基于單片機(jī)的PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文(附電路圖、程序清單)

言第1言概況電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。在這一系統(tǒng)中可對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制。力拖動(dòng)正朝省計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成，低成自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外的注意。特別對(duì)于小應(yīng)用適用技術(shù)的設(shè)備，不僅有益千獲得經(jīng)濟(jì)效，而且能提高生產(chǎn)率可靠，的電力拖動(dòng)系統(tǒng)更是低成本自動(dòng)在如今的現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式?，F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的控制從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜，并逐漸成熟成為主流。其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，例：軍、火炮瞄；業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、、印刷機(jī)械；印機(jī)傳真機(jī)；空調(diào)等的控制。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 開(kāi)關(guān)速度更控制更容易的全控型功率器件MOSFETIGBT成為主，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越：主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的 功率；開(kāi)關(guān)頻率，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)發(fā)熱都；低 速能，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能，動(dòng)態(tài)抗擾能力；主電 路元件工作在開(kāi)關(guān)態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較；近 年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度飛快，以為主導(dǎo)的信息技術(shù)作嶄新的生產(chǎn)，正向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為勢(shì)。一一電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體的發(fā)展對(duì)控的發(fā)展影響極，們是密相關(guān)相互促的。近30年，電力電子技的猛發(fā)，帶改變蓿電機(jī)控制面貌和應(yīng)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制方案有種：工作在 個(gè)狀態(tài)的關(guān)控、相位控制和脈調(diào)制控，在單向電動(dòng)電子驅(qū)動(dòng)電路，主要是閘管，后來(lái)是用相位控雙可控硅。在這以后，這種控型功率器一直主宰看電機(jī)控制市場(chǎng)。到70和80年先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTOG'IR、POWER-MOSFETIGBT和MCT等。種有自能器，取了原來(lái)普通管系統(tǒng)需的相電，簡(jiǎn)了電路，提高了效，提高了工，低，了電力電子裝的體積和重量。后來(lái)，諧波成分大、功率因數(shù)差的控變流器逐步由斬波器PWM變流器所代，明顯地?cái)U(kuò)大了電控的調(diào)運(yùn)范，高調(diào)速精，改善了快速效功率因數(shù)。e簡(jiǎn)稱PWM)70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)記錄儀表等．的提之間的結(jié)合促使PWM的推進(jìn)高度。PWM術(shù)滿足那、，用特。，電子術(shù)和控制技，機(jī)控制技術(shù)以隨的客戶，，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了，求，環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)進(jìn)入21，可以預(yù)期新的更高性能電力電子器件還會(huì)出，代提高。3本文的主要工作3PWMG'IRH橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)PWM形的寬度來(lái)控制H電路中的G'IR通斷時(shí)間，以達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)速度的目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個(gè)PWM脈沖的產(chǎn)生過(guò)程得到了大大的簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，以鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。PWM)H橋，利用PROTEUS軟件對(duì)各個(gè)子并給出了仿真結(jié)果。第2章直流調(diào)速系統(tǒng)概述調(diào)速方法通常有機(jī)械的的、、氣動(dòng)的幾種，僅就機(jī)械與法，也可采用電氣與機(jī)械配合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)氣調(diào)，如可簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效，，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，因此在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)動(dòng)性能和控制特性，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)但是，直流調(diào)速系統(tǒng)一且占據(jù)壟斷，流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要形鋼礦山洋鉆探、金屈，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐控制技術(shù)的角度來(lái)，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的，我們先看論。直流電機(jī)的工作原理上T電刷換向片。，作的換能器電磁力。圖2-1型圖，，固定部分（）由磁鐵（稱為磁極）成；轉(zhuǎn)動(dòng)分（子）環(huán)形形鐵，定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上由A和B導(dǎo)體，線圈的首端和末端分別連銅片向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置眢一對(duì)固定不動(dòng)的電刷Bl和B2,轉(zhuǎn)時(shí)電樞線圈通過(guò)換向器和電刷與外電路接通。上T電刷換向片。2石繞組線圈2主磁極

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7s

鐵心主磁極直流電動(dòng)機(jī)工作原理如圖2-2所示。給兩個(gè)電刷加上直流電源，所示有且流電流從電刷A流入，經(jīng)過(guò)線abed,從電刷B流，根據(jù)電磁力定，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作，其方向可由左手判，段導(dǎo)體受到的力形了個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到2-2(b)的位置，電刷 A和換向2，電刷B和換向片1A，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba,Babcd左手定由千換向器配合abcdNA流入的方向，而在S極下時(shí)B，線圈邊中的電流始終是一個(gè)方，就可使電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。(a)導(dǎo)體處： (b)異休的處極下圖22直流電機(jī)原理圖直流電機(jī)的調(diào)速方法，：(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屈恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)千要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。[..變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容噩可調(diào)直流電源。(2)中。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)5行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速?gòu)碾姍C(jī)額定轉(zhuǎn)速向，屈J變化時(shí)間5遇到的時(shí)間常數(shù)同，但所需電源容量小。3)R設(shè)備簡(jiǎn)單，，機(jī)械特性較軟；沒(méi)什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大盎電能。，往往是和，，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系必要時(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來(lái)使用。門控直流電源有以下三種：(1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)，組以獲得可調(diào)的直流電壓。2)靜止可控整流器（系統(tǒng)）。用電壓。(3)直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）。用恒定直流電或源不可控整流電源供電，利用且流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)、V-M、數(shù)，半并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。GT V陽(yáng)23 晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 (系統(tǒng)）6直流斬波器又稱且流調(diào)壓器，是利用開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)控制，將且流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載，通過(guò)斷的變化來(lái)改變負(fù)載上亙流電壓平均，將固定電壓直流電源變成平均值可調(diào)直流電，亦直流一直流變換器。它具有效率高 、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無(wú)軌電車以電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)中。圖2-4為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波圖中VT代表開(kāi)關(guān)器件。當(dāng)開(kāi)關(guān)VT接通，電源電壓。到電動(dòng)機(jī)；當(dāng) VT斷開(kāi)時(shí)，直流電與電動(dòng)機(jī)斷，動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。如此反，得電樞端電壓波形如2.4(b)所示。I·-

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U^t()刀'，．,'，．,r，'；二'三 t{b\圖24直流斬波器原理電路及輸出電壓波型(a)原理圖 (b)電壓波型在這里晶閘管不受相位控制，當(dāng)晶，兩端電壓接近千零。脈沖寬度調(diào)制即lseModttlation)簡(jiǎn)稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的即通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)進(jìn)行直流調(diào)速。與：(1)由PWM系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)達(dá)1:10000均電流下，電動(dòng)機(jī)的損。2)同樣由千開(kāi)關(guān)頻率高，若帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。7(3)，PWM7可通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)能力有限。目前，受到器件容撮限，PWM 且流調(diào)速系統(tǒng)只用千中、小功率的系統(tǒng)H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概述PWM因此有必要對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行介紹。Q3Q,Q,Q3Q,Q,圖2.5H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路H橋式驅(qū)動(dòng)電路是因4H4H中的橫杠（上）。電路中，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4極管和極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。Q,Q,Q,Q,圖2.6H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)如上圖，當(dāng)Ql管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極Ql從左至右穿過(guò)電然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所，該流向的電 流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極Ql和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針?lè)较蛉龢O管Q2和Q3導(dǎo)通，電流將8從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭向）。899Q,QQ,Q,么圖2.7H橋式驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)么機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的Q2同受電源性能限制），甚至燒壞三極管。32.3所示的V-M系統(tǒng)中和圖2.4PWM系統(tǒng)中，只通過(guò)改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來(lái)改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。如果生產(chǎn)機(jī)械對(duì)靜差率要求不高，開(kāi)且開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證機(jī)調(diào)速控制模塊方案：用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)的分，從而達(dá)到調(diào)速的目的．但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問(wèn)在于一般電動(dòng)電阻很小，但電流很；分 壓不僅會(huì)降低效，且實(shí)現(xiàn)很困難。：用繼進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性不高。：由三極管組成的H型PWM電路。用單片機(jī)控制三極精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。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(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制電子開(kāi)關(guān)種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案三。PWM調(diào)速工作方式方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)的高電平時(shí)差決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。方案二：?jiǎn)螛O性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。由于單極性工作制電壓波開(kāi)中的交流成分比雙極性工作制10動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。PWM調(diào)脈寬方式種：和們用了定頻調(diào)寬方，，電動(dòng)；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。PWM方式方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us.方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)框圖如下圖所示，以6部分組成鐘、G'IR為可控開(kāi)關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)?？刂撇糠植捎脜R編語(yǔ)言編程控制，AT89C51芯PWMH的G'IR通斷時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)速度單片機(jī)對(duì)各部分模塊的原理進(jìn)行分最終將其組合。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)位電路時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路圖31硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖II系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一工作，因此時(shí)鐘率直接影響單片機(jī)的速，時(shí)鐘電路的質(zhì)蜇也且接影響單片機(jī) 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電路中的容Cl和C2典型值通常選擇為30pF左右。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要，但電容大小會(huì)影響振蕩器的頻率高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，品振的頻率高則系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率也越，單片機(jī)運(yùn)行速也越。二二XTAL2陽(yáng)32時(shí)鐘電路本設(shè)計(jì)采用頻率12MHZ,微調(diào)電容Cl和C2為30pF的內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容為瓷片電容。判斷單片機(jī)芯及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有個(gè)簡(jiǎn)單方法，就是用萬(wàn)表測(cè)量單片機(jī)品振腳(18,19腳）的對(duì)地電，以正常工作單片機(jī)用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)噩為：18腳對(duì) 地電約為2.24V,19腳對(duì)電壓約為2.09V。復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要作用是把PC初始化為OOOOH,使單片機(jī)從OOOOH單元開(kāi)始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。l2PAGEPAGE14二RESET二l- ?<3 RESET陽(yáng)33復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開(kāi)始電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通5V的電通過(guò)電阻給電解電容，電容兩端的電會(huì)由ov左右（小于0.3秒，，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，這是單片機(jī)的上電復(fù)ov，千是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作，這是手動(dòng)復(fù)位原理。該電路采用按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位為電平方式。對(duì)千懷疑是復(fù)位電路故陌單片機(jī)正常工作時(shí)第9，說(shuō)明這個(gè)復(fù)位電路有問(wèn)題，其中電平復(fù)位是通RET端經(jīng)電阻與電VCC12MHZlOOuF,RlOK,保化穩(wěn)壓電源電路電壓穩(wěn)定的減小，而且接上大功率的負(fù)載時(shí)電壓會(huì)瞬時(shí)降低，，對(duì)千各種IC門的穩(wěn)壓器件，或者穩(wěn)壓電路，線性LDO)和開(kāi)關(guān)DCDC),前者還可以升壓使用而且效率很高。控制芯片89C51的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓是可以選擇使用線性電壓調(diào)整芯片穩(wěn)壓，7805 :最大輸出電流1.5A,部過(guò)熱保護(hù)，內(nèi)部短路電流限制，典型輸入~20V,輸出電壓4.9~5.lV,靜態(tài)電流典型4.2mA,壓差（出與入差）至少2V。78L05（電流較小最大輸出電流lOOmA,內(nèi)部過(guò)熱保護(hù)，典型電壓7~20V,輸出電壓4.75~5.25V,靜態(tài)電流典型值3m。LM317（電壓可調(diào)）：輸出電流可達(dá)1.5A,輸出電壓l.2V~37V,內(nèi)部過(guò)熱保護(hù)等。選用7805,；另一方面比較常用且比較便宜。LM78系列是美國(guó)家半導(dǎo)體公司的固定輸三端正穩(wěn)器集成電路。我國(guó)和世各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)可供選是使用極為廣泛的一類串聯(lián)集成穩(wěn)壓器。內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)電，無(wú)需外部器件，輸出晶體管安全范圍保護(hù)， 內(nèi)置短路電流限制電路。對(duì)于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，a，以到較平滑的且流電壓。b、輸入，得到更為穩(wěn)定電壓添得到穩(wěn)定的電壓。D1TRI 丿 80kR 」二

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`CC圖34穩(wěn)壓電源電路成穩(wěn)壓器05，出電壓差2~Cl為輸入穩(wěn)定電是減小消振抑制高頻和脈沖干擾Cl1o47μfC2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改善，C2一般為，極管IN4007用來(lái)卸掉C2的儲(chǔ)存電能，防止反向擊穿5。查關(guān)資料該芯片的最大承受電流為.lA,入RLRl=l2*0.9-5/0.1=580,70Q的電阻。此電源的缺點(diǎn)均轉(zhuǎn)效率低所以散熱問(wèn)題要特別注意。7805，急應(yīng)慢。電源的優(yōu)點(diǎn)?？痰漠a(chǎn)品。幾乎沒(méi)有產(chǎn)生工作頻率低，易于控制。11S信號(hào)輸入電路獨(dú)立式按鍵就是各按鍵互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一輸入線一根輸線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他線的工作狀態(tài)。，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈，軟件簡(jiǎn)單。但每個(gè)按鍵需要占用口，在按鍵數(shù)撮較多，需要較的入線且電路結(jié)構(gòu)，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較 的合。一個(gè)短暫掃描就可能此，在程序中要考慮防抖動(dòng)。最簡(jiǎn)單的辦法是在檢測(cè)到有鍵，等待（延遲）“行掃描，延遲時(shí)間為0~2s。這可通時(shí)，調(diào)用幾次顯消的。1L 墮 1L 墮 心RSTI/ADIP02JACJ2P0.3/AOOP0P0.6/戊P2沁P2的P22P23/AIIP2.4/A12P25Pa芯P32爪而P3.3如P3.41TOP3.5斤1P3叩P3.7郎圖35控制輸入電路D2356?11111111pppppppp本文采用查詢工作方式，即直接在主程序中插D2356?11111111ppppppppPAGEPAGE203.3.4電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路－36PWM驅(qū)動(dòng)膜塊的電路本電路采用的是以大功率G'IRH2G'IR分為兩組和vr4為一組，vr2和另中的兩只G'IR時(shí)，通和關(guān)斷。G'IR而且G'IR，。在機(jī)驅(qū)動(dòng)號(hào)方面，我們采用了空比可調(diào)的周期形信號(hào)控制。脈沖頻率對(duì)電動(dòng)轉(zhuǎn)速有影響，脈沖率高連續(xù)性好，帶帶負(fù)載能力差脈沖頻率反之。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)，脈沖頻率在40Hz，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平，但負(fù)載，速下降攬，低速時(shí)甚至?xí)＾D(zhuǎn)；脈沖頻率在lOHz以下，電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)明顯跳動(dòng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖頻率在15Hz-30Hz效果最佳而具體采用的頻率可根個(gè)電動(dòng)機(jī)性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通P2.6輸入號(hào)，P2.7輸入低電平P2.6輸入低電，P2.7輸入信號(hào)分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。通過(guò)對(duì)信號(hào)的調(diào)整來(lái)對(duì)車速進(jìn)行調(diào)節(jié)速度微調(diào)方，可以通過(guò)占比跨度增或逐分別實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的逐或。利用孤立元件搭建的H橋電一個(gè)缺就是擊穿，即Ql和Q2同時(shí)通或者Q3和Q4同導(dǎo)通選擇使用芯可減少狀。的電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)芯片：TA7291S、NJU 7382 、L297、L298。第4單片機(jī)選擇2080就通用單片機(jī)而言世界上一些著50數(shù)百8的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下：美國(guó)血l公：MS51系列及其增強(qiáng)型系美國(guó)Motorola公：6801 系列和 6805 系列美國(guó)Abuel公司89C51單片機(jī)美國(guó)刮og：Z8SUPERS美國(guó)Fairchild公司：F8系列和3870系列美國(guó)Rockwell公司：6500/1系列美國(guó)TI（德克薩司儀器儀表）公：九 系列NS（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公：NS8070系列 等等。盡管單片機(jī)的品種很，但是還是血l公司的M51系列和美國(guó)n!公司的89C1機(jī)M51系列基本型8031、8051、875180318128RAM21個(gè)特殊功能寄存器SFR)48位并行J/01216內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)，需外擴(kuò)EPROM不予采用80518031有4KROM,過(guò)4KROM，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以8051適合與應(yīng)用在程序已定，且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。87518031，增加了4K字節(jié)的EPROM,小4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化EPROM中，可以反復(fù)修改程序。80318031外擴(kuò)一片4KBEPROM的就相當(dāng)與8751,它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。隨看大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，AT89C51 是美國(guó)A'IMEL公司生產(chǎn)的低電壓高性能CMOS8，片內(nèi)含4KbytesPEROM)和128bytesROM)，器件采用A'IMEL兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和AT89C51可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域就采用。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析，大的工作就是如何根據(jù)產(chǎn)對(duì)象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占重地位。鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指P2.6與P2.7相應(yīng)的PWMH實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)速度分10PWMPWMPWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固，由于每脈沖的高電平時(shí)間和低，PWM周期為T,高電平時(shí)間為'IH,低電平時(shí)間為兀，電壓為vcc,則輸出電壓的平均值為：UAV=VCC*'IH/('IH+'IL）＝VCC叮H/T=aVCC,當(dāng)VCC固定時(shí)，其電壓PWM波形的占空比a,PWM的占空比由單片機(jī)軟件內(nèi)部PWM輸出的寄存器值決定。通過(guò)對(duì)單片機(jī)定時(shí)器初始值的不同設(shè)置PWM器TO完成PWM電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率為16.6HZ,周期60MS。定時(shí)器計(jì)數(shù)初值計(jì)數(shù)初值X：(65536-X)=30000 ,轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)：X=3 5536 =8ADOH。軟件主要由3部分組：主程序 、鍵盤掃描程中斷處理程序。主程序流程圖4-1。二二開(kāi)定時(shí)中斷關(guān)外中斷陽(yáng)41主程序流程圖初始后，義初始數(shù)據(jù)，將定時(shí)器TO設(shè)為工作方式1,FO作為電機(jī)轉(zhuǎn)向的標(biāo)志位TO,CTl作為速度檔位的標(biāo)志應(yīng)用千后來(lái)速減速控制HDIANO與作為高電平延 遲時(shí)間存儲(chǔ) 單，HDIANl與LDIANl作為低電平延遲時(shí)間存儲(chǔ)單元。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8ADOH60ms60ms，則響應(yīng)該定時(shí)中PWM 個(gè)脈沖周期可以由高電平待續(xù)時(shí)間系數(shù)DIANO和低電乎持續(xù)時(shí)間系數(shù)DIAN1組成，本設(shè)計(jì)中采用的脈沖頻率為16.6Hz,可得DIANO+DIAN1=65536,NO/(DIANO+DIANI局變盎,DIANI該子程序流程圖如圖4.2。PWM脈寬控制流程圖N鍵盤中斷處理子程序N按下鍵，單片機(jī)P3.2腳產(chǎn)生一成延時(shí)11圖11111調(diào)0-10)11檔固定占空比，即相應(yīng)檔位相應(yīng)改變DIANO,DIANI的值，以實(shí)現(xiàn)調(diào)速檔位的實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)對(duì)于電機(jī)的啟停，在PWM控制上使用漸變的脈寬調(diào)整，即開(kāi)啟后由停止勻加速到默認(rèn)速度，停止則由于當(dāng)前速度逐漸降至零。這樣有利千保護(hù)電機(jī)，如電機(jī)運(yùn)用于小車上，在啟動(dòng)上采用此方式也可加大啟動(dòng)速度，防止打滑。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間的計(jì)算、顯示。配合傳感器技術(shù)可用于計(jì)算距離，速度等重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)。鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。PAGEPAGE40第5章 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)和各種智能產(chǎn)品中常常會(huì)用用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制，而現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中，對(duì)機(jī)控制要求來(lái)越精確和迅速，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)要求越來(lái)高。隨?？萍嫉陌l(fā)，通過(guò)電機(jī)的改，出現(xiàn)了一些針對(duì)各種應(yīng)用要求的電 機(jī)，服電、進(jìn)電開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)傳統(tǒng)電機(jī)。是在一些對(duì)位置控制要求不高控制系統(tǒng)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)電如且流電機(jī)乃有很的優(yōu)勢(shì)，而要對(duì)其進(jìn)行精又迅速的控制，就需要復(fù)雜控制系統(tǒng)。隨著微電子和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)字控制系統(tǒng)有控制精確，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)，受環(huán)境影，功能，系統(tǒng)修改簡(jiǎn)，有很好的人機(jī)交換界面等特點(diǎn)。在電機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，常常需要消耗各種硬件資源，系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)，而在調(diào)，從出現(xiàn)和發(fā)展可用計(jì)算機(jī)對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿，從小系算機(jī)仿真可，從而的，即能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)，如就是軟件。實(shí)時(shí)仿真是對(duì)時(shí)間的推個(gè)用來(lái)仿真各種嵌入對(duì)直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。5.lPROTEUS設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)Proteus軟件是LabcenterElectt·o1tics完整平臺(tái)ARES，ARES模塊主要PCB的設(shè)計(jì)Proteus的軟的工具，于PIC列等常用的MCU,以及單片，比如,RAM,ROM,鍵盤，馬達(dá)，,AD/DAProteus我們能夠輕易地獲得個(gè)功能齊實(shí)驗(yàn)室。kei!C51軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體支持匯編、PLMC語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好本文中由于我們主要使用 kei!C51 軟件編輯、調(diào)試程 ，Proteus軟件仿真。我們重點(diǎn)研了Proteus的ISIS模塊用法，在下面容中，如不特別說(shuō)明，我們所說(shuō)的Proteus軟件特指其ISIS模塊ISIS直譯智能原理輸入系統(tǒng)。從ISIS窗口各欄內(nèi)容可：PROTE VSM所包括的內(nèi)容都已整到ISIS，所以，ISIS實(shí)際上是VSM的設(shè)計(jì)與真臺(tái)。lD已OlD已O心由邑OOI田l也十QQ0Q|,~ ￥心e藝.. 哉”刀王＊IGI及＆心，BB111l1u.."..三個(gè)·圖5.1ISIS 界而PROTEUSA、單片機(jī)系統(tǒng)的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程擇元器件接插件、安裝和電氣檢測(cè)。（）、調(diào)試和編程。（）（）B、單片機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)代開(kāi)發(fā)過(guò)程上述全部過(guò)程都可用PRO'IBUS來(lái)完成，其過(guò)程也可分為三步：在ISIS 平臺(tái)上進(jìn)單片系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)選擇元器接插件、安裝和電氣檢測(cè)。簡(jiǎn)稱為PRO'IEUS電路設(shè)計(jì)在KeilC、*.hex。ISIS進(jìn)行調(diào)試。在ISIS、協(xié)同仿真。仿真結(jié)果與分析啟動(dòng)仿真后，初始狀態(tài)，H橋兩端均為低電平，電機(jī)停轉(zhuǎn)。U4． 52電狀態(tài)，Q6化的PWM，電機(jī)逆針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5.4，Q6Q5端為變化的PWM信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。倘若此，回5.2。U4． －圖5.3啟動(dòng)狀態(tài)（電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）． 圖5.4啟動(dòng)狀態(tài)（電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）在圖5.3P3.7PWMCO=lO后，減速檔位到達(dá)最高，不再減度15.5.5ClII05cope 因CH1IEI: 品 2 CH2;品:

：“' x,，，IOi：“' x,，，IOiv ...Vl[)lvJ)圖55減速后P37波形(COTO=lO)，，OAH=lO加速檔位到達(dá)最高，不再加速，相當(dāng)于速度11如圖5.8。5ClII05cope 因CH1口2品2 CH2品:

v戶1-：?:：J“”“rX?..v戶1-：?:：J“”“rX?..-)圖56加速后P37波形(COTl=lO)結(jié)合KeilC中的不同時(shí)期的定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，如附錄C所示。比較發(fā)現(xiàn)：表5.1Kei!C中定時(shí)器計(jì)數(shù)初值比較速度P3.7=0計(jì)數(shù)初值P3.7=1計(jì)數(shù)初值總計(jì)數(shù)伯占空比1檔8ECOH(32496)86F2H(34290)6678951.34%6檔8AD8H(32504)8ADAH(32506)6501050%11檔86FOH(34288)H(3)6678948.66%是一種對(duì)棱擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使，PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值，。電壓或電流源是以一種通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上時(shí)，任何PWM進(jìn)行編碼PWM點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式1改變?yōu)檫壿?0改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。充分用了現(xiàn)有的集成芯片的強(qiáng)大功PWM脈沖的產(chǎn)生過(guò)程得到了大大的簡(jiǎn)化。第6章結(jié) 論，加深了對(duì)直流的認(rèn)識(shí)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)，利用已有的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，的，使我將原來(lái)所學(xué)的知識(shí)系化化化的能力高。本設(shè)單片的控制提高了直流電機(jī)調(diào)速運(yùn)行用了PWM的H型，的使用效率，且，首先，速化，因此，有必要引入傳感器度，以1pm或行顯示。業(yè)技能得到進(jìn)一步提高時(shí)鍛煉的知識(shí)。另外，無(wú)，都需要踏實(shí)的態(tài)度作將，也認(rèn)的作風(fēng)，為將來(lái)。當(dāng)然，本次設(shè)面設(shè)計(jì)不夠人性化，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。另，可請(qǐng)各位老師指正。，作傲。致謝精，在殷老師的幫助完作。在大，殷老師也和，在此，我表的治最后，對(duì)各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評(píng)指正。參考文獻(xiàn)of of.2,Apr.2007鐘富昭單典型模塊與應(yīng)：人民郵電 出版，2007張靖武的S[M：電，2007：人孟慶濤[M：，26成1程序[M：消，2006]周潤(rùn)景基于S的電路及單片[M北空航天李光飛[M北京北，24杜坤梅[M：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，02基礎(chǔ)（修訂版：北，21陳光東原理與接口技術(shù)（版：，1999[M]：，1997義51/96列單片微型[M]：西安交通大學(xué)出版，1997J. AyalaMi

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---andAPPLICATIONS[M].NEWYORK:WESTPUBLISHINGCOMPANY,1991附錄A程序清單，偽定義：HDIANO 30H ，商電平延遲時(shí)間存 儲(chǔ)單元LDIANOEQU31HHDIANlEQU32H 低電平延遲時(shí)間存儲(chǔ) 單元LDIANlEQU33HCOTOEQUH 速度檔位（減速用）COTlEQU速度檔位加速用）WAYEQU36H DJOEQU6 機(jī)控制端ADJEQU7 機(jī)控制端BKlEQU.0 停止K2EQUPl.1，加速K3EQUPl.2，減速K4EQU.3 ，方向控制，主序和中斷序入G HXINTOINO，初始化程序MAIN:MOV SP,MOV WAY轉(zhuǎn)MOVCOTO,#5晝MOVCOTl,#5MOV,01MOVTHO,#8AHMOVTLO,#ODOHMOVHDIANO,#8AHMOVLDIANO,#ODOHMOVHDIANl,#8AHMOVLDIANl,#ODOHMOVIE,#83H開(kāi)外中斷及定時(shí)中斷CLRITO，電平觸發(fā)方式CLREXO禁止外中斷STAR:JNBNEXTl 等待動(dòng)SJMPSTARNEXTl:LCALLYAN_lMSJBKl,STARSETBEXO，開(kāi)外中斷SETBFOSETBTRO啟動(dòng)定時(shí)SJMP＄，等待中斷XINTO:CLRETO禁外中斷JBK4,Kll跳轉(zhuǎn)LCALLJBK4,KllMOVA,WAYJZK41正方向則跳轉(zhuǎn)MOVWAY,方向SJMPKllK41:K41:MOV#OlHKll:LCALLJBKl,K21LCALLJBKl,K21JNBFO,SSTOPO:CLRDJCLRFOCLRTROSJMPFANHUIl1STARl:SETBFOSETBTROSJMPFANHUI，啟停鍵未按則跳轉(zhuǎn)，消標(biāo)志位時(shí)1:3:

JBK2，加速鍵未按則跳轉(zhuǎn)JNB K2,JIASU 加速鍵按則跳到加速子程序JBK3,，減速鍵未按則跳轉(zhuǎn)JB K3,；抖動(dòng)IS: V,O ，存速度檔位（減速用A,JIANSUl 檔位判斷JIUl:JC JIANSU2 <10則繼續(xù)加速SJMPFANHUIIS2:C n，速度檔位（加速）IC O ，速度檔位（減速用）增1MOV A,LDIANO，商電平時(shí)間減少CLR CSUBBA,#200LDIAA,HDIANOSUBB A,#OOHMOV HDIACLR CMOV ALDIANl ，低電平時(shí)間培加A,#200MOV LDIANl,AMOV A,HDIANlA,#OOHMOV HDIANl,ASJMP FANHUIJIASU: MOV Acon 加速用）CJNEA,J氐Ul 檔位判斷JIASUl:JIASU2:JCSJMPDECINCJFANHUICOTOcon<10則繼續(xù)加速檔位為10則回度檔位（減速用）1度檔位（加速用增1MOVA,LDIANO電平時(shí)間培加ADDA,#200MOVLDIAMOVA,HDIANOADDCA,#OOHMOVHDIAMOVA,LDIANl低電平時(shí)間減少CLRCSUBBA,#200MOVLDIANl,AMOVA,HDIANlSUBBA,#OOHMOVHDIANl,AFANHUI:SETBETO，開(kāi)外中斷l(xiāng):RETI 回;PVIM控制程序!NO:CLREXO 外中斷MOVA,WAY ，存轉(zhuǎn)動(dòng)方式JZZHENGX a向FANX:SETBDJ MOVCDJO 狀態(tài)JCLDO 斷當(dāng)前脈沖是商還是低HDO:MOV一刻為高電平MOV,IOSETBDJOSJMPFANHUI2LDO:MOV一刻為低電平MOV,CLRDJOSJMPFANHUI2ZHENGX:SETBDJO ，正轉(zhuǎn)MOVCDJ ，存脈沖狀態(tài)JCHD:MOVLD 判斷當(dāng)前脈 沖是高還 是低TLO,LDIANO；下一時(shí)刻為高電平MOVTHO,HDIANOSETBDJSJMPLD:MOVFANHUI2LDI；下一時(shí)刻為低 電平MOV,CLRDJ2:SETBEXORETI延時(shí)程序MOV #2 ,l: MOVDLAY12:DJNZR6,DLAY12DJNZR7,DLAYllRETDLAY31:MOVMOVR6,R7,#6#250,3MSDLAY32:DJNZR6,DLAY32DJNZR7,DLAY31RETMOVR7,#20,6MS:MOVDJNZDJNZRETEND附錄B硬件原理圖廠 lC1:::!::?嘈＿ 勹塵勹塵-°1,x2，心'“3??＂工心.2r"·'"'A.2^'.，s...,＾'·.onx,, '”“，smU2附錄C仿真比較圖速度1檔時(shí)c;c. 心 2·IF已」心碰l 一一·一·· －—一 一1c;cll國(guó)紅件蛔 啤固虹棧試陜酗備江具立百口巳鄖媯ll 葡 云 日0|慫氐e|竺 |圭圭心％力心1謔|函國(guó)1婦歸I邑0 }千（予0 注（注1嘩陽(yáng)守匕已匕？

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