)量或當(dāng)外部中斷使用）、高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出，SPI同步串行接口的從機(jī)選擇信號(hào)P1.5/ADC5/MOSI標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道-5，SPI同步串行接口的主出從入P1.6/ADC6/MISO標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道-6，SPI同步串行接口的主入從出P1.7/ADC7/SCLK標(biāo)準(zhǔn)I/O口，ADC輸入通道-7，SPI同步串行接口的時(shí)鐘信號(hào)P2.0-P2.7P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也

40、可作為高8位地址總線使用（A8-A15）P3.0/RxD標(biāo)準(zhǔn)I/O口,串口1數(shù)據(jù)接收端P3.1/TxD標(biāo)準(zhǔn)I/O口,串口1數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2/INT0標(biāo)準(zhǔn)I/O口,外部中斷0P3.3/INT1標(biāo)準(zhǔn)I/O口,外部中斷1P3.4/T0/INT/CLKOUT0標(biāo)準(zhǔn)I/O口,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入，定時(shí)器0下降沿中斷，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的時(shí)鐘輸出P3.5/T1/INT/CLKOUT1標(biāo)準(zhǔn)I/O口, 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入，定時(shí)器1下降沿中斷，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的時(shí)鐘輸出P3.6/WR標(biāo)準(zhǔn)I/O口,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖P3.7/RD標(biāo)準(zhǔn)I/O口,外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖P4.4標(biāo)準(zhǔn)I/O口P4.5/AL

41、E標(biāo)準(zhǔn)I/O口,地址鎖存允許P4.6/EX_LVD/RST2標(biāo)準(zhǔn)I/O口,外部低壓檢測(cè)中斷/比較器，第二復(fù)位功能腳P4.7/RST標(biāo)準(zhǔn)I/O口,復(fù)位腳XTAL1內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端。XTAL2內(nèi)部時(shí)鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一端。當(dāng)直接使用外部時(shí)鐘源時(shí)，此引腳浮空。VCC電源正極Gnd電源負(fù)極，接地5 各模塊硬件電路設(shè)計(jì)5.1 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)于復(fù)位電路：時(shí)鐘頻率低于12MHz時(shí)，可以不用C1、R1接1K電阻到地時(shí)鐘頻率高于12MHz時(shí)，可使用第二功能引腳（STC12C5A60S2系列在RST2

42、/EX_LVD/P4.6口）關(guān)于晶振電路：如果外部時(shí)鐘頻率在33MHz以上時(shí)，可直接使用外部有源晶振。如果使用內(nèi)部R/C振蕩器時(shí)鐘（室溫情況下5V單片機(jī)為：11MHz-17MHz）XTAL1和XTAL2腳浮空。圖 5-1 STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖5.2 PWM信號(hào)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)STC12C5A60S2系列單片機(jī)集成了兩路可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）模塊，可用于軟件定時(shí)器、外部脈沖的捕捉、高速輸出及脈寬調(diào)制（PWM）輸出。5.2.1 與PCA/PWM應(yīng)用有關(guān)的特殊功能寄存器STC12C5A60S2系列1T 8051單片機(jī)PCA/PWM特殊功能寄存器表符號(hào)地址B7B6B5B4B3B2B

43、1B0復(fù)位值CCOND8HCFCR-CCF1CCF000XXXX00CMODD9HCIDL-CPS2CPS1CPS0ECF0XXX0000CCAPM0DAH-ECOM0CAPP0CAPN0MAT0TOG0PWM0ECCF0X0000000CCAPM1DBH-ECOM1CAPP1CAPN1MAT1TOG1PWM1ECCF1X0000000CLE9H00000000CHF9H00000000CCAP0LEAH00000000CCAP0HFAH00000000CCAP1LEBH00000000CCAP1HFBH00000000PCA_PWM0F2H-EPC0HEPC0LXXXXXX00PCA_PWM

44、1F3H-EPC1HEPC1LXXXXXX00AUXR1A2H-PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ-DPSX00000X05.2.2 脈寬調(diào)節(jié)模式脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）是一種使用程序來(lái)控制波形占空比、周期、相位波形的技術(shù)，在三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。STC12C5A60S2系列單片機(jī)的PCA模塊可以通過程序設(shè)定，使其工作于8位PWM模式。PWM模式的結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-2 PCA PWM mode/可調(diào)制脈沖寬度輸出模式所有PCA模塊都可用作PWM輸出（上圖）。輸出頻率取決于PCA定時(shí)器的時(shí)鐘源。由于所有模塊共用僅有的

45、PCA定時(shí)器，所以它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存器EPCnL,CCAPnL有關(guān)。當(dāng)寄存器CL的值小于EPCnL,CCAPnL時(shí)，輸出為低；當(dāng)寄存器CL的值等于或大于EPCnL,CCAPnL時(shí)，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時(shí)，EPCnH,CCAPnH的內(nèi)容裝載到EPCnL,CCAPnL中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾地更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。由于PWM是8位的，所以：PWM的頻率=PCA時(shí)鐘輸入源可以從以下8種中選擇一種：SYSclk，SYSclk/2，SYSclk/4，SYSclk/6，SYS

46、clk/8，SYSclk/12，定時(shí)器0的溢出，ECI/P3.4輸入。舉例：要求PWM輸出頻率為38KHz，選SYSclk為PCA/PWM時(shí)鐘輸入源，求出SYSclk的值由計(jì)算公式38000=SYSclk/256，得到外部時(shí)鐘頻率SYSclk=38000*256*1=9728000如果要實(shí)現(xiàn)可調(diào)頻率的PWM輸出，可選擇定時(shí)器0的溢出率或者ECI腳的輸入作為PCA/PWM的時(shí)鐘輸入源。當(dāng)EPCnL=0及CCAPnL=00H時(shí)，PWM固定輸出高當(dāng)EPCn=1及CCAPnL=0FFH時(shí)，PWM固定輸出低當(dāng)某個(gè)I/O口作為PWM使用時(shí)，該口的狀態(tài)：PWM口之前的狀態(tài)PWM輸出時(shí)口的狀態(tài)弱上拉/準(zhǔn)雙向強(qiáng)

47、推挽輸出/強(qiáng)上拉輸出，要加輸出電流電阻1K-10K強(qiáng)推挽輸出/強(qiáng)上拉輸出強(qiáng)推挽輸出/強(qiáng)上拉輸出，要加輸出電流電阻1K-10K僅為輸入/高阻PWM無(wú)效開漏開漏 限流電阻用10K-1K普通I/O口接負(fù)載5.3 LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用I/O口直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，利用I/O口動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)4個(gè)共陰極數(shù)碼管參考電路如圖5-4所示。圖5-4 I/O口動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)4個(gè)共陰極數(shù)碼管參考電路 圖中，R1-R8的電阻值為470。5.4 按鍵輸入系統(tǒng)設(shè)計(jì)用P2口作為鍵盤接口，鍵盤可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、加速、減速的控制。鍵盤電路圖如下圖所示。圖5-3 鍵盤電路圖6 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)6.1 系統(tǒng)軟件簡(jiǎn)介

48、本設(shè)計(jì)使用的軟件是Keil編程軟件。Keil Vision 集成開發(fā)環(huán)境是一個(gè)基于Windows的開發(fā)平臺(tái)，包含高效的編輯器、項(xiàng)目管理器和MAKE工具；支持所有的Keil 8051工具，包括C編譯器、宏匯編器連接/定位器、目標(biāo)代碼到HEX的轉(zhuǎn)換器。Vision通過以下特性加速單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程：全功能的源代碼編輯器。器件庫(kù)用來(lái)配置開發(fā)工具設(shè)置。項(xiàng)目管理器用來(lái)創(chuàng)建和維護(hù)項(xiàng)目。集成的MAKE工具可以匯編編譯和連接用戶的嵌入式應(yīng)用。所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對(duì)話框形式的。真正源代碼級(jí)的對(duì)CPU和外圍器件的調(diào)試器。高級(jí)GDI接口用來(lái)在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信。與開發(fā)工

49、具手冊(cè)、器件數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶指南有直接的連接。6.2 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。雖然匯編語(yǔ)言在控制底層硬件方面有著良好的性能且執(zhí)行效率高，但是編程效率低，可移植性和可讀性差，維護(hù)極其不便，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也較差。C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相較而言有以下優(yōu)勢(shì)：可以大幅加快開發(fā)進(jìn)度，特別是開發(fā)一些復(fù)雜的系統(tǒng)，程序量越大，用C語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)?？梢詫?shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，C語(yǔ)言使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得更清晰、有條理。省去了人工分配單片機(jī)資源（包括寄存器、RAM等）的工作。在匯編語(yǔ)言中要每一個(gè)子程序分配單片機(jī)的資源，而在C語(yǔ)言中，只要在代碼中聲明一下變量的類型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配行管資源，從而有效的

50、避免了人工分配單片機(jī)資源可能帶來(lái)的差錯(cuò)。當(dāng)寫好一個(gè)算法后，需要移植到不同的MCU上時(shí)，在匯編語(yǔ)言中只有重新編寫代碼，因而匯編語(yǔ)言的可移植性很差；而用C語(yǔ)言開發(fā)時(shí)，符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)的程序基本不必修改，只要將一些與硬件相關(guān)的代碼做適度的修改，就可以移植到其他種類的單片機(jī)上。C語(yǔ)言提供data、idata、pdata、xdata和code等存儲(chǔ)器類型，針對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和程序空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且C語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，如指針、數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等，極大地增強(qiáng)了程序的處理能力和靈活性。C語(yǔ)言較匯編語(yǔ)言的不足之處就是使用C語(yǔ)言寫出來(lái)的代碼會(huì)比用匯編語(yǔ)言占用的空間

51、大5%-20%，所以執(zhí)行起來(lái)效率就不及匯編語(yǔ)言。6.3 設(shè)計(jì)流程及分析6.3.1 系統(tǒng)軟件模塊PWM脈寬控制：本設(shè)計(jì)中采用軟件延時(shí)方式對(duì)脈沖寬度進(jìn)行控制，延時(shí)程序函數(shù)如下：/*延時(shí)函數(shù)*/delays() uchar i; for(i=5000;i>0;i-);鍵盤中斷處理子程序：采用中斷方式，按下鍵，完成延時(shí)去抖動(dòng)、鍵碼識(shí)別、按鍵功能執(zhí)行。要實(shí)現(xiàn)按住加/減速鍵不放時(shí)恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時(shí)，每進(jìn)行一次增加/減少一定的占空比。顯示子程序：利用數(shù)組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個(gè)數(shù)碼管要顯示的值。定時(shí)中斷處理程序：采用定時(shí)方式1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用12M晶振，可產(chǎn)生最高約為65.5ms的延時(shí)。對(duì)定時(shí)器置初值B1E0H可定時(shí)20ms，即系統(tǒng)時(shí)鐘精度可達(dá)0.02s。當(dāng)20ms定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對(duì)定時(shí)器的再次賦值，并對(duì)全局變量time加1，這樣，通過變量time可計(jì)算出系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。6.