基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)(共60頁(yè))

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） PAGE IV摘 要電動(dòng)機(jī)作為最主要(zhyo)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運(yùn)輸和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流(jioli)電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展的比較早，因其具有良好的調(diào)速性能、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)中仍有應(yīng)用。本設(shè)計(jì)(shj)研究的就是直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制，也就是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)和加減速控制。設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī)AT89C51與三相橋式全控整流電

2、路配合的控制方法來(lái)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)鍵盤鍵入轉(zhuǎn)速的初始值，液晶顯示屏作為實(shí)時(shí)監(jiān)控界面顯示設(shè)定速度和實(shí)時(shí)速度，由測(cè)速發(fā)電機(jī)和電流傳感器構(gòu)成反饋環(huán)，從而構(gòu)成一臺(tái)直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用PI調(diào)節(jié)，在PI控制系統(tǒng)中，速度目標(biāo)值與速度反饋值比較，將誤差信號(hào)送到速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出與電流反饋值比較，將誤差信號(hào)送到電流調(diào)節(jié)器，最后由單片機(jī)計(jì)算觸發(fā)時(shí)間來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)可控整流。關(guān)鍵詞：AT89C51；整流電路；PI控制；雙閉環(huán)控制AbstractAs for the most primary electric energy conversion device, elec

3、tormotor has applied extensively among each field of national economy and mankind daily life. We use all kinds of electormotors not only in the industrial and agricultural production, national defense, medical treatment and public health, transportation and office equipment, but also in the use of h

4、ousehold appliances and CE in daily life. Electormotor divide into DC generator and alternator. DC generator, which has advantages on speed, starting torgue and overload, thus it is still used in many industries. This design is the study of the DC generator and it has made the simple control of the

5、electormotors came true, that is to say, the start, brake, speed addition and subtract control of electormotor. In order to regulate the revolving speed of the DC electormotors, I used the method of making AT89C51 and three-phase bridge type all control rectifier control system to cooperate with eac

6、h other. A keyboard was used to type the revolving speed of initial value and a LCD was used as the monitor system, tachomoter generator and CT make up a feedback loop, so a DC motor speed control system was achieved. The self-turning PI was applied in this system. In the PI control system, the targ

7、et value of speed has to compare with the feedback value of speed, and then send the error signal to ASR. Comparing the output of the ASR with the current feedback value, sending the error signal to the ACR. At last, in order to control the breakover of thyristoe, I used a singlechip to calculate th

8、e trigger point. Thus, the controlled rectifier achieved.Key words：AT89C51;Rectifier circuit;PI control; Dual closed loop control目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391360080 第1章 緒 論 PAGEREF _Toc391360080 h 1 HYPERLINK l _Toc391360081 1.1 題目背景(bijng)和意義 PAGEREF _Toc391360081 h 1 HYPERLINK l _Toc3913

9、60082 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc391360082 h 2 HYPERLINK l _Toc391360083 第2章 系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc391360083 h 4 HYPERLINK l _Toc391360084 2.1 概述 PAGEREF _Toc391360084 h 4 HYPERLINK l _Toc391360085 2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc391360085 h 4 HYPERLINK l _Toc391360086 2.2.1 G-M系統(tǒng) PAGEREF _Toc3913

10、60086 h 4 HYPERLINK l _Toc391360087 2.2.2 V-M系統(tǒng) PAGEREF _Toc391360087 h 4 HYPERLINK l _Toc391360088 2.2.3 PWM系統(tǒng) PAGEREF _Toc391360088 h 5 HYPERLINK l _Toc391360089 2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 PAGEREF _Toc391360089 h 5 HYPERLINK l _Toc391360090 2.3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PAGEREF _Toc391360090 h 5 HYPERLINK l _Toc391360091 2.3

11、.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 PAGEREF _Toc391360091 h 6 HYPERLINK l _Toc391360092 第3章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360092 h 7 HYPERLINK l _Toc391360093 3.1 控制器 PAGEREF _Toc391360093 h 7 HYPERLINK l _Toc391360094 3.1.1 控制器的選擇 PAGEREF _Toc391360094 h 7 HYPERLINK l _Toc391360095 3.1.2 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360095 h 9 HYPERLINK l

12、_Toc391360096 3.2 鍵盤電路 PAGEREF _Toc391360096 h 10 HYPERLINK l _Toc391360097 3.2.1 CH451簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc391360097 h 11 HYPERLINK l _Toc391360098 3.2.2 鍵盤電路硬件連接 PAGEREF _Toc391360098 h 12 HYPERLINK l _Toc391360099 3.3 顯示電路 PAGEREF _Toc391360099 h 13 HYPERLINK l _Toc391360100 3.3.1 LCD1602顯示器簡(jiǎn)介 PAGEREF

13、_Toc391360100 h 14 HYPERLINK l _Toc391360101 3.3.2 LCD 1602的性能指標(biāo) PAGEREF _Toc391360101 h 15 HYPERLINK l _Toc391360102 3.3.3 LCD1602與單片機(jī)的連接 PAGEREF _Toc391360102 h 16 HYPERLINK l _Toc391360103 3.4 報(bào)警電路 PAGEREF _Toc391360103 h 17 HYPERLINK l _Toc391360104 3.5 A/D轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc391360104 h 18 HYPERLI

14、NK l _Toc391360105 3.6 三相全控整流電路 PAGEREF _Toc391360105 h 19 HYPERLINK l _Toc391360106 3.6.1 主電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360106 h 19 HYPERLINK l _Toc391360107 3.6.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360107 h 22 HYPERLINK l _Toc391360108 3.7 檢測(cè)(jin c)電路 PAGEREF _Toc391360108 h 24 HYPERLINK l _Toc391360109 3.7.1 電流環(huán)檢測(cè)(j

15、in c)電路 PAGEREF _Toc391360109 h 24 HYPERLINK l _Toc391360110 3.7.2 電壓環(huán)檢測(cè)(jin c)電路 PAGEREF _Toc391360110 h 25 HYPERLINK l _Toc391360111 3.8 執(zhí)行機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc391360111 h 27 HYPERLINK l _Toc391360112 第4章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360112 h 28 HYPERLINK l _Toc391360113 4.1 PI控制介紹 PAGEREF _Toc391360113 h 28 HYP

16、ERLINK l _Toc391360114 4.1.1 PI控制方法 PAGEREF _Toc391360114 h 28 HYPERLINK l _Toc391360115 4.1.2 PI調(diào)節(jié)器的工作原理 PAGEREF _Toc391360115 h 28 HYPERLINK l _Toc391360116 4.1.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng) PAGEREF _Toc391360116 h 29 HYPERLINK l _Toc391360117 4.2 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360117 h 31 HYPERLINK l _Toc391360118 4

17、.3 初始化程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360118 h 31 HYPERLINK l _Toc391360119 4.3.1 LCD初始化 PAGEREF _Toc391360119 h 31 HYPERLINK l _Toc391360120 4.3.2 CH451初始化 PAGEREF _Toc391360120 h 32 HYPERLINK l _Toc391360121 4.3.3 中斷初始化 PAGEREF _Toc391360121 h 33 HYPERLINK l _Toc391360122 4.3.4 A/D轉(zhuǎn)換初始化 PAGEREF _Toc391360122

18、h 33 HYPERLINK l _Toc391360123 4.4 子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360123 h 34 HYPERLINK l _Toc391360124 4.4.1 中斷程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360124 h 34 HYPERLINK l _Toc391360125 4.4.2 觸發(fā)程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360125 h 35 HYPERLINK l _Toc391360126 4.4.3 PI子程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391360126 h 35 HYPERLINK l _Toc391360127 第5章

19、結(jié)論 PAGEREF _Toc391360127 h 36 HYPERLINK l _Toc391360128 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc391360128 h 37 HYPERLINK l _Toc391360129 致謝 PAGEREF _Toc391360129 h 39 HYPERLINK l _Toc391360130 附錄 PAGEREF _Toc391360130 h 40 HYPERLINK l _Toc391360131 附錄 PAGEREF _Toc391360131 h 41 HYPERLINK l _Toc391360132 附錄 PAGEREF _Toc391

20、360132 h 51 PAGE 56緒 論題目(tm)背景(bijng)和意義(yy)電氣傳動(dòng)技術(shù)以電動(dòng)機(jī)控制為控制對(duì)象，以微電子裝置為核心，以電力電子 功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。因電 機(jī)種類的不同分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱直流傳動(dòng))、交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱交流傳動(dòng))、步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱步進(jìn)傳動(dòng))、伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱伺服傳動(dòng))等等。眾所周知，與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期以來(lái)在調(diào)速傳動(dòng)中占統(tǒng)治地位。在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一般都采用直流電氣傳動(dòng)。目前，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能進(jìn)而控制工

21、作機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。三十多年來(lái)，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?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)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(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。由于直流電氣傳動(dòng)技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到比較成熟的地步，應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，

22、更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，今后一個(gè)階段在調(diào)速要求較高的場(chǎng)合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺(tái)等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。 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)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，直流傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用微機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微機(jī)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)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過(guò)系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制系統(tǒng)，能與管理計(jì)算機(jī)、過(guò)程計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程電控裝置進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化分級(jí)控制。所

23、以，直流傳動(dòng)控制采用微機(jī)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。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀電力電子技術(shù)是電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的最重要的助推器，電力電機(jī)技術(shù)的迅猛 發(fā)展，促使了電機(jī)控制技術(shù)水平有了突破性的提高。從20世紀(jì)60年代第一代電力電子器件-晶閘管(SCR)發(fā)明至今，已經(jīng)歷了第二代有自關(guān)斷能力的電力電子器 件-GTR、GTO、MOSFET，第三代復(fù)合場(chǎng)控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃發(fā)展的第四代產(chǎn)品-功率集成電路(PIC)。每一代的電力電子元件也未停頓，多年來(lái)其結(jié)構(gòu)、工藝不斷改進(jìn)，性能有了飛速提高，在不同應(yīng)用領(lǐng)域它們?cè)诨ハ喔?jìng)爭(zhēng)，新的應(yīng)用不斷出現(xiàn)。同時(shí)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電

24、力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)在近二十多年內(nèi)發(fā)生了天翻地覆的變化。早期直流傳動(dòng)的控制器由模擬分離器件(qjin)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)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。20世紀(jì)(shj)70年代以來(lái)(yli)，利用單片機(jī)作為控制器開始在電機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛使用，如AT89C51等。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，主要用來(lái)完成一些算法，同時(shí)還要處理一些輸入/輸出、顯示任務(wù)等，單片機(jī)的使用使電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能得到了很大提高。微機(jī)出現(xiàn)于2

25、0 世紀(jì)70 年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的 迅速發(fā)展，微機(jī)的性能越來(lái)越高，價(jià)格越來(lái)越便宜。此外，電力電子的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機(jī)來(lái)控制電 機(jī)，完成各種新穎的、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)的性能更符合使用要求，還可以制造出各種便于控制的新型電機(jī)，使電機(jī)出現(xiàn)新的面貌。比較簡(jiǎn)單的電機(jī)微機(jī)控制，只要用微機(jī)控制繼電器或電子開 關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了。在各種機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在已普 遍采用帶微機(jī)的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類電機(jī)的動(dòng)作。對(duì)于復(fù)雜的 電機(jī)控制，則要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、

26、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過(guò)微機(jī)控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。傳統(tǒng)的直流電機(jī)和交流電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，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(wèn)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)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方法之一。從80 年代中后期起，世界各大電氣公司都在競(jìng)相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，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。特別是采用了微機(jī)及

27、其他先進(jìn)技術(shù)， 使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強(qiáng)大的抗干擾能力，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動(dòng)方式更顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。 數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應(yīng)用提供了優(yōu)越的條件。采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作維護(hù)方便，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。由于微機(jī)具有較佳的性能價(jià)格比，所以微機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)(

28、xtng)設(shè)計(jì)方案概述(i sh)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是用單片機(jī)做控制器，完成對(duì)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的自動(dòng)控制，系統(tǒng)采用單片機(jī)與三相橋式全控整流電路配合的控制方法(fngf)由單片機(jī)鍵盤輸入轉(zhuǎn)速設(shè)定值，該數(shù)值與數(shù)字測(cè)速裝置采樣的轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，得到一個(gè)差值，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)控制程序運(yùn)算，得到整流電路中可控硅對(duì)應(yīng)的觸發(fā)時(shí)刻，輸出可變整流電壓。 本課題的設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)是以AT89C51單片機(jī)為核心以小型直流電機(jī)為控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)PI控制，通過(guò)改變?nèi)嚯娐分锌煽毓璧囊葡蛴|發(fā)脈沖來(lái)改變整流電路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。直流調(diào)速系統(tǒng)的選擇在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機(jī)

29、械都不停的運(yùn)動(dòng)著，幾乎無(wú)處不使用電力傳動(dòng)裝置。由于各種不同的生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律不一樣，對(duì)傳動(dòng)裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動(dòng)化控制，并且對(duì)電力傳動(dòng)裝置的拖動(dòng)性能要求也越來(lái)越高。所以直流調(diào)速系統(tǒng)也在不斷的發(fā)展，到現(xiàn)在為止有三種主要的控制系統(tǒng)G-M系統(tǒng)、V-M系統(tǒng)和PWM系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)此系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)(柴油機(jī)、交流異步或同步電動(dòng)機(jī))拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G實(shí)現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，國(guó)際上統(tǒng)稱Ward-Leonard

30、系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)有很多缺點(diǎn)，包括設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低和運(yùn)行有噪聲等。V-M系統(tǒng)晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng))，VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來(lái)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與G-M系統(tǒng)相比較，晶閘管整流裝置(zhungzh)不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用晶閘管來(lái)控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，交流(jioli)機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是

31、毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。但是(dnsh)V-M系統(tǒng)也有缺點(diǎn)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和高的dv/dt與di/dt都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)60-70年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)此系統(tǒng)用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。在要求快速響應(yīng)的直流調(diào)速場(chǎng)合PWM變換電源具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。這種控制系統(tǒng)較前兩種控

32、制系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，主電路線路簡(jiǎn)單，需要的功率器件少。開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少。低速性能好，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右。若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，道童損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗不大，因而裝置效率較高。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖比較以上三種控制系統(tǒng)，由于G-M系統(tǒng)缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)不考慮第一種控制系統(tǒng)。雖然V-M系統(tǒng)比較PWM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也有很多缺點(diǎn)，但是由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的方向是用于大容量系統(tǒng)，而且考慮到經(jīng)費(fèi)的問(wèn)題，所以本

33、設(shè)計(jì)選擇V-M系統(tǒng)作為主控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制觸發(fā)器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。圖2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(xtng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)(xtng)整體(zhngt)結(jié)構(gòu)圖本控制系統(tǒng)的核心是數(shù)字控制器，選用 Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51，與其它電路連接組成控制系統(tǒng)。由鍵盤電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的設(shè)定，顯

34、示電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)控，測(cè)速發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度的檢測(cè)和反饋，電流傳感器實(shí)現(xiàn)電流的檢測(cè)和反饋，過(guò)零檢測(cè)實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)電壓的檢測(cè)，報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警，由三相全控整流電路與控制器相配和實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的控制。結(jié)構(gòu)圖如圖2.2。圖2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖硬件設(shè)計(jì)控制器控制器的選擇(xunz)本設(shè)計(jì)(shj)選用Atmel公司(n s)生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)，AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8

35、位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。單片機(jī)引腳圖如圖3.1所示。圖3.1 AT89C51

36、引腳圖引腳說(shuō)明如下：VCC：電源電壓 GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路(kil)雙向I/O口，即地址(dzh)/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為(zuwi)輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL電路。當(dāng)“1”被寫入P0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，并在這時(shí)激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時(shí)，P0口接收指令，在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，

37、某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個(gè)內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因?yàn)閮?nèi)部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口線上的內(nèi)容在整個(gè)運(yùn)行期間不變。閃爍編程或校驗(yàn)時(shí)，P2口接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL電路。對(duì)P3口

38、寫如“1”時(shí)，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.1所示：表3.1 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 （外中斷0） P3.3 （外中斷1） P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器器0外部輸入） P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器器1外部輸入） P3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口還接收一些用于閃爍存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期

39、以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/ ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖時(shí)，閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對(duì)特殊寄存器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會(huì)被應(yīng)用。此外，這個(gè)引腳會(huì)微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。：程序儲(chǔ)存允許(ynx)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C51由外部

40、程序存儲(chǔ)器讀取指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器(j q)周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部(wib)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。欲使中央處理器僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。閃爍存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51可以采用片內(nèi)震

41、蕩或者片外震蕩。片內(nèi)震蕩：芯片中中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。外接石英晶體及電容C1，C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接電容C1，C2雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。片外震蕩：外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空

42、比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。本設(shè)計(jì)采用的是片內(nèi)震蕩，復(fù)位電路采用簡(jiǎn)單上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位電路，上電自動(dòng)復(fù)位是在上電瞬間，電壓VCC短時(shí)間內(nèi)從0V上升到5V，這一瞬間相當(dāng)于 HYPERLINK /search?word=%E4%BA%A4%E6%B5%81%E7%94%B5&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 交流電，電容相當(dāng)于導(dǎo)線，5V的電壓全部加在10K電阻上，也就是說(shuō)，這時(shí)RESET的 HYPERLINK /search?word=%E7%94%B5%E5%B9%B3&fr=qb_search_exp

43、&ie=utf8 t _blank 電平狀態(tài)為 HYPERLINK /search?word=%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 高電平。但是從上電開始，電容自己就慢慢充電，其兩端電壓呈曲線上升，最終達(dá)到5V，也就是說(shuō)其正端電位為5V，負(fù)端電位為0V，其負(fù)端也就正好是RESET，此時(shí)RESET為 HYPERLINK /search?word=%E4%BD%8E%E7%94%B5%E5%B9%B3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 低電平， HYPERLINK /search

44、?word=%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 單片機(jī)開始正常工作。手動(dòng)復(fù)位是當(dāng)按鍵按下時(shí)，電容兩端構(gòu)成回路并放電，使RST端重新變?yōu)?HYPERLINK /search?word=%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 高電平，按鍵抬起時(shí)電容又充電使RST變回 HYPERLINK /search?word=%E4%BD%8E%E7%94%B5%E5%B9%B3&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _bla

45、nk 低電平，從而達(dá)到復(fù)位效果。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.2。圖3.2 AT89C51最小系統(tǒng)(xtng)鍵盤(jinpn)電路鍵盤(jinpn)電路分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。獨(dú)立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵單獨(dú)占有一跟I/O口線，每根I/O口線的工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài)，這是一種最簡(jiǎn)單易懂的按鍵結(jié)構(gòu)。獨(dú)立式按鍵雖然電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線的情況下，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。故只在按鍵數(shù)量不多時(shí)采用這種按鍵電路。在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平。矩

46、陣式按鍵也稱行列是按鍵，矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上。當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這一點(diǎn)是識(shí)別矩陣按鍵是否被按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個(gè)鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號(hào)配合起來(lái)作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。矩陣式按鍵適用于按鍵較多的場(chǎng)合，可以減少對(duì)CPU的占用。1單片機(jī)在開發(fā)過(guò)程中，常常會(huì)因?yàn)橘Y源不足而不得不使用擴(kuò)展接口芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要，其中原因之一是人機(jī)界面中的鍵盤顯

47、示占用了系統(tǒng)太多資源，從而造成系統(tǒng)龐大，同時(shí)降低了系統(tǒng)的可靠性。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤顯示通?？刹捎靡韵聨追N方式：1采用并行接口的鍵盤顯示專用芯片8279。但8279所需外圍元件多（顯示驅(qū)動(dòng)、譯碼等）、占用電路板面積大、綜合成本高，在中小系統(tǒng)中常常大材小用；2采用(ciyng)通用并行I/O擴(kuò)展(kuzhn)芯片（如用8155、8255等），但此方案同樣(tngyng)需要驅(qū)動(dòng)顯示，同時(shí)鍵盤顯示掃描還需占用CPU大量時(shí)間；3 采用專用顯示控制器，并用CPU的I/O引腳完成鍵盤輸入（如MC14499、PS7219、MAX7219、ICM7218、TLC5921等，大多是串行接口并有顯示驅(qū)動(dòng)能力

48、，I/O占用少）。這種接口方式省去了顯示的掃描，而且電路大多也很簡(jiǎn)單，通常在系統(tǒng)需要的按鍵較少時(shí)比較適用；4 采用帶I2C總線的鍵盤顯示芯片（如顯示用SAA1066，鍵盤用PCF8574），不過(guò)這種方式對(duì)于無(wú)I2C總線接口的CPU來(lái)說(shuō)，編程顯得有些不便；5采用串行接口的鍵盤顯示專用芯片，如BC728081、HD7279、CH451等。這類芯片占用CPU的資源少，傳輸速度較快，外圍器件要求也較少，在中小系統(tǒng)中都可得到廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用44矩陣式鍵盤和CH451芯片組合構(gòu)成鍵盤電路。CH451簡(jiǎn)介CH451是一個(gè)整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)和鍵盤掃描控制以及P監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451

49、內(nèi)置RC振蕩電路，可以直接動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼或不譯碼功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各數(shù)字獨(dú)立閃爍等控制功能。CH451內(nèi)置大電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，段電流不小于30mA，字電流不小于160mA，并有16級(jí)亮度控制功能；在鍵盤控制方面，該器件內(nèi)置64鍵鍵盤控制器，可實(shí)現(xiàn)88矩陣鍵盤掃描，并內(nèi)置去抖動(dòng)電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標(biāo)志位等功能；在外部接口方面，CH451可選擇簡(jiǎn)潔的1線串行接口或高速4線串行接口，且內(nèi)置上電復(fù)位，可提供高電平有效復(fù)位和低電平有效復(fù)位兩種輸出，同時(shí)內(nèi)置看門狗電路Watch-Dog。（1）顯示驅(qū)動(dòng)：內(nèi)置大電流驅(qū)動(dòng)級(jí)，段電流不小于25m

50、A,字電流不小于150mA。動(dòng)態(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或64只發(fā)光LED。可選數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對(duì)應(yīng)的不譯碼方式或者BCD譯碼方式。數(shù)碼管的字?jǐn)?shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。各數(shù)碼管數(shù)字獨(dú)立閃爍控制。任意段位尋址，獨(dú)立控制各個(gè)LED或者數(shù)碼管的各個(gè)段的亮與滅。支持段電流上限調(diào)整，可以省去所有限流電阻。掃描極限控制，支持1到8個(gè)數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時(shí)間。（2）鍵盤控制：內(nèi)置64鍵鍵盤控制器，基于8x8矩陣鍵盤掃描。內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖電路。鍵盤中斷，低電平有效輸出。提供按鍵釋放標(biāo)志位，可供按鍵按下查詢釋放。（3）其他：高速的4線串行接口，支持多片級(jí)聯(lián)，時(shí)鐘速

51、度從0到10MHZ。串行接口中的DIN和DCLK信號(hào)線可以與其他接口電路共用，節(jié)約引腳。內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，不需外接晶體或阻容振蕩。內(nèi)置上電復(fù)位和看門狗，提供高電平有效和低電平有效復(fù)位輸出。該芯片支持3V到5V電源電壓。（4）電氣(dinq)特性：CH451顯示(xinsh)掃描的周期最大為6.5毫秒，所以數(shù)碼管不會(huì)出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象。鍵盤掃描間隔(jin g)，按鍵響應(yīng)時(shí)間最大為70毫秒；數(shù)碼管閃爍顯示值0.7HZ；看門狗溢出范圍300到930毫秒，典型值為550毫秒 6。鍵盤電路硬件連接本設(shè)計(jì)設(shè)置了16個(gè)按鍵，09鍵為數(shù)字鍵，AF為功能鍵，其中A為啟動(dòng)鍵，B為停止鍵，C為加速鍵，D為減速鍵，E為速

52、度設(shè)定鍵，F(xiàn)為確定鍵。（1）CH451與單片機(jī)的連接與單片機(jī)連接一共需要4根控制線，其中DIN和單片機(jī)的P2.1連接， DCLK和單片機(jī)的P2.0連接，DOUT和單片機(jī)的中斷口P3.3連接，LOAD和單片機(jī)的P3.6連接。連接圖如圖3.3。 圖3.3 CH451與單片機(jī)的連接（2）CH451與矩陣鍵盤的連接CH451和矩陣鍵盤電路的連接如圖3.4所示。CH451對(duì)應(yīng)的鍵盤編碼值如表3.2所示。圖3.4 CH451與矩陣鍵盤(jinpn)的連接表3.2 按鍵(n jin)編碼按鍵代碼DIG7DIG6DIG5DIG4DIG3DIG2DIG1DIG0 SEG047H46H45H44H43H42H41

53、H40H SEG14FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H SEG257H56H55H54H53H52H51H50H SEG35FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H SEG467H66H65H64H63H62H61H60H SEG56FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H SEG677H76H75H74H73H72H71H70H SEG77FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H顯示(xinsh)電路為方便人們的觀察和監(jiān)視單片機(jī)的運(yùn)行情況，通常需要用一種顯示器作為單片機(jī)的輸出設(shè)備，用來(lái)顯示單片機(jī)的鍵輸入值、中間信息及運(yùn)算結(jié)果等。常用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極

54、管顯示器）和LCD（液晶顯示器）。這兩種顯示器具有耗電省、配置靈活、線路簡(jiǎn)單、安裝方便、耐振動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。兩者相比，LED顯示器價(jià)格更低廉，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，LCD顯示功耗更低，顯示清晰度更高。所以本設(shè)計(jì)選用LCD作為顯示器，型號(hào)為L(zhǎng)CD 1602。LCD1602顯示器簡(jiǎn)介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 HYPERLINK /view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等 HYPERLINK /view/545607.htm t _blank 點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間

55、有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。實(shí)物圖如圖3.5。圖 3.5 LCD 1602顯示器正反面LCD1602引腳功能(gngnng)：第1腳：VSS為電源(dinyun)地，接GND。第2腳：VDD接5V正電源(dinyun)。第3腳：VO為液晶

56、顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：EN為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：BLA背光電源正極(+5V)輸入引腳。 第16腳：BLK背光電源負(fù)極，接G

57、ND。 引腳接口說(shuō)明如表3.3 6。表3.3 引腳接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào) 引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明 1VSS 電源地9D2數(shù)據(jù)口 2VDD 電源正極10D3數(shù)據(jù)口 3VO 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端11D4數(shù)據(jù)口 4RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5數(shù)據(jù)口 5R/W 讀/寫選擇端(H/L)13D6數(shù)據(jù)口 6E 使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)口 7D0 數(shù)據(jù)口15BLA背光源正極 8D1 數(shù)據(jù)口16BLK背光源負(fù)極LCD 1602的性能指標(biāo)LCD1602可顯示(xinsh)兩行，每行16個(gè)字符，不能顯示(xinsh)漢字，內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫(kù)，只有(zhyu)并行接口，無(wú)串行接口。這種16

58、02字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用161，162，202和402行等的模塊。1602字符型LCD的主要技術(shù)參數(shù)為：（1）顯示容量：162個(gè)字符；（2）芯片工作電壓：4.55.5V；（3）工作電流2mA(5.0V)不包括背光電流；（4）模塊最佳工作電壓：5V；（5）字符尺寸：2.954.35(WH)mm。1602字符型LCD的基本操作時(shí)序： 讀狀態(tài) 輸入：RS=L，R/W=H，E=H 輸出：D0D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H，R/W=H，E=H 輸出：無(wú)寫指令 輸

59、入：RS=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫指令 輸入：RS=H，R/W=L，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無(wú)液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。液晶顯示模塊有80個(gè)字節(jié)的顯示緩沖區(qū)，分兩行，地址分別為00H27H，40H67H，它們實(shí)際顯示位置的排列順序跟LCD的型號(hào)有關(guān)，LCD1602的顯示地址與實(shí)際顯示位置的關(guān)系如圖3.6。 LCD 16字2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F1027

60、404142434445464748494A4B4C4D4E4F5067 圖3.6 LCD1602的顯示地址與實(shí)際顯示位置的關(guān)系當(dāng)向圖中的000F、404F地址中任一處寫入顯示數(shù)據(jù)(shj)時(shí)，液晶都可立即顯示出來(lái)，當(dāng)寫入到1027或5067地址處時(shí)，必須通過(guò)移屏指令(zhlng)將它們移入可顯示區(qū)域方可顯示正常 6。LCD1602與單片機(jī)的連接(linji)1602液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C51直接接口，RS、R/W和E分別接單片機(jī)P2.5、P2.6和P2.7，D0D7接單片機(jī)P0.0P0.7，VO口接一個(gè)滑動(dòng)電阻用于手動(dòng)調(diào)節(jié)液晶顯示器的對(duì)比度，VSS和BLK都接地，VDD接電源來(lái)給