單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---直流風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速測量與pwm控制

1、<p>　　檢測與控制實(shí)訓(xùn)(論文)說明書</p><p>　　題 目： 直流風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速 </p><p>　　測量與PWM控制 </p><p>　　系 別： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械電子工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 高級講師 </p>

3、;<p>　　題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)</p><p>　　2011年 7 月 6 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題是對直流電機(jī)PWM調(diào)速器設(shè)計(jì)的研究，主要實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制。因此在設(shè)計(jì)中，對直流調(diào)速的原理，直流調(diào)速控制方式以

4、及調(diào)速特性，PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了全面的闡述。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，采用了AT89C51單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，在設(shè)計(jì)中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比從而改變電動機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個(gè)控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大的簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個(gè)系統(tǒng)的性能得到提高。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)；轉(zhuǎn)速測量；PWM控制</p

5、><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 直流電機(jī) 1</p><p>　　1.1 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)1</p><p>　　1.2 直流電機(jī)的工作原理1</p><p>　　1.3 直流電機(jī)的主要的技術(shù)參數(shù)1</p><p>　　1.4 直流電

6、機(jī)的調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)2</p><p>　　1.4.1 調(diào)速范圍2</p><p>　　1.4.2 調(diào)速的相對穩(wěn)定性和靜差度2</p><p>　　1.4.3 調(diào)速的平滑性2</p><p>　　1.4.4 調(diào)速時(shí)的容許輸出2</p><p>　　2 單片機(jī)的相關(guān)知識3</p><p&g

7、t;　　2.1 單片機(jī)的簡介3</p><p>　　2.2 單片機(jī)的發(fā)展史3</p><p>　　2.2.1 4位單片機(jī)3</p><p>　　2.2.2 8位單片機(jī)3</p><p>　　2.2.3 16位單片機(jī)3</p><p>　　2.2.4 32位單片機(jī)3</p><p>　

8、　2.2.5 64位單片機(jī)4</p><p>　　2.3 單片機(jī)的特點(diǎn)4</p><p>　　2.4 AT89C51單片機(jī)的簡介5</p><p>　　3 直流風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速測量與PWM控制的基本原理7</p><p><b>　　4 硬件設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　4.1 控

9、制電路的設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.2 隔離電路的設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.3 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.4 續(xù)流電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　5 軟件設(shè)計(jì)11</p><p>　　6 技術(shù)小結(jié)15</p><p><b>　　7 結(jié)論

10、16</b></p><p><b>　　謝辭17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　1 直流電機(jī)</b></p><p>　　1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　直流電機(jī)的結(jié)

11、構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。</p><p>　　1.2 直流電機(jī)的工作原理</p><

12、;p>　　直流電機(jī)模型如圖1.2所示，磁極N,S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面固定著線圈abcd。當(dāng)線圈流過電流的時(shí)候，線圈受到電磁力的作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受力方向也將改變，因此通過改變線圈電流的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。</p><p>　　圖1.2 直流電機(jī)模型</p><p>　　1.3 直流電機(jī)的主要的技術(shù)參數(shù)<

13、;/p><p>　　額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機(jī)的負(fù)載能力。</p><p>　　額定電壓Ue：長期運(yùn)行的最高電壓。</p><p>　　額定電流Ie：長期運(yùn)行的最大電流。</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速n：單位時(shí)間里面電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢。</p><p>　　勵(lì)磁電流If：施加到電極線圈上的電流。</p>

14、<p>　　1.4直流電機(jī)的調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1.4.1 調(diào)速范圍</p><p>　　調(diào)速范圍是指最低可控轉(zhuǎn)速到最高可控轉(zhuǎn)速的范圍，最低可控轉(zhuǎn)速對最高可控轉(zhuǎn)速的比值，叫電機(jī)的調(diào)速比。</p><p>　　1.4.2 調(diào)速的相對穩(wěn)定性和靜差度 </p><p>　　所謂相對穩(wěn)定性，是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩在給定的范圍里面變

15、化所引起的速度的變化，它決定于機(jī)械特性的斜率。</p><p>　　靜差度（又稱靜差率）是指當(dāng)電動機(jī)在一條機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載到滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速n0的比值。用百分?jǐn)?shù)表示，即 ，在一般的情況下，取額定轉(zhuǎn)矩下的速度落差，有</p><p>　　1.4.3 調(diào)速的平滑性</p><p>　　調(diào)速的平滑性是在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，相鄰兩極速度變化的程度，

16、用平滑系數(shù)表示，即</p><p>　　式中和相鄰兩極，即i級與i-1級的速度。</p><p>　　1.4.4 調(diào)速時(shí)的容許輸出</p><p>　　調(diào)速時(shí)的容許輸出是指電動機(jī)在得到充分利用的情況下，在調(diào)速的過程中軸能夠輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　2 單片機(jī)的相關(guān)知識</p><p><b>

17、　　2.1單片機(jī)的簡介</b></p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 單片

18、機(jī)的發(fā)展史</p><p>　　2.2.1 4位單片機(jī)</p><p>　　1975年，美國德克薩斯公司首次推出4位單片機(jī)TMS-1000，此后各個(gè)計(jì)算機(jī)公司競相推出4位單片機(jī)。日本松下公司的MN1400系列。美國洛克威爾公司的PPS/1系列等。4位單片機(jī)的主要的應(yīng)用的領(lǐng)域有：PC機(jī)的輸入裝置。電池的充電器，運(yùn)動器材，帶液晶顯示器的音/視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，

19、鐘表，計(jì)算器，多功能電話等。</p><p>　　2.2.2 8位單片機(jī)</p><p>　　1972年，美國Intel公司首先推出8位微處理器8008，并與1976年9月率先推出MCS-48系列單片機(jī)。在這以后，8位單片機(jī)紛紛面世。例如莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的3870系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的6801系列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的8位單片機(jī)相繼問世，例如1978年摩托

20、羅拉公司的MC6801。這類單片機(jī)的尋址能力達(dá)到64KB，片內(nèi)ROM的容量達(dá)4-8KB，片內(nèi)除帶有并行I/O口，甚至還有A/D轉(zhuǎn)換器的功能。8位單片機(jī)由于性能強(qiáng)大，被廣泛用于自動化裝置，智能接口，過程控制等各領(lǐng)域。</p><p>　　2.2.3 16位單片機(jī)</p><p>　　1983年以后，集成電路的集成度可達(dá)幾十萬只管/片，各系列16位單片機(jī)紛紛面世，這一階段的代表產(chǎn)品有1983年

21、Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司推出了80C96 ，美國半導(dǎo)體公司推出了HPC16040。16位單片機(jī)主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表等場合。</p><p>　　2.2.4 32位單片機(jī)</p><p>　　隨著高新技術(shù)智能機(jī)器人，激光打印機(jī)，圖像與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，復(fù)雜實(shí)時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，20世紀(jì)80年代末，推出了32位單片機(jī)，如摩托羅拉公司

22、的MC683XX系列。32位單片機(jī)是單片機(jī)的發(fā)展趨勢，隨著技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)成本的降低，將會和8位單片機(jī)并駕齊驅(qū)。</p><p>　　2.2.5 64位單片機(jī)</p><p>　　近年來，64位單片機(jī)在引擎控制，智能機(jī)器人，磁盤控制，算法密集的實(shí)時(shí)控制場所已有應(yīng)用。如英國的Inmos 公司的Transputer T800是高性能的64位單片機(jī)</p><p>　　2

23、.3 單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　?。?）高集成度，體積小，高可靠性 </p><p>　　單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。 </p><p>

24、<b>　　（2）控制功能強(qiáng) </b></p><p>　　為了滿足對對象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 </p><p>　?。?）低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品 </p><p>　　為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V～

25、3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。 </p><p><b>　　（4）易擴(kuò)展 </b></p><p>　　片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 </p><p>　?。?）優(yōu)異的性能價(jià)格比 </p><p>　　單片機(jī)的性能

26、極高。為了提高速度和運(yùn)行效率，單片機(jī)已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競爭更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。</p><p>　　2.4 AT89C51 單片機(jī)的簡介</p><p>　　89C51單片機(jī)如圖

27、2.1所示:</p><p><b>　　其主要特性有：</b></p><p>　　·與MCS-51 兼容</p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年</p><

28、p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·128*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p><p>　　·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　

29、3;5個(gè)中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 </p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p>

30、;<b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FI

31、ASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻

32、的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位

33、地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口</p><p>　　P3.0 RXD（串

34、行輸入口）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p

35、>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，

36、地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)A

37、LE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/

38、EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　振蕩器特性：</b></p><p>　　XTAL1

39、和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3 直流風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速測量與PWM控制的基本原理:</p><p>　　直流電機(jī)的工作原理為：直流電機(jī)的

40、磁極N,S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面固定著線圈abcd。當(dāng)線圈流過電流的時(shí)候，線圈受到電磁力的作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的受力方向也將改變，因此通過改變線圈電流的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向?？刂齐娐分饕蓡纹瑱C(jī)來控制，單片機(jī)發(fā)出的PWM脈沖來實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動的控制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案：</b></p><

41、p>　　程序應(yīng)用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要有初始化模塊、顯示模塊、讀鍵模塊、數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊、雙字節(jié)除法模塊、中斷模塊和控制調(diào)節(jié)模塊。編程次序可按此先后進(jìn)行。初始化模塊：8155工作方式、T0和T1工作方式、標(biāo)志位狀態(tài)、所用單元初值、中斷設(shè)置以及初始顯示等。顯示模塊：設(shè)定值和實(shí)測值的數(shù)值與字符動態(tài)顯示。讀鍵模塊：從I/O口依據(jù)某位數(shù)碼管亮?xí)r讀入小按鍵是否有效，然后根據(jù)四個(gè)小鍵盤的不同功能進(jìn)行相應(yīng)的處理，只要設(shè)定值一改變立刻顯示。加1鍵

42、和減1鍵要有連加連減功能。數(shù)制轉(zhuǎn)換模塊：將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。外部中斷模塊：將轉(zhuǎn)1圈的時(shí)間通過雙字節(jié)除法程序求出即時(shí)轉(zhuǎn)速。定時(shí)中斷模塊：PWM輸出波形形成?？刂普{(diào)節(jié)模塊：通過設(shè)定值和實(shí)測值的比較來改變脈沖波的占空比，該數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)分為簡單比例調(diào)節(jié)PP和比例積分調(diào)節(jié)PI。調(diào)節(jié)公式分別為：YK=YK1+KP*EKYK=YK1+KP*EK+KI*EK2YK：要輸出的數(shù)據(jù)YK1：上次輸出的數(shù)據(jù)EK：設(shè)定值和實(shí)測值的差值EK1：

43、上次的EK值EK2：EK-EK1的差值KP：比例系數(shù)（設(shè)KP=1~2）KI：積分系數(shù)（設(shè)KI=1~2）4 硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　對題目進(jìn)行深入的分析和思考，可以將整個(gè)模塊分為以下幾個(gè)部分：控制部分，隔離電路，驅(qū)動電路和負(fù)載的續(xù)流電路。系統(tǒng)的框圖如圖3.1所示。</p><p>　　4.1 控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制電路主要由單片機(jī)來控

44、制，編寫一段程序使單片機(jī)發(fā)出的PWM脈沖來實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動的控制。新一代的單片機(jī)增加了很多的功能，其中包括PWM功能。單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動的發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比的時(shí)候CPU才干預(yù)。系統(tǒng)方框圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　4.2 隔離電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　隔離電路主要作用是防止驅(qū)動電路中的

45、電流過大，與單片機(jī)直接相連是可能會燒毀單片機(jī)而加的保護(hù)性電路。</p><p>　　其電路圖如下圖4.2所示。其中1,2,3,4腳分別接單片機(jī)的P1.1 ,P1.2,P1.3，P1.4口。電阻起限流左右。電阻R1，R3，R5，R7阻值為470Ω，電阻R2，R4，R6，R8的電阻都為1KΩ。</p><p>　　圖4.2 隔離電路原理圖</p><p>　　其工作原理

46、如下：當(dāng)電機(jī)中的電壓正常時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，發(fā)光使光敏三極管導(dǎo)通，電路接通正常工作；當(dāng)電路中電壓很高時(shí)，發(fā)光二極管被擊穿，電路不導(dǎo)通，從而起到保護(hù)單片機(jī)的作用。</p><p>　　4.3 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　開關(guān)驅(qū)動是利用大功率晶體管的開關(guān)作用。將恒定的直流電源電壓轉(zhuǎn)換為一定的方波電壓加在電機(jī)電樞上，與線性方式不同，在這種驅(qū)動方式下，驅(qū)動器的功率管工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)器件導(dǎo)

47、通時(shí)，器件的電流很大但是壓降很小；器件關(guān)斷時(shí)，壓降很大但是電流很小。因此驅(qū)動器的功率消耗少，發(fā)熱量少，效率較高。</p><p>　　通過控制開關(guān)的頻率和脈寬，可以對電機(jī)的轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制。</p><p>　　我們在本次設(shè)計(jì)中采用的PWM脈沖調(diào)制方式正是一種開關(guān)驅(qū)動方式，是直流電機(jī)最重要也是最常見的驅(qū)動方式。</p><p>　　驅(qū)動電路是H橋電路，圖4.4為H橋驅(qū)動

48、電路的工作原理圖。同一側(cè)的晶體管不能同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)SW1和SW4導(dǎo)通，當(dāng)SW2和S3截止時(shí)，電路由正電流經(jīng)SW1,從電機(jī)的正極流入電機(jī)，電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)SW1和SW3或者SW2和SW4同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)候，電機(jī)處于制動狀態(tài)，電路中二極管注意是起續(xù)流保護(hù)作用。由于電機(jī)具有較大的感性，電流不能突變，若忽然將電流切斷將在功率管兩端產(chǎn)生巨大的電壓，損壞器件。</p><p>　　圖4.4 H橋驅(qū)動電路的工作原理圖</p&g

49、t;<p>　　L298需要2個(gè)電壓，一個(gè)為邏輯電路工作時(shí)所需要的5V電壓VCC，另一個(gè)為功率電路所需的驅(qū)動電壓VSS。驅(qū)動電路的輸入可直接與單片機(jī)的引腳相連，為了進(jìn)一步提高抗干擾能力我們還使用了光電耦合器件組成的隔離電路和控制電路和動力電路進(jìn)行電氣隔離。參見表3.1。我們來分析原理，使能端輸入使能?？刂戚斎攵薃端輸入PWM信號，控制輸入端B端輸入PWM的反相信號，在一個(gè)PWM周期里，電機(jī)的電樞承受雙極性的電壓，電機(jī)的速度

50、和方向均由PWM決定。</p><p>　　PWM占空比為50%時(shí)，對應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0 即電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，占空比為0%-50%的時(shí)候電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)-MAX-0，即電機(jī)反轉(zhuǎn)；占空比為50%-100%對應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0- +MAX即 電機(jī)正轉(zhuǎn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度由PWM脈沖的頻率決定。頻率高則速度快，即電機(jī)加速，頻率降低則是電機(jī)轉(zhuǎn)動速度減慢。即電機(jī)減速。</p><p>　　使能端輸入PWM信號控

51、制輸入端A端和控制輸入B端輸入控制電機(jī)狀態(tài)的信號，電機(jī)狀態(tài)參見表3.2 。</p><p>　　4.4 續(xù)流電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于電機(jī)具有較大的感性，電流不能突變，若忽然將電流切斷將在功率管兩端產(chǎn)生巨大的電壓，損壞器件。我們應(yīng)用二極管來續(xù)流，利用二極管的單向?qū)ㄐ?。二極管的選用必須要根據(jù)PWM的頻率和電機(jī)的電流來決定。二極管要有足夠迅速的恢復(fù)時(shí)間和足夠的電流承受能力。<

52、/p><p>　　電流如果突變易損壞功率管即L298芯片。為保護(hù)芯片而加上續(xù)流電路。</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次實(shí)訓(xùn)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)程序如下：</p><p>　　//********* 頭文件 ********************//#include<AT89x

53、51.h>//********* 定義變量 ******************//#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned long xs,sd=190,ds=0;uchar js=0,lj=0,zkb1,zkb2; static uchar click=0; uint bitdisplay=0,gw=0,sw=0,bw=0,qw

54、=0,gw2=0,sw2=0,bw2=0,qw2=0;//********* 數(shù)碼管代碼表 **************//unsigned char Tab[]={0xFC,0x60,0xDA,0xF2,0x66,0xB6,0xBE,0xE0, 0xFE,0xF6,0x00};//********* 按鍵延時(shí)程序 **************//void ys(int x){

55、 int aaa,</p><p>　　（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程： 本設(shè)計(jì)是基于SCT89C51單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，經(jīng)過對系統(tǒng)通過功能設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)以及調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)了其基本功能。</p><p>　?。?）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能： ①按鍵設(shè)定并顯示轉(zhuǎn)速和PID控制參量，按鍵控制電機(jī)起停； ②實(shí)時(shí)顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速； ③PWM轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。 </p><p>　　

56、（3）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定簡潔的方法： 在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候，由于考慮到硬件在顯示上的穩(wěn)定、按鍵掃描的正確判斷，所以在其中用到了兩個(gè)定時(shí)器的中斷：定時(shí)器0對電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)中斷和按鍵掃描周期控制，定時(shí)器1對占空比調(diào)節(jié)控制，外部中斷的引入，直接對霍爾傳感器采集脈沖輸入計(jì)數(shù)。 </p><p>　　（4）系統(tǒng)發(fā)展趨勢： 由于時(shí)間和個(gè)人能力問題，該設(shè)計(jì)還不夠完美，比如在控制轉(zhuǎn)速精度上還需要進(jìn)一步地完善，還可以加入PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的

57、通訊，將轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實(shí)時(shí)測定值發(fā)送到PC機(jī)上顯示等。</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　該實(shí)訓(xùn)為設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中深刻體會到，只有按照規(guī)劃步驟一步一步地完成設(shè)計(jì)才會事半功倍，否則就像一團(tuán)亂麻一樣不知所措，要認(rèn)真審題，看清題目的要求，然后根據(jù)要求找相關(guān)資料，找到相關(guān)知識，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材，找到合適的方案

58、，根據(jù)方案找到需要的元器件及相應(yīng)的工具，再根據(jù)設(shè)計(jì)的要求及相應(yīng)的芯片功能畫圖系統(tǒng)的電路原理圖和流程圖，再寫出相應(yīng)的程序，最后結(jié)合硬件電路對所寫程序進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到最后所預(yù)期的結(jié)果。</p><p>　　在根據(jù)實(shí)際情況寫程序時(shí)，還要考慮到程序如何更穩(wěn)定，比如在程序中消抖的子程序應(yīng)用，就是為了達(dá)到這個(gè)目的。在寫程序時(shí)也要值得注意的是，定義變量時(shí)，要用于之相關(guān)的字符代替，以達(dá)到易懂，鮮明的作用，有必要時(shí)要對一些程序或語句

59、加以標(biāo)注等，都是對讀程序或修改程序有幫助的。總之在這次單片機(jī)實(shí)訓(xùn)中受益匪淺，從頭到尾親身體會了一個(gè)基本單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程以及一些基本常見的元器件在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在本次實(shí)訓(xùn)的過程中，許多老師，同學(xué)都給我提供了無私的幫助，尤其是zz老師給予我悉心的指導(dǎo)和幫助，在碰到難以解決的問

60、題時(shí)，還不斷地教給我分析問題和解決問題的方法，并指出了正確的設(shè)計(jì)方向，給了我很多設(shè)計(jì)上的啟發(fā)，使我在實(shí)訓(xùn)過程中少走很多彎路。在此向老師和同學(xué)表示深深的感謝。 </p><p>　　在此次論文結(jié)束之際，再次向曾幫助我的指導(dǎo)老師xx老師和對我的作品提出建設(shè)性意見的同學(xué)表示由衷感謝，沒有你們的幫助我是很難順利完成這次單片機(jī)實(shí)訓(xùn)的，謝謝你們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

61、/b></p><p>　　[1] 梅麗鳳.王艷秋，汪毓鐸，任國臣.單片機(jī)原理及接口技術(shù).清華大學(xué)出版社；2002</p><p>　　[2] 何立明.單片機(jī)中級教程[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社；2002</p><p>　　[3] 鄒久朋.80C51單片機(jī)實(shí)用技術(shù).［M］北京航天航空大學(xué)出版社；2007</p><p>　　[