課程設計--基于at89c52的pwm直流電機調(diào)速系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　1 設計工作分析3</p><p>　　1.1 國內(nèi)外發(fā)展概況3</p><p>　　1.2 本文的主要工作4</p><p>　　2 直流調(diào)速系統(tǒng)概

2、述4</p><p>　　2.1直流電機的工作原理5</p><p>　　2.2直流電機的調(diào)速方法6</p><p>　　2.3 H橋電機驅(qū)動的概述9</p><p>　　3 系統(tǒng)的硬件設計10</p><p>　　3.1系統(tǒng)設計方案論證10</p><p>　　3.2系統(tǒng)硬件電路設

3、計11</p><p>　　3.3系統(tǒng)各模塊設計12</p><p>　　3.3.1 時鐘電路12</p><p>　　3.3.2 復位電路13</p><p>　　3.3.3 穩(wěn)壓電源電路14</p><p>　　3.3.4信號輸入電路15</p><p>　　3.3.4電機PWM

4、驅(qū)動模塊的電路17</p><p>　　4 系統(tǒng)的軟件設計18</p><p>　　4.1 單片機選擇18</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設計分析19</p><p>　　5 單片機系統(tǒng)綜合調(diào)試22</p><p>　　5.1 PROTEUS設計與仿真平臺22</p><p>

5、　　5.2 PROTEUS設計與單片機傳統(tǒng)開發(fā)過程比較23</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果與分析24</p><p><b>　　6 結(jié)束語26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　附 錄28</b></

6、p><p>　　附錄A 程序清單28</p><p>　　附錄B設計任務分配36</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在如今的現(xiàn)實生活中，自動化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應用和發(fā)展，其中自動調(diào)速系統(tǒng)的應用則起著尤為重要的作用。雖然直流電機不如交流電機那樣結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造方便、容易維

7、護，但是它具有良好的起、制動性能，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)至今仍是自動調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式。現(xiàn)在電動機的控制從簡單走向復雜，并逐漸成熟成為主流。其應用領(lǐng)域極為廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達天線、火炮瞄準、慣性導航等的控制；工業(yè)方面的數(shù)控機床、工業(yè)機器人、印刷機械等設備的控制；計算機外圍設備和辦公設備中的打印機、傳真機、復印機、掃描儀等的控制；音像設備和家用電器中的錄音機、數(shù)碼相機、洗衣機、空調(diào)等的控制。</p

8、><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需要用的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率較高；近年來，微型計算機技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計算機為主導的信息技

9、術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會的各個領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為趨勢。</p><p>　　關(guān)鍵詞:直流電機；調(diào)速；PWM;單片機</p><p><b>　　1 設計工作分析</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　電力電子技術(shù)、功率半導體器件的發(fā)展對電機控制技術(shù)的發(fā)展影

10、響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進的。近30年來，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動和改變著電機控制的面貌和應用。驅(qū)動電動機的控制方案有三種：工作在通斷兩個狀態(tài)的開關(guān)控制、相位控制和脈寬調(diào)制控制，在單向通用電動機的電子驅(qū)動電路中，主要的器件是晶閘管，后來是用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機控制市場。到70和80年代才先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTO晶閘管、GTR、POWER-MOSFET、IGBT和MCT等。利用這

11、種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子裝置的體積和重量。后來，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或PWM變流器所代替，明顯地擴大了電機控制的調(diào)運范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)。</p><p>　　直流電機脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation-簡稱PWM)調(diào)速系統(tǒng)

12、產(chǎn)生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動，例如自動跟蹤天文望遠鏡、自動記錄儀表等 。近十多年來，由于晶體管器件水平的提高及電路 技術(shù)的發(fā)展，同時又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機，它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展，并使電氣驅(qū)動技術(shù)推進到一個新的高度。 </p><p>　　在國外，PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應用。它以優(yōu)越的性能，滿足那些高速度、高精度隨動跟蹤系統(tǒng)的需求。近八、九年來，進一步擴散到民

13、用工業(yè)，特別是在機床行業(yè)、自動生產(chǎn)線及機器人等領(lǐng)域中廣泛應用。</p><p>　　如今，電子技術(shù)、計算機技術(shù)和電機控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢更為明顯，促進電機控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著。隨著市場的發(fā)展，客戶對電機驅(qū)動控制要求越來越高，希望它的功能更強、噪聲更低、控制算法更復雜，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時還要求馬達恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴格環(huán)境標準。進入21世紀后，可以預期新的更

14、高性能電力電子器件還會出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會不斷地改進提高。</p><p>　　1.2 本文的主要工作</p><p>　　本文設計的直流PWM調(diào)速系統(tǒng)采用的是調(diào)壓調(diào)速。系統(tǒng)主電路采用大功率GTR為開關(guān)器件、H橋單極式電路為功率放大電路的結(jié)構(gòu)。PWM調(diào)制部分是在單片機開發(fā)平臺之上，運用匯編語言編程控制。由定時器來產(chǎn)生寬度可調(diào)的矩形波。通過調(diào)節(jié)波形的寬度來控制H電路中的GTR通

15、斷時間，以達到調(diào)節(jié)電機速度的目的。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個PWM脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡化。</p><p>　　本設計以AT89C52單片機為核心，以鍵盤作為輸入達到控制直流電機的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。在設計中，采用了PWM技術(shù)對電機進行控制，通過對占空比的計算達到精確調(diào)速的目的。</p><p>　　本文介紹了直流電機的工作原理和數(shù)學模型、脈寬

16、調(diào)制（PWM）控制原理和H橋電路基本原理設計了驅(qū)動電路的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型，利用PROTEUS軟件對各個子電路及整體電路進行了仿真，確保設計的電路能夠滿足性能指標要求，并給出了仿真結(jié)果。</p><p>　　2 直流調(diào)速系統(tǒng)概述</p><p>　　調(diào)速方法通常有機械的、電氣的、液壓的、氣動的幾種，僅就機械與電氣調(diào)速方法而言，也可采用電氣與機械配合的方法來實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。電氣調(diào)速有許多優(yōu)點

17、，如可簡化機械變速機構(gòu)，提高傳動效率，操作簡單，易于獲得無極調(diào)速，便于實現(xiàn)遠距離控制和自動控制，因此在生產(chǎn)機械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。由于直流電動機具有極好的運動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機那樣結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、制造方便、 維護容易，但是長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。所以，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動調(diào)速系統(tǒng)的主要形 式。在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力

18、拖動的場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎。因此，我們先著重討論直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　2.1直流電機的工作原理</p><p>　　直流電動機，多年來一直用作基本的換能器。絕大多數(shù)的直流電動機都是由電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩而實現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動的。圖2-1為直流電機的物理模型圖，其中，固

19、定部分（定子）由磁鐵（稱為主磁極）和電刷組成；轉(zhuǎn)動部分（轉(zhuǎn)子）由環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組組成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和B兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向器和電刷與外電路接通。<

20、/p><p>　　圖2.1直流電機的物理模型圖</p><p>　　直流電動機的工作原理如圖2-2所示。給兩個電刷加上直流電源，如圖2-2(a)所示，有直流電流從電從電刷A流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷B流出，根據(jù)電磁力定律，載流導體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖2-2(b)所示的位置，電刷A和換向片2接觸

21、，電刷B和換向片1接觸，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷B流出。此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時，總是從電刷B流出的方向，這就保證了每個磁極下線圈邊中的電流始終是一個方向，這樣的

22、結(jié)構(gòu)，就可使電動機連續(xù)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2.2直流電機原理圖</p><p>　　2.2直流電機的調(diào)速方法</p><p>　　根據(jù)直流電機的基本原理，由感應電勢、電磁轉(zhuǎn)矩以及機械特性方程式可知，直流電動機的調(diào)速方法有三種： （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，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要

23、求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應，但是需要大容量可調(diào)直流電源。</p><p>　?。?）改變電動機主磁通。改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時間遇到的時間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所需電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻。在電動機電樞回路外串電阻進行

24、調(diào)速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能進行有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調(diào)速作用；還會在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。&l

25、t;/p><p>　　調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： （1）旋轉(zhuǎn)變流機組。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （2）靜止可控整流器（簡稱V-M系統(tǒng)）。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。 （3）直流斬波器（脈寬調(diào)制變換器）。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流</p>

26、<p>　　旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機容量相當?shù)男D(zhuǎn)電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術(shù)落后，因此擱置不用。<

27、;/p><p>　　V-M系統(tǒng)是當今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，可實現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設備。</p><p>　　圖2.3　晶閘管－電動

28、機調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)）</p><p>　　直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負載上，通過通、斷時間的變化來改變負載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流－直流變換器。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛應用于地鐵、電力機車、城市無軌電車以及電瓶搬運車等電力牽引設備的變速拖動中。 </p>

29、<p>　　圖2-4為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關(guān)器件。當開關(guān)VT接通時，電源電壓U。加到電動機上；當VT斷開時，直流電源與電動機斷開，電動機電樞端電壓為零。如此反復，得電樞端電壓波形如圖2.4（b）所示。</p><p>　　圖2.4 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （a）原理圖　?。╞）電壓波型</p><p>　　采用晶閘管的直流斬波器基本原理與

30、整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調(diào)速。</p><p>　　與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：</p>

31、<p>　?。?）由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流下，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。</p><p>　?。?）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。</p

32、><p>　?。?）由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。</p><p>　　脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。脈寬調(diào)速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動能力有限。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)</p><p>　　2.3 H橋電機驅(qū)動的概述</p>&l

33、t;p>　　采用PWM進行直流電機調(diào)速，其實就是把波形作用于電機驅(qū)動電路的使用端，因此有必要對電機驅(qū)動電路進行介紹。</p><p>　　圖2.5 H橋式電機驅(qū)動電路</p><p>　　上圖所示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋式驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（上圖及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖）。

34、電路中，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。</p><p>　　圖2.6 H橋式驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動</p><p>　　如上圖所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電

35、流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。</p><p>　　圖2.7 H橋式驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動</p><p>　　驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導通非常重要。如果三

36、極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)的硬件設計</b></p><p>　　在圖2.3所示的V-M系統(tǒng)中和圖2.4所示的PWM系統(tǒng)中，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動電路的控制電壓來改變功率變

37、換電路的輸出平均電壓，達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進行的，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)機械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。</p><p>　　3.1系統(tǒng)設計方案論證</p><p&

38、gt;　　3.1.1 電機調(diào)速控制模塊</p><p>　　方案一：采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。</p><p>　　方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)

39、點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。</p><p>　　方案三：采用由三極管組成的H型PWM電路。用單片機控制三極管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(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單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。</p><p&

40、gt;　　兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設計采用方案三。</p><p>　　3.1.2 PWM調(diào)速工作方式</p><p>　　方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機兩控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　方案二：單極性工作制。單極性工作

41、制是單片機控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　由于單極性工作制電壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波動也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。</p><p>　　3.1.3PWM調(diào)脈寬方式</p><p>　　調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)

42、寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　3.1.4 PWM軟件實現(xiàn)方式</p><p>　　方案一：采用定時器做為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。</p><p>　　方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，

43、特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。</p><p>　　3.2系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　硬件電路設計框圖如下圖所示，硬件電路結(jié)構(gòu)初步設想由以下6部分組成：時鐘電路、復位電路、單片機、驅(qū)動電路。驅(qū)動電路部分采用了以GTR為可控開關(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編語言編程控制，AT89C51芯片的定時器產(chǎn)生PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)波形的

44、寬度來控制H電路中的GTR通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機速度的控制。</p><p>　　根據(jù)硬件系統(tǒng)電路設計框圖，對各部分模塊的原理進行分析，編寫個子模塊程序，最終將其組合。</p><p>　　圖3.1硬件系統(tǒng)電路設計框圖</p><p>　　3.3系統(tǒng)各模塊設計</p><p>　　3.3.1 時鐘電路</p><p&g

45、t;　　單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為30pF左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會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，晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機的運行速度也越快。</p><p><b>　　圖

46、3.2時鐘電路</b></p><p>　　本設計采用頻率為12MHZ，微調(diào)電容C1和C2為30pF的內(nèi)部時鐘方式，電容為瓷片電容。判斷單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的方法，就是用萬用表測量單片機晶振引腳（18，19腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18腳對地電壓約為2.24V，19腳對地電壓約為2.09V。</p><p>　　3.3.2 復

47、位電路</p><p>　　復位是單片機的初始化操作，其主要作用是把PC初始化為0000H，使單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復位鍵以重新啟動。</p><p><b>　　圖3.3 復位電路</b></p><p>　　單片機的復位電路在剛

48、接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電解電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒），正因為這樣，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復位工作，這是單片機的上電復位，也叫初始化復位。當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作，這是手動復位原理。 該電路采用按鍵手動復位。按鍵手動復位為電平方式。對于懷疑是復位電路

49、故障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位的方法來判斷，單片機正常工作時第9腳對地電壓為零，可以用導線短時間和+5V連接一下，模擬一下上電復位，如果單片機能正常工作了，說明這個復位電路有問題，其中電平復位是通過RET端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的，當時鐘頻率適用于12MHZ時，C取100uF，R取10K，為保證可靠復位，在初識化程序中應安排一定的延遲時間。</p><p>　　3.3.3 穩(wěn)壓電源電路<

50、/p><p>　　電池放電時內(nèi)阻穩(wěn)定的增大，電壓則穩(wěn)定的減小， 而且接上大功率的負載時電壓會瞬時降低， 不能用于提供固定的電壓，對于各種IC芯片需要的穩(wěn)定電壓， 需要專門的穩(wěn)壓器件，或者穩(wěn)壓電路， 基本的穩(wěn)壓器有兩種：線性（LDO）和開關(guān)（DCDC）， 其中前者只能降壓使用，而前者還可以升壓使用而且效率很高。</p><p>　　控制芯片89C52的標準供電電壓是5V，可以選擇使用線性電壓調(diào)整

51、芯片穩(wěn)壓，如：</p><p>　　7805：最大輸出電流1.5A，內(nèi)部過熱保護，內(nèi)部短路電流限制，典型輸入電壓7～20V， 輸出電壓4.9~5.1V，靜態(tài)電流典型值4.2mA，壓差（輸出與輸入的差）至少2V。 </p><p>　　78L05（電流較?。鹤畲筝敵鲭娏?00mA，內(nèi)部過熱保護，典型輸入電壓7～20V， 輸出電壓4.75~5.25V，靜態(tài)電流典型值3mA。</p>

52、;<p>　　LM317（電壓可調(diào)）：輸出電流可達1.5A，輸出電壓1.2V~37V，內(nèi)部過熱保護等。 </p><p>　　選用7805，一方面簡單；另一方面比較常用且比較便宜。</p><p>　　LM78系列是美國國家半導體公司的固定輸出三端正穩(wěn)壓器集成電路。我國和世界各大集成電路生產(chǎn)商均有同類產(chǎn)品可供選用，是使用極為廣泛的一類串聯(lián)集成穩(wěn)壓器。內(nèi)置過熱保護電路，無需外部

53、器件，輸出晶體管安全范圍保護，內(nèi)置短路電流限制電路。對于濾波電容的選擇，需要注意整流管的壓降。</p><p>　　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， </p><p>　　a.整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓變換成脈動電壓。濾波電路一般由電容組成，其作是脈動電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。</p><

54、p>　　b.穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓受負載、輸入電壓和溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓。</p><p>　　圖3.4穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器LM7805正常工作時，輸入、輸出電壓差2～3V。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，C1一般為0.1~0.47μf。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改

55、善負載的瞬態(tài)響應，C2一般為1μF。使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。二極管IN4007用來卸掉C2上的儲存電能，防止反向擊穿LM7805。查相關(guān)資料該芯片的最大承受電流為0.1A，因此輸入端必須界限流電阻R1，R1=(12*0.9-5)/0.1=58Ω，取近似值，選用70Ω的電阻。</p><p><b>　　此電源的缺點: </b></p>&l

56、t;p>　　1.1 此電源是線性穩(wěn)壓電路，所有有其特有的內(nèi)部功率損耗大，全部壓降均轉(zhuǎn)換為熱量損失了，效率低.所以散熱問題要特別注意。 1.2 由于核心的元件7805的工作速度不太高，所以對于輸入電壓或者負載電流的急劇變化的響應慢。 電源的優(yōu)點: 2.1 電路簡單，穩(wěn)定，調(diào)試方便(幾乎不用調(diào)試)。 2.2 價格便宜，適合于對成本要求苛刻的產(chǎn)品。</p><p>　　2. 3 電路中幾

57、乎沒有產(chǎn)生高頻或者低頻輻射信號的元件，工作頻率低，易于控制。</p><p>　　3.3.4信號輸入電路</p><p>　　獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，需要較多

58、的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。</p><p>　　消除鍵抖動。一般按鍵在按下的時候有抖動的問題，即鍵的簧片在按下時會有輕微的彈跳，需經(jīng)過一個短暫的時間才會可靠地接觸。若在簧片抖動時進行掃描就可能得出不正確的結(jié)果。因此，在程序中要考慮防抖動的問題。最簡單的辦法是在檢測到有鍵按下時，等待（延遲）一段時間再進行“行掃描”，延遲時間為10～20ms。這可通過調(diào)用子程序來解決，當

59、系統(tǒng)中有顯示子程序時，調(diào)用幾次顯示子程序也能同時達到消除抖動的目的。</p><p>　　圖3.5控制輸入電路</p><p>　　本文采用查詢工作方式，即直接在主程序中插入鍵盤檢測子程序，主程序每執(zhí)行一次則鍵盤檢測子程序被執(zhí)行一次，對鍵盤進行檢測一次，如果把沒有鍵按下，則跳過鍵識別，直接執(zhí)行主程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識別按鍵，得到按鍵的編碼值，然后根據(jù)編碼值進行相應的處理

60、，處理完后再回到主程序執(zhí)行。</p><p>　　3.3.4電機PWM驅(qū)動模塊的電路</p><p>　　圖3.6 電機PWM驅(qū)動模塊的電路</p><p>　　本電路采用的是以大功率GTR為開關(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)。如圖2所示。圖中，四只GTR分為兩組，和為一組，和為另一組。同一組中的兩只GTR同時導通，同時關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是交替

61、的導通和關(guān)斷。</p><p>　　GTR是一種雙極性大功率高反壓晶體管，它大多用作功率開關(guān)使用，而且 GTR是一種具有自關(guān)斷能力的全控型電力半導體器件，這一特性可以使各類變流電路的控制更加方便和靈活，線路結(jié)構(gòu)大為簡化。</p><p>　　在電動機驅(qū)動信號方面，我們采用了占空比可調(diào)的周期矩形信號控制。脈沖頻率對電動機轉(zhuǎn)速有影響，脈沖頻率高連續(xù)性好，但帶帶負載能力差脈沖頻率低則反之。經(jīng)實驗

62、發(fā)現(xiàn)，脈沖頻率在40Hz以上，電動機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，但加負載后，速度下降明顯，低速時甚至會停轉(zhuǎn)；脈沖頻率在10Hz以下，電動機轉(zhuǎn)動有明顯跳動現(xiàn)象。實驗證明，脈沖頻率在15Hz-30Hz時效果最佳。而具體采用的頻率可根據(jù)個別電動機性能在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過P2.6輸入信號，P2.7輸入低電平與P2.6輸入低電平，P2.7輸入信號分別實現(xiàn)電動機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。通過對信號占空比的調(diào)整來對車速進行調(diào)節(jié)。速度微調(diào)方面，可以通過對占空比跨度逐增或逐減分別

63、實現(xiàn)對速度的逐加或逐減。</p><p>　　利用孤立元件搭建的H橋電路一個缺點就是擊穿， 即Q1和Q2同時導通，或者Q3和Q4同時導通。選擇使用芯片可減少這一狀況。常用的電機H橋驅(qū)動芯片有：TA7291S、NJU7382 、L297、L298。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)的軟件設計</b></p><p><b>　　4.

64、1 單片機選擇</b></p><p>　　20世紀80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的8位單片機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下：</p><p>　　美國Intel公司：MCS—51系列及其增強型系列</p><p>　　美國Motorola公司：6

65、801系列和6805系列</p><p>　　美國Atmel公司：89C51等單片機</p><p>　　美國Zilog公司：Z8系列及SUPER8</p><p>　　美國Fairchild公司：F8系列和3870系列</p><p>　　美國Rockwell公司：6500/1系列</p><p>　　美國TI（德克

66、薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列</p><p>　　NS（美國國家半導體）公司：NS8070系列 等等。</p><p>　　盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS—51系列單片機和美國Atmel公司的89C51單片機MCS—51系列單片機包括三個基本型8031、8051、8751</p><p>　　8031內(nèi)部包括一個8

67、位CPU、128個字節(jié)RAM，21個特殊功能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口、2個16位定時器/計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴EPROM芯片。比較麻煩，不予采用</p><p>　　8051是在8031的基礎上，片內(nèi)集成有4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機。所以8051適

68、合與應用在程序已定，且批量大的單片機產(chǎn)品中。也不予采用。</p><p>　　8751是在8031基礎上，增加了4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM中，可以反復修改程序。但其價格相對8031較貴。8031外擴一片4KB EPROM的就相當與8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。&l

69、t;/p><p>　　AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元。功能強大AT89C52單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用

70、于各種控制領(lǐng)域。此設計就采用AT89C52。</p><p>　　4.2系統(tǒng)軟件設計分析</p><p>　　在進行單片機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在控制系統(tǒng)設計中占重要地位。</p><p>　　鍵盤向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P3.6與P3.7其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應的PW

71、M脈沖，另一口輸出高電平，驅(qū)動H型橋式電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機所處速度級以速度檔級數(shù)表示。速度分100檔，快慢與電動機所處速度級快慢一一對應。</p><p>　　在程序中通過軟件產(chǎn)生PWM，送出預設占空比的PWM波形。PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一系列周期固定、占空比可調(diào)的脈沖系列，由于每個脈沖的高電平時間和低電平時間之和必須等于周期數(shù)，所以輸出電平的維持時間必須由定時器來控制。設PWM周

72、期為T，高電平時間為TH，低電平時間為TL，電壓為VCC，則輸出電壓的平均值為：UAV =VCC*TH/（TH+TL）=VCC*TH/T=aVCC，當VCC固定時，其電壓值取決于PWM波形的占空比a，而PWM的占空比由單片機軟件內(nèi)部用于控制PWM輸出的寄存器值決定。</p><p>　　通過對單片機定時器初始值的不同設置，來實現(xiàn)占空比PWM輸出控制。用定時器T0完成PWM輸出，電機的驅(qū)動脈沖頻率為16.6HZ，周

73、期1S。定時器計數(shù)初值為0EC8A H。計數(shù)初值X計算方法：</p><p>　　(65536－X) =0.01，轉(zhuǎn)換為十六進制：X=60536,考慮到處理每步程序都需要花費系統(tǒng)時間這里我取X=60554=0EC8AH</p><p>　　軟件主要由4部分組成：主程序、按鍵狀態(tài)掃描程序、按鍵功能處理程序定時、中斷程序。</p><p>　　4．2.1主程序流程<

74、;/p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4．2.2按鍵狀態(tài)掃描程序</p><p>　　采用循環(huán)掃描方式，按下鍵，，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。</p><p>　　圖4.2按鍵狀態(tài)掃描流程圖</p><p>　　4.2.3中斷程序流程圖</p><p><

75、b>　　圖4.3中斷流程圖</b></p><p>　　4.2.4調(diào)速檔、持續(xù)加/減速</p><p>　　調(diào)速檔通過（0-100）共101檔固定占空比，即相應檔位相應改變DIAN0，DIAN1的值，以實現(xiàn)調(diào)速檔位的實現(xiàn)。</p><p>　　4．2.5軟件設計的特點</p><p>　　對于電機的啟停，在PWM控制上使用漸

76、變的脈寬調(diào)整，即開啟后由停止勻加速到默認速度，停止則由于當前速度逐漸降至零。這樣有利于保護電機，如電機運用于小車上，在啟動上采用此方式也可加大啟動速度，防止打滑。對于運行時間的計算、顯示。配合傳感器技術(shù)可用于計算距離，速度等重要的運行數(shù)據(jù)。鍵盤處理上沒有采用中斷方式，必須使程序?qū)︽I盤反復掃描，程序效率不高。</p><p>　　5 單片機系統(tǒng)綜合調(diào)試</p><p>　　在工業(yè)自動控制

77、系統(tǒng)和各種智能產(chǎn)品中常常會用用電動機進行驅(qū)動、傳動和控制，而現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中，對電機的控制要求越來越精確和迅速，對環(huán)境的適應要求越來越高。隨著科技的發(fā)展，通過對電機的改造，出現(xiàn)了一些針對各種應用要求的電機，如伺服電機、步進電機、開關(guān)磁阻電機等非傳統(tǒng)電機。但是在一些對位置控制要求不高的電機控制系統(tǒng)如傳動控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電機如直流電機乃有很大的優(yōu)勢，而要對其進行精確而又迅速的控制，就需要復雜的控制系統(tǒng)。隨著微電子和計算機的發(fā)展，數(shù)字控制系

78、統(tǒng)應用越來越廣泛，數(shù)字控制系統(tǒng)有控制精確，硬件實現(xiàn)簡單，受環(huán)境影響小，功能復雜，系統(tǒng)修改簡單，有很好的人機交換界面等特點。</p><p>　　在電機控制系統(tǒng)開發(fā)中，常常需要消耗各種硬件資源，系統(tǒng)構(gòu)建時間長，而在調(diào)試時很難對硬件系統(tǒng)進行修改，從而延長開發(fā)周期。隨著計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，可用計算機對電機控制系統(tǒng)進行仿真，從而減小系統(tǒng)開發(fā)開支和周期。計算機仿真可分為整體仿真和實時仿真。整體仿真是對系統(tǒng)各個時間段

79、對各個對象進行計算和分析，從而對各個對象的變化情況有直觀的整體的了解，即能對系統(tǒng)進行精確的預測，如Matlab就是一個典型的實時仿真軟件。實時仿真是對時間點的動態(tài)仿真，即隨著時間的推移它能動態(tài)仿真出當時系統(tǒng)的狀態(tài)。Proteus是一個實時仿真軟件，用來仿真各種嵌入式系統(tǒng)。它能對各種微控制器進行仿真，本系統(tǒng)即用Proteus對直流電機控制系統(tǒng)進行仿真。</p><p>　　5.1 PROTEUS設計與仿真平臺<

80、;/p><p>　　Proteus軟件是Labcenter Electronics公司的一款電路設計與仿真軟件，是一個完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設計仿真平臺，包括ISIS、ARES等軟件模塊，ARES模塊主要用來完成PCB的設計，而ISIS模塊用來完成電路原理圖的布圖與仿真。Proteus的軟件仿真基于處理器虛擬系統(tǒng)仿真模型VSM，是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，它與其他軟件最大的不同也是最大的優(yōu)勢就在于它能仿真

81、大量的單片機芯片，比如MCS-51系列、AVR、PIC系列等常用的MCU，以及單片機外圍電路，比如LCD，RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，AD/DA等。通過Proteus軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個功能齊全、實用方便的單片機實驗室。</p><p>　　keilC51軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編、PLM語言和C語言的程序設計，界面友好，易學易用。</p

82、><p>　　本文中由于我們主要使用keilC51軟件編輯、調(diào)試程序，Proteus軟件仿真單片機。我們重點研究了Proteus的ISIS模塊用法，在下面的內(nèi)容中，如不特別說明，我們所說的Proteus軟件特指其ISIS模塊。ISIS直譯為智能原理圖輸入系統(tǒng)。從ISIS窗口各欄內(nèi)容可知：PROTEUS VSM所包括的內(nèi)容都已整合到ISIS中，所以，ISIS實際上是PROTEUS VSM的設計與仿真平臺。</p&

83、gt;<p><b>　　ISIS界面如下：</b></p><p>　　圖5.1 ISIS界面</p><p>　　5.2 PROTEUS設計與單片機傳統(tǒng)開發(fā)過程比較</p><p>　?。?、單片機系統(tǒng)的傳統(tǒng)開發(fā)過程</p><p>　?、艈纹瑱C系統(tǒng)原理圖設計、選擇元器件接插件、安裝和電氣檢測。（總稱硬件

84、設計）</p><p>　?、茊纹瑱C系統(tǒng)程序設計、匯編編譯、調(diào)試和編程。（總稱軟件設計）</p><p>　　⑶單片機系統(tǒng)實際運行、檢測、在線調(diào)試直至完成。（總稱單片機系統(tǒng)綜合調(diào)試）</p><p>　　Ｂ、單片機系統(tǒng)的現(xiàn)代開發(fā)過程</p><p>　　上述全部過程都可用PROTEUS來完成，其過程也可分為三步：</p><

85、;p>　?、旁贗SIS平臺上進行單片機系統(tǒng)原理圖設計、選擇元器件接插件、安裝和電氣檢測。簡稱為PROTEUS電路設計</p><p>　　⑵在KeilC平臺上進行單片機系統(tǒng)程序設計、匯編編譯、代碼級調(diào)試，最后生成目標級代碼文件（*.hex）。也可以使用ISIS進行調(diào)試。</p><p>　?、窃贗SIS平臺上將目標代碼文件加載到單片機系統(tǒng)中，并實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的實時交互、協(xié)同仿真。&l

86、t;/p><p>　　5.3 仿真結(jié)果與分析</p><p>　　啟動仿真后，初始狀態(tài)，H橋兩端均為高電平，電機停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖5.2 上電狀態(tài)</b></p><p>　　按下啟停按鈕。電機順時針方向轉(zhuǎn)動，Q4一端固定為低電平，Q6一端為變化的PWM信號，控制電機轉(zhuǎn)速。倘若此時按啟停按鈕，電機停止轉(zhuǎn)動

87、，回到圖5.2狀態(tài)。</p><p>　　圖5.3 啟動狀態(tài)（電機順時針轉(zhuǎn)動）</p><p>　　PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被

88、加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼 </p><p>　　PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。充分利用了現(xiàn)有的集成芯片的強大功能，省去了原

89、有的許多硬件電路，使整個PWM脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡化。</p><p><b>　　6 結(jié)束語</b></p><p>　　在兩個周的課程設計中，通過查閱相關(guān)資料了解了直流調(diào)速系統(tǒng)，加深了對直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)的認識，熟悉了單片機在控制系統(tǒng)中的運用。并且在所學知識的基礎上，利用已有的直流調(diào)速系統(tǒng)設計，嘗試了自己的一些研究。并且，使我將原來所學的知識系統(tǒng)化，理論

90、化，實用化。對如何使用已有知識及獲取相關(guān)資料方面的能力又有了提高。</p><p>　　本設計基本上達到了設計目的。實現(xiàn)通過單片機對直流電機的控制，通過合理的設備選型、參數(shù)設置和軟件設計，提高了直流電機調(diào)速運行的可靠性。</p><p>　　本設計在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動電路，解決了電機馬驅(qū)動的效率問題，在軟件上也采用較為合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及算法，提高了單片機的使用效率，且具

91、有一定的防飛能力。但該設計也有不足之處，主要是在關(guān)于速度的反饋上，首先，速度的變化范圍較小，其次無法提供較為直觀的速度表示方式，因此，有必要引入傳感器技術(shù)（比如紅外測速）對速度進行反饋，以rpm或rps表達當前的轉(zhuǎn)速進行顯示。</p><p>　　通過本次設計，我的知識領(lǐng)域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，同時鍛煉了自己獨立完成任務的能力，并掌握了很多軟件、硬件開發(fā)方面的知識。另外，我還認識到無論做什么工作

92、，都需要踏實，勤奮，嚴謹?shù)膽B(tài)度，這對我以后的工作將會產(chǎn)生深遠的影響。同時，也培養(yǎng)了自己認真的科學態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，為將來能更好的適應工作崗位打下了良好的基礎。</p><p>　　當然，本次設計還存在一些不足之處，例如：界面設計不夠人性化，不能實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能等。另外，由于實際條件的限制，本設計不能進行現(xiàn)場調(diào)試和試運行都是無法完成的。若以后條件允許，可以對以上設計進行進一步完善。當然，設計中肯定還有其他不足和

93、紕漏之處，請各位老師指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]QIAOFei.TimingImprovements of Conditiona1-Precharge Sense-Amplifier-Based Flip-Flop[J].Chinese Journal of Electronics Vo1．16.No．2,Apr．2

94、007</p><p>　　[2] 鐘富昭.8051單片機典型模塊設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2007</p><p>　　[3] 張靖武.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　[4] 楊恢先.單片機原理及應用[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　

95、[5] 孟慶濤.圖解電子控制電路[M].北京：人民郵電出版社，2006 </p><p>　　[6] 謝維成.單片機原理與應用及C51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2006</p><p>　　[7] 周潤景.基于PROTEUS 的電路及單片機系統(tǒng)設計與仿真[M].北京：北京航空航天出版社，2006</p><p>　　[8] 李光飛.單片機課程設計實例指導

96、[M].北京:北京航空航天出版社，2004</p><p>　　[9] 杜坤梅.電機控制技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2002 </p><p>　　[10] 李廣第.單片機基礎（修訂版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001</p><p>　　[11] 陳光東.單片微型計算機原理與接口技術(shù)（第二版）[M].武昌：華中科技大學出版社，1999&

97、lt;/p><p>　　[12] 何耀三.電氣傳動的微機控制[M].重慶：重慶大學出版社，1997 </p><p>　　[13] 薛鈞義.MCS-51/96系列單片微型計算機及其應用[M].西安：西安交通大學出版社，1997</p><p>　　[14] KENNETH J. Ayala.The 8051 Microcontroller---ARCHITECTURE,

98、PROGRAMMING, andAPPLICATIONS[M].NEW YORK:WEST PUBLISHING COMPANY,1991</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄A 程序清單</b></p><p>　　#include <reg52.h></p&g

99、t;<p>　　/*********************************************</p><p><b>　　* 定時器初值</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　#define T0HIGH0xe

100、c</p><p>　　#define T0LOWW0x8a</p><p>　　/*********************************************</p><p><b>　　*數(shù)據(jù)類型定義</b></p><p>　　************************************

101、*********/</p><p>　　typedef unsigned charu8;</p><p>　　typedef unsigned intu16;</p><p>　　typedef unsigned longu32;</p><p>　　typedef bitBOOL;</p><p>　

102、　/*********************************************</p><p><b>　　* 單片機管腳定義</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　sbit KEY_ON_PIN = P2^0;</p&

103、gt;<p>　　sbit KEY_INC_PIN = P2^1;</p><p>　　sbit KEY_DEC_PIN = P2^2;</p><p>　　sbit MOTO_LEFT = P3^6;</p><p>　　sbit MOTO_RIGHT = P3^7;</p><p>　　/******************

104、***************************</p><p><b>　　* 按鍵定義</b></p><p>　　*********************************************/</p><p>　　#define KEY_NULL0xff</p><p>　　#define

105、KEY_LONG_PERIOD25</p><p>　　#define KEY_CONTINUE_PERIOD20</p><p>　　#define KEY_DOWN0x80</p><p>　　#define KEY_CONTINUE0x40</p><p>　　#define KEY_UP0x20</p>

106、<p>　　#define KEY_STATE_INIT0</p><p>　　#define KEY_STATE_WOBBLE1</p><p>　　#define KEY_STATE_PRESS2</p><p>　　#define KEY_STATE_LONG3</p><p>　　#define KEY_STA

107、TE_CONTINUE4</p><p>　　#define KEY_STATE_RELEASE5</p><p>　　#define KEY_ON_VALUE1</p><p>　　#define KEY_INC_VALUE2</p><p>　　#define KEY_DEC_VALUE3</p><p

108、>　　#define KEY_ON(KEY_ON_VALUE | KEY_DOWN)</p><p>　　#define KEY_INC(KEY_INC_VALUE | KEY_DOWN)</p><p>　　#define KEY_INC_CON(KEY_INC_VALUE | KEY_CONTINUE)</p><p>　　#define KEY