畢業(yè)設(shè)計--基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要研究了MCS-51系列單片機控制PWM信號從而實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行控制的方法。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)，并且對PWM信號的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細的闡述。</p><p>　　此外，本文中還采用了芯

2、片IR2110作為直流電機正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊，并且把它與延時電路相結(jié)合完成了在主電路中對直流電機的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了速度傳感器對直流電機的轉(zhuǎn)速進行測量，經(jīng)過濾波電路后，將測量值送到A/D轉(zhuǎn)換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機進行PID控制運算，從而實現(xiàn)了對直流電機速度的控制。在軟件方面，文章中詳細介紹了PI運算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： PWM

3、信號，速度傳感器，PID控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D

4、.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of

5、rotation of D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sen</p><p>　　Key words: PWM signal，tachogenerator，PI calculati

6、on</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄III</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</

7、b></p><p>　　1.1 開發(fā)背景1</p><p>　　1.2 選題的目的和意義1</p><p>　　1.3 調(diào)速方法2</p><p>　　1.4 總體設(shè)計思路4</p><p>　　第二章 總體硬件電路設(shè)計5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖5&l

8、t;/p><p>　　2.2 8051擴展電路設(shè)計5</p><p>　　2.2.1 8051單片機簡介5</p><p>　　2.2.2 單片機系統(tǒng)中所用其他芯片選型7</p><p>　　2.2.3 8051單片機擴展電路及分析10</p><p>　　2.3 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計11</p>

9、<p>　　2.3.1 PWM的基本原理11</p><p>　　2.3.2 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理12</p><p>　　2.3.3 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計及分析14</p><p>　　2.4 主電路設(shè)計15</p><p>　　2.4.1 芯片IR2110性能及特點15</p><p

10、>　　2.4.2 IR2110的引腳圖以及功能16</p><p>　　2.4.3 延時保護電路16</p><p>　　2.4.4 主電路及分析16</p><p>　　2.5 電源電路設(shè)計18</p><p>　　2.6 鍵盤輸入電路20</p><p>　　2.7 顯示電路22</p>

11、;<p>　　2.7.1 LCD介紹22</p><p>　　2.7.2 TS1620引腳與功能23</p><p>　　2.8 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計24</p><p>　　2.8.1 PC817光電耦合器24</p><p>　　2.8.2 閉環(huán)反饋電路及分析25</p><p>　　

12、2.8.3 TL431介紹26</p><p>　　2.9 系統(tǒng)總體電路設(shè)計27</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計28</p><p>　　3.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計算28</p><p>　　3.2 主程序設(shè)計29</p><p>　　3.3 PI控制算法子程序設(shè)計30</p

13、><p>　　3.4 鍵盤輸入程序設(shè)計31</p><p>　　3.4.1 按鍵識別方法。31</p><p>　　3.4.2 按鍵方法程序框圖32</p><p>　　3.4.3 鍵盤功能處理33</p><p>　　3.5 LCD顯示程序設(shè)計34</p><p>　　3.6 PWM占空

14、比調(diào)節(jié)程序設(shè)計35</p><p>　　3.7 反饋電路程序設(shè)計36</p><p>　　第四章 系統(tǒng)其他相關(guān)技術(shù)38</p><p>　　4.1 抗干擾技術(shù)38</p><p>　　4.2軟件調(diào)試39</p><p>　　4.3系統(tǒng)仿真39</p><p><b>　　第

15、五章 結(jié)論40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　參考文獻42</b></p><p>　　附錄1 程序清單43</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><

16、;b>　　1.1 開發(fā)背景</b></p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設(shè)備，目前在直流電動機拖動系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動機供電的KZ—D拖動系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動一電動機的F—D系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。直

17、流電機調(diào)速基本原理是比較簡單的（相對于交流電機），只要改變電機的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。改變電壓的方法很多，最常見的一種PWM脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機的輸入占空比就可以控制電機的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。</p><p>　　PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進入上世紀80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電

18、力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。</p><p>　　1.2 選題的目的和意義</p><p>　　直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)

19、速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提

20、高工作效率。</p><p>　　傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運行可靠性及準確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。</p><p>　　目前，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，

21、特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。</p><p><b>　　1.3 調(diào)速方法</b></p><p>　　直流電動機的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式---電樞供電

22、電壓（V） </p><p>　　-----電樞電流（A）</p><p><b>　　---勵磁磁通（)</b></p><p>　　R ---電樞回路總電阻（）</p><p>　　----電勢系數(shù)，，p為電磁對數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導(dǎo)體數(shù)。</p><p>　　由式1可以看出，式中三

23、個參量都可以成為變量，只要改變其中一個參量，就可以改變電動機轉(zhuǎn)速，所以直流電動機有三種調(diào)速方法：</p><p>　　（1）改變電樞回路總電阻</p><p>　　（2）改變電樞供電電壓</p><p>　?。?）改變勵磁磁通。</p><p>　　本設(shè)計采用的是大功率半導(dǎo)體器件的直流電動機脈寬調(diào)速方法，其方法就是通過脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)整脈

24、沖的寬度來實現(xiàn)電壓大小的變化?！懊}沖寬了”指的是高電平時間長了，低電平時間短了，是通過改變電機電樞電壓接通時間和通電周期的比值（即占空比)來控制電機速度，這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation）簡稱PWM。即供電電壓是寬度可調(diào)的脈沖電壓，當脈沖最寬時，相當于直流電，功率最大，轉(zhuǎn)速最高。脈沖寬度減脈沖頻率并沒有變。脈寬調(diào)制并不是直接調(diào)整電機的速度，而是改變電機的功率或扭矩。扭矩大了，換向加快，轉(zhuǎn)速就提高了。

25、</p><p>　　調(diào)速原理如圖1所示。通過控制脈沖占空比來改變電機的電樞電壓。改變占空比的方法有3種：</p><p>　　（1）定寬調(diào)頻法，這種方法是保持不變，只改變，這樣周期（即頻率）也改變；</p><p>　?。?）調(diào)寬調(diào)頻法，保持不變，而改變，這樣也使周期（即頻率）改變；

26、 （3）定頻調(diào)寬法，這種方法是使周期（即頻率）不變，而同時改變和。</p><p>　　由于前二種方法是改變周期（或頻率），當控制頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，用的比較少，因此本系統(tǒng)用的是定頻調(diào)寬法。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加。電機斷電時，轉(zhuǎn)速逐漸減小。只有按一定規(guī)律，改變通電時間，即可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。</p><p><b>　　

27、圖1.1</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　1.4 總體設(shè)計思路</p><p>　　單片機直流電機調(diào)速簡介：單片機直流調(diào)速系統(tǒng)可實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固

28、定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。本系統(tǒng)以89C51單片機為核心，通過單片機控制，C語言編程實現(xiàn)對直流電機的平滑調(diào)速。</p><p>　　系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機調(diào)速系統(tǒng)以單片機系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機電樞上電壓的占空

29、比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實現(xiàn)對直流電動機的平滑調(diào)速，并通過單片機控制速度的變化。本文所研究的直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。</p><p>　　第二章 總體硬件電路設(shè)計

30、</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖</p><p>　　本系統(tǒng)采用鍵盤輸入，LCD顯示。89C51單片機控制輸出數(shù)據(jù)，由PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號，送到直流電機，直流電機通過測速電路，濾波電路，和A/D轉(zhuǎn)換電路交數(shù)據(jù)重新送回單片機，進行PI運算，從而實現(xiàn)對電機速度和轉(zhuǎn)向的控制，達到直流電機調(diào)速的目的。</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計圖&l

31、t;/p><p>　　2.2 8051擴展電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 8051單片機簡介</p><p>　　1．8051單片機的基本組成</p><p>　　8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其

32、基本組成如下圖所示：</p><p>　　圖2-2 8051基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2．CPU及部分部件的作用功能介紹如下</p><p>　　中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：8051芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH

33、。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個單元，簡稱內(nèi)部RAM。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲器：8051芯片內(nèi)部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部ROM。</p><p>　　定時器：8051片內(nèi)有2個16位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個中斷源，

34、即外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個和串行中斷1個。</p><p>　　3．8051單片機引腳圖</p><p>　　圖2-3 8051單片機引腳圖</p><p>　　2.2.2 單片機系統(tǒng)中所用其他芯片選型</p><p><b>　　地址鎖存器</b></p><p>　　地址鎖存器可以選擇

35、多種，有地址鎖存功能的器件有74LS373、8282、74LS273等，8282是地址鎖存器，功能與74LS373類似，但本系統(tǒng)選用74LS373作為地址鎖存器，考慮到其應(yīng)用的廣泛性以及具有良好的性價比，成為目前在單片機系統(tǒng)中應(yīng)該較廣泛的地址鎖存器。74LS373片內(nèi)是8個輸出帶三態(tài)門的D鎖存器。</p><p>　　當使能端呈高電平時，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實現(xiàn)鎖存。如果此時芯片的輸出控制

36、端為低，也即是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。其引腳圖如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 74L373引腳圖</p><p><b>　　2．程序存儲器</b></p><p>　　存儲器是單片機的又一個重要組成部分，其中程序存儲器是單片機中非常重要的存儲器，但由于其存儲空間不足，常常需要對單片機的存儲器空間

37、進行擴展，擴展程序存儲器常用芯片有EPROM（紫外線可擦除型），如2716（2KB）、2732（4KB）、2764（8KB）、27128（16KB）、27256（32KB）等，另外還有＋5V電擦除E2PROM，如2816（2KB）、2864（8KB）等等?？紤]到系統(tǒng)功能的可擴展性以及程序功能的擴展，本系統(tǒng)采用16KB的27128作為程序存儲器擴展芯片，在滿足系統(tǒng)要求的前提下還存有一定的擴展空間，是本系統(tǒng)最合適的程序存儲器擴展芯片。271

38、28的引腳圖如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 27128結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3．數(shù)據(jù)存儲器</b></p><p>　　8051單片機有128B RAM，當數(shù)據(jù)量超過128B也需要把數(shù)據(jù)存儲區(qū)進一步擴展。常用RAM芯片分靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)RAM有6116(2KB)、6264(8KB)等，動態(tài)DRAM2164(8K

39、B)等，另外還有集成IRAM和E2PROM。使用E2PROM作數(shù)據(jù)存儲器有斷電保護數(shù)據(jù)的優(yōu)點。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲器擴展常使用隨機存儲器芯片，用的較多的是Intel公司的6116容量為2KB和6264容量為8KB。本系統(tǒng)采用容量8KB的6264作為數(shù)據(jù)存儲器擴展芯片。其引腳圖如圖2-6所示：</p><p>　　圖2-6 6264引腳圖</p><p>　

40、　2.2.3 8051單片機擴展電路及分析</p><p>　　圖2-7 8051單片機擴展電路及分析</p><p><b>　　接線分析：</b></p><p>　　P0.7---P0.0：這8個引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是8051不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于

41、傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。第二種情況是8051帶片外存儲器，P0.7---P0.0在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　P2.7---P2.0：這組引腳的第一功能可以作為通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但是并不能像P0口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。

42、</p><p>　　P3.7---P3.0：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個引腳不盡相同。</p><p>　　VCC為+5V電源線，VSS為接地線。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲器時，8051CPU在P0.7---P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址

43、的同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7---P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，可以控制8051使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，那么允許使用片內(nèi)ROM；如果=0，那么允許使用片外ROM。</p><p>　　XTAL1和

44、XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便于8051片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C1、C2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的。</p><p>　　2.3 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計</p><p>　　2.3.1 PWM的

45、基本原理</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”

46、來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。如圖2-8所示：</p><p>　　圖2-8 PWM方波</p><p>　　設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T

47、是指占空比。</p><p>　　由上面的公式可見，當我們改變占空比D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。</p><p>　　2.3.2 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理</p><p><b>　　1．數(shù)據(jù)

48、比較器</b></p><p>　　具有數(shù)據(jù)比較功能的芯片有74LS6828，74LS6838等8位數(shù)值比較器，4位數(shù)值比較器4585等。本PWM發(fā)生電路通過兩片4位數(shù)值比較器4585就可實現(xiàn)PWM信號的產(chǎn)生，因此選用4585作為信號發(fā)生電路。芯片4585的引腳圖：</p><p><b>　　2．串行計數(shù)器 </b></p><p&g

49、t;　　系統(tǒng)PWM信號發(fā)生電路中還使用到一片串行計數(shù)器，有串行計數(shù)功能的芯片有4024、4040等，它們具有相同的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能，但4024是7位二進制串行計數(shù)器，而芯片4040是一個12位的二進制串行計數(shù)器，所有計數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計數(shù)器在時鐘下降沿進行計數(shù)。當CR為高電平時，它對計數(shù)器進行清零，由于在時鐘輸入端使用施密特觸發(fā)器，故對脈沖上升和下降時間沒有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。本系統(tǒng)使用4040作為串行計數(shù)器，芯片4

50、040的引腳圖如圖2-11所示：</p><p>　　2.3.3 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計及分析</p><p>　　圖2-11PWM信號發(fā)生電路</p><p>　　PWM波可以由具有PWM輸出的單片機通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來實現(xiàn)。當PWM波的頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用

51、中，當PWM波的頻率在18KHz左右時，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。</p><p>　　兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單片機的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號的占空比發(fā)生變化，從而進行調(diào)速控制。</p><

52、;p>　　12位串行計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接到單片機C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當計數(shù)值小于或者等于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當計數(shù)值大于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖剑@樣就在U2的（

53、A>B）端得到了PWM的信號，它的占空比為（255 -X / 255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號的占空比，從而進行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　　使用這個方法時，單片機只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM信號由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時也有利于單片機系統(tǒng)的正常工作。由于單片機上電復(fù)位時P1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與

54、P1端口相連，升速時P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時按一定規(guī)律增大。</p><p><b>　　2.4 主電路設(shè)計</b></p><p>　　功率放大驅(qū)動芯片有多種，其中較常用的芯片有IR2110和EXB841，但由于IR2110具有雙通道驅(qū)動特性，且電路簡單，使用方便，價格相對EXB841便宜，具有較高的性價比，且對于直流電機調(diào)速使用起來更加簡便，因此該驅(qū)

55、動電路采用了IR2110集成芯片，使得該集成電路具有較強的驅(qū)動能力和保護功能。</p><p>　　2.4.1 芯片IR2110性能及特點</p><p>　　IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨有的高壓集成電路以及無閂鎖CMOS技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場的，IR2110是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGB

56、T所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達到600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動電路相比，它在設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，使得MOSFET和IGBT的驅(qū)動電路設(shè)計大為簡化，而且它可以實現(xiàn)對MOSFET和IG

57、BT的最優(yōu)驅(qū)動，還具有快速完整的保護功能。與此同時，IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。</p><p>　　2.4.2 IR2110的引腳圖以及功能</p><p>　　IR2110將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動信號，可以驅(qū)動同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動能力強，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū)動電路中使用最多的驅(qū)動芯片

58、。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下所示：</p><p>　　圖2-12 IR2110引腳圖</p><p>　　2.4.3 延時保護電路</p><p>　　利用IR2110芯片的完善設(shè)計可以實現(xiàn)延時保護電路。</p><p>　　IR2110使它自身可對輸入的兩個通道信號之間產(chǎn)生合適的延時，保證了加到被驅(qū)動的逆變橋中同橋臂上的兩個功率MO

59、S器件的驅(qū)動信號之間有一互瑣時間間隔，因而防止了被驅(qū)動的逆變橋中兩個功率MOS器件同時導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險。</p><p>　　2.4.4 主電路及分析</p><p>　　從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個電路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)

60、通的。我們可以采取雙PWM信號來控制直流電機的正轉(zhuǎn)以及它的速度。</p><p>　　將IC1的HIN端與IC2的LIN端相連，而把IC1的LIN端與IC2的HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。</p><p>　　在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機上加正向的工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當IC1的LO為低電平

61、而HO為高電平的時候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此時IC2的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。</p><p>　　電源經(jīng)Q1至電動機的正極經(jīng)過整個直流電機后再通過Q4到達零電位，完成整個的回路。此時直流電機正轉(zhuǎn)。</p><p>　　在HI

62、N為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在直流電機上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：</p><p>　　當IC1的LO為高電平而HO為低電平的時候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過D1向C1充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準備。同理可知，IC2的HO為高電平而LO為低電平，Q3導(dǎo)通且Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，此時Vcc通過D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準備。&

63、lt;/p><p>　　電源經(jīng)Q3至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過Q2到達零電位，完成整個的回路。此時，直流電機反轉(zhuǎn)。</p><p>　　因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機械慣性的緣故，電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。</p><p>　　設(shè)PWM波的周期為T，HIN為高電平的時間為t1，這里忽略死區(qū)時間，那么LIN為高電平

64、的時間就為T-t1。HIN信號的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：</p><p>　　Vout= [ t1 - ( T - t1 ) ] V / T</p><p>　　= ( 2 t1 – T ) V / T</p><p>　　= ( 2D – 1 )V</p><p>　　定義負載電壓系數(shù)為λ，λ= Vou

65、t / V， 那么 λ= 2D – 1 ；當T為常數(shù)時，改變HIN為高電平的時間t1，也就改變了占空比D，從而達到了改變Vout的目的。D在0—1之間變化，因此λ在±1之間變化。如果我們聯(lián)系改變λ，那么便可以實現(xiàn)電機正向的無級調(diào)速。</p><p>　　當λ=0.5時，Vout=0，此時電機的轉(zhuǎn)速為0；</p><p>　　當0.5<λ<1時，Vout為正，電機正轉(zhuǎn)；

66、</p><p>　　當λ=1時，Vout=V，電機正轉(zhuǎn)全速運行。</p><p>　　圖2-13 系統(tǒng)主電路</p><p>　　2.5 電源電路設(shè)計</p><p>　　1、LM317外觀圖如圖2.11所示：</p><p>　　圖2.11 LM317外觀圖</p><p>　　2、 LM

67、317說明</p><p>　　LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如LM317HVH、W317L等。目前大家經(jīng)常用317穩(wěn)壓塊制作輸出電壓可變的穩(wěn)壓電源。 </p><p>　　穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。僅僅從公式本身看，R1、R2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸

68、出電壓計算公式，R1和R2的阻值是不能隨意設(shè)定的。 </p><p>　　首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V—37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo＝(1.25V—45V），所以R2/R1的比值范圍只能是0—28.6V。 </p><p>　　其次是317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也

69、有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。 </p><p><b>　　3、引腳識別</b></p>

70、<p>　　要解決317穩(wěn)壓塊最小穩(wěn)定工作電流的問題，可以通過設(shè)定R1和R2阻值的大小，而使317穩(wěn)壓塊空載時輸出的電流大于或等于其最小穩(wěn)定工作電流，從而保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。此時，只要保證Vo/（R1＋R2）≥1.5mA，就可以保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作。上式中的1.5mA為317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流。當然，只要能保證317穩(wěn)壓塊在空載時能夠穩(wěn)定地工作，Vo/（R1＋R2）的值也可以設(shè)定為

71、大于1.5mA的任意值。 </p><p>　　當然在317穩(wěn)壓塊的輸出端并聯(lián)泄流電阻R，也可以為317穩(wěn)壓塊提供最小穩(wěn)定工作電流。但是，由于并聯(lián)的泄流電阻不能隨輸出電壓的變化而變化，如果要保證317穩(wěn)壓塊在輸出電壓為1.25V時，其輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流，則在317穩(wěn)壓塊的輸出電壓為37V時，流過泄流電阻的電流就太大了，這樣不僅浪費了電能，而且增加了317穩(wěn)壓塊的負擔，不是一種妥當?shù)霓k法。 </p

72、><p>　　實際應(yīng)用電路圖如圖2.12所示，</p><p>　　圖2.12 電源電路</p><p>　　2.6 鍵盤輸入電路</p><p>　　本系統(tǒng)采用鍵盤，如圖2.13所示。</p><p>　　圖2-13為鍵盤電路</p><p>　　Key1——key9分別表示數(shù)字鍵1——9，key

73、10表示小數(shù)點。</p><p>　　本設(shè)計采用4×3鍵盤，低電平掃描，由鍵盤輸入的速度值將在LCD上顯示。鍵盤工作的原理是將共同點COM通過穩(wěn)壓電阻與電源VCC相連，在沒有按鍵被按下的時Y3、Y2、Y1、Y0端點都為高電平，送入X0、X1、X2的掃描信號中只有一個為低電平，其余2個為高電平，整個工作分為3個階段。</p><p>　　判斷key3、key2、key1、key0是

74、否有鍵按下，首先將110B信號送入X2、X1、X0，即X0為低電平，Y3、Y2、Y1、Y0的情況如下：</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key0被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key1被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1011，表示key2被按下</p><p&g

75、t;　　若Y3、Y2、Y1、Y0為0111，表示key3被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1111，表示沒有鍵被按下</p><p>　　2、判斷key7、key6、key5、key4是否有鍵按下，首先將101B信號送入X2、X1、X0，</p><p>　　即X1為低電平，Y3、Y2、Y1、Y0的情況如下：</p><p&g

76、t;　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key4被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key5被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1011，表示key6被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為0111，表示key7被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為111

77、1，表示沒有鍵被按下</p><p>　　3、判斷key10、key9、key8是否有鍵按下，將011B信號送入X2、X1、X0讀取Y3、Y2、Y1、Y0的情況：</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1110，表示key8被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1101，表示key9被按下</p><p>　　若Y3、

78、Y2、Y1、Y0為1011，表示key10被按下</p><p>　　若Y3、Y2、Y1、Y0為1111，表示沒有鍵被按下</p><p>　　當這3個階段執(zhí)行完后，又進入第一階段，繼續(xù)重復(fù)掃描。</p><p><b>　　2.7 顯示電路</b></p><p>　　2.7.1 LCD介紹</p>&l

79、t;p>　　液晶顯示模塊（LCM）由于其具有功耗低、無電磁輻射、壽命長、價格低、接口方便等一系列顯著優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用與各種儀表儀器、測量顯示裝置、計算機顯示終端等方面。其中，字符液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣式液晶顯示模塊。TS1620字符液晶顯示模塊以ST7066和ST7065為控制器，其接口信號功能和操作指令與HD44780控制器具有兼容性。字符液晶有81、162、202、402等20多種規(guī)格型號齊全的字符

80、液晶顯示模塊，均具有相同的引線功能和編程指令，與單片機的接口具有通用性。下圖為外觀機構(gòu)。</p><p>　　圖2-14 LCD液晶顯示</p><p>　　2.7.2 TS1620引腳與功能</p><p>　　TS1620的引腳與功能表下表所示。</p><p>　　圖2.15 顯示電路</p><p>　　2.

81、8 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計</p><p>　　2.8.1 PC817光電耦合器</p><p>　　在進行電流電壓采集和過壓保護是必須進行隔離，防止強電流干擾控制模塊。因為AD采集必須是模擬信號，所以在光耦選擇時本設(shè)計采用了線性光耦PC817.</p><p>　　當輸入端加電信號時，半導(dǎo)體二極管發(fā)出光線，照射在半導(dǎo)體光敏晶體管上，光敏晶體管接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)

82、生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號，不適合傳輸模擬信號。而PC817是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生互相對應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。PC817光電耦合器在電路中不但可以起到反饋作用還可以起到強電隔離作用。</p><p>　　2.8.2 閉環(huán)反

83、饋電路及分析</p><p>　　為了實現(xiàn)系統(tǒng)的過壓保護，本設(shè)計采用三端穩(wěn)壓TL431和PC817線性光耦構(gòu)成的過壓保護裝置。首先，對主電路中的直流電機任意兩端之間的電壓采集，然后通過TL431限壓，再通過線性光耦PC817把電壓反饋到AD0832實現(xiàn)電壓采集，采集完成后把采集到的數(shù)據(jù)送給MC51處理。其工作原理：當輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)分壓電阻R35得到的取樣電壓就與TL431中的基準電壓進行比較，在陰極上形成

84、誤差電壓，使光耦電流發(fā)生變化，這時候通過PC817隔離后級AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后給MC51處理，當主電路的電壓過大時，MC51就停止PWM輸出或改變PWM占空比從而達到過壓保護。具體電路圖如下：</p><p>　　2.8.3 TL431介紹</p><p>　　TL431的電路圖形符號和基本接線如圖所示：</p><p>　　圖2-16 TL431基本符號圖&l

85、t;/p><p>　　TL431相當于一只可調(diào)式穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來設(shè)定。其穩(wěn)壓原理為：當U0上升時，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF＞URF，比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，U0開始下降。反之，U0下降會導(dǎo)致UREF下降，從而UREF＜URF，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，VT截止UO上升。這樣循環(huán)下去，從動態(tài)平衡的角度來看，就迫使U0趨于穩(wěn)定，從而達到了穩(wěn)定的目的，并且UREF=URF。&

86、lt;/p><p>　　2.9 系統(tǒng)總體電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)電路經(jīng)過單片機控制的PWM信號產(chǎn)生電路送來的PWM信號，經(jīng)過功率放大電路，形成輸出電壓的波形圖如下圖如示：</p><p>　　直流電機調(diào)速系統(tǒng)總體電路設(shè)計由鍵盤輸入LCD顯示，單片機產(chǎn)生控制PWM信號發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號的數(shù)據(jù)，控制直流電機調(diào)速電路對電機進行調(diào)速。反饋電路實時監(jiān)測電機實際轉(zhuǎn)速。

87、如附錄2總體電路圖所示。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計</p><p>　　隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，利用軟件代替和簡化硬件，利用基本的硬件電路和軟件技術(shù)達到系統(tǒng)多功能集成和容易修改的要求。一個較為簡單的硬件電路，系統(tǒng)功能的主要實現(xiàn)是依靠軟件的設(shè)計來完成的。本系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計，將系統(tǒng)分為若干個模塊，分別實現(xiàn)各項功能，這樣在系統(tǒng)軟件的調(diào)試過程中，各個模塊的獨立調(diào)試有助于問

88、題的發(fā)現(xiàn)和解決，在一定程度上節(jié)約了程序的調(diào)試時間。</p><p>　　3.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計算</p><p>　　按照典型II型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)和電阻電容值關(guān)系如下:</p><p>　　Kn = Rn/ R0 Γn = Rn/ Cn Ton = 1/4 R0 * Con</p><p>

89、;　　參數(shù)求法： 電動機 P=10KW U=220V I=55A n=1000轉(zhuǎn)/分 電樞電阻R=0.5歐姆 取濾波電路中Ro=40千歐 Rn=470千歐 Cn=0.2uF Con=1uF 則：</p><p><b>　　Umax=220V</b></p><p>　　Umin=（220/0.9）*0.5=122V</p><p>

90、;　　Yi-1=0 W=1000轉(zhuǎn)/分</p><p>　　P=Kp=Rn/Ro=11.7</p><p>　　I=Kp*T/Ti=125</p><p><b>　　3.2 主程序設(shè)計</b></p><p>　　主程序主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤

91、差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比，進而控制電機的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖如圖所示。軟件由1個主程序、1個中斷子程序和1個PI控制算法子程序組成。主程序主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是由單片機P1口生數(shù)據(jù)送到PWM信號發(fā)生電路，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM發(fā)生電路改變波形的占空比進而控制電機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　主程序流程圖如圖3-19所示：</p><

92、p>　　3.3 PI控制算法子程序設(shè)計</p><p>　　圖3.3 PI算法流程圖</p><p>　　/*PI控制算法子程序*/</p><p>　　void PID_work()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　negsum=0;possum=0;</

93、p><p><b>　　if(BJ==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　possum+=k1;</p><p>　　temp[2]=temp[2]+temp[0];}</p><p><b>　　else</b><

94、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　negsum+=k1;</p><p>　　temp[2]=temp[2]-temp[0];</p><p><b>　　}</b></p><p>　　k3=temp[2]/10;</p><p&g

95、t;　　if(possum>negsum)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　k2=possum-negsum; //存儲結(jié)果</p><p><b>　　CY=0;</b></p><p>　　temp[1]=k3+k1; //誤差積累，</p>

96、<p><b>　　{</b></p><p>　　if(CY==1) //16位判斷。</p><p><b>　　UK=0xfe;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　UK=k1+k3; </p><p

97、><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　UK=1;</b></p><p><b>　　P3=UK;</b></p><p><b>　　}</b></p>

98、<p>　　3.4 鍵盤輸入程序設(shè)計</p><p>　　3.4.1 按鍵識別方法。</p><p><b>　　判斷是否有鍵按下。</b></p><p><b>　　延時去除按鍵抖動。</b></p><p>　　再判斷是否真的按下。</p><p>　　是

99、真的按下，則執(zhí)行按鍵處理程序。</p><p><b>　　等待按鍵釋放。</b></p><p>　　在第2步中一般在軟件上調(diào)用一個延時子程序來完成，實際也是一個For循環(huán)語句；在第5步中一般在軟件上是用一個While循環(huán)語句判斷等待按鍵發(fā)生變化而退出該循環(huán)。這兩步在主程序中執(zhí)行要消耗CPU很多時間，使得CPU的利用率不高。對于實時性要求比較高的情況不建議使用這種方

100、法解決按鍵問題。為了提高CPU利用率，可以采用硬件擴展鍵盤識別專用芯片來完成，但這樣會造成成本的上升以及CPU或?qū)Ｓ眯酒馁Y源浪費。</p><p>　　為了考慮提高CPU的效率和充分利用CPU的資源等因素，可將第2步和第5步的延時和等待過程用其他方式來代替。具體實現(xiàn)方法如下：</p><p>　　定義一個按鍵是否成功按下標志變量KeyCounter；等于1表示按下成功，等于0表示不成功。

101、</p><p>　　定義一個軟計數(shù)器加1的整型變量KeyCounter。</p><p>　　所有直接采用While循環(huán)語句或For循環(huán)語句的部分采用If語句代替。</p><p>　　按鍵識別過程的方法步驟如下：</p><p><b>　　判斷按鍵是否按下。</b></p><p>　　若按

102、下，則判斷KeyFlag標志是否為0。</p><p>　　若KeyFlag標志為0，則KeyCounter軟計數(shù)器加1。</p><p>　　判斷KeyCounter軟計數(shù)是否到一定的數(shù)值(這一過程實際上是按鍵去抖動處理)。</p><p>　　若KeyCounter計到一定數(shù)值上，則判斷按鍵是否真的按下。</p><p>　　若按鍵真的按

103、下，則置KeyFlag為1，表示按鍵按下成功。</p><p>　　開始進行按鍵對應(yīng)功能的處理過程。</p><p><b>　　判斷按鍵是否釋放。</b></p><p>　　若按鍵釋放，則清KeyFlag為0，同時清KeyCounter軟計數(shù)器為0。</p><p>　　3.4.2 按鍵方法程序框圖</p>

104、;<p>　　該按鍵識別過程的新方法程序框圖如圖3.6所示。在整個過程中沒有出現(xiàn)循環(huán)語句，從而使得主程序運行模塊的效率得提高，保證了CPU的實時性。</p><p>　　圖3.4按鍵識別方法程序框圖</p><p>　　本實例中，CPU對電機啟動、停止控制鍵（RUNSTOPKEY）、電機方向切換鍵（DIRKEY）和鍵盤按鍵（PWMKEY）的識別方法與4.3.4相同，只是在框圖

105、中的“按鍵功能處理”不同而已。</p><p>　　3.4.3 鍵盤功能處理</p><p>　　程序中改變PWM信號的占空比就可以改變電機的運轉(zhuǎn)速度，由ECCP模塊產(chǎn)生的周期是2ms，占空比可調(diào)的方波信號，通過設(shè)置ECCP模塊可以得到高電平可調(diào)的數(shù)值范圍在0-250之間，程序中定義MotorPWMData變量用來存儲該數(shù)值。將該變量參數(shù)傳給Motor_Control（）即可實現(xiàn)對電機速度

106、的控制。而鍵盤調(diào)節(jié)的是PWM信號的占空比，其數(shù)值變化范圍0-100之間，需要將0-100之間的占空比數(shù)值轉(zhuǎn)成0-250之間的數(shù)值。 </p><p>　　圖3.5 鍵盤功能處理框圖</p><p>　　3.5 LCD顯示程序設(shè)計</p><p>　　LCD顯示驅(qū)動單獨做成一個源程序文件和頭文件，可以方便以后其他模塊或其他應(yīng)用程序的

107、調(diào)用。在LCD顯示驅(qū)動模塊中主要是LCD初始化函數(shù)LCD_Initize()、寫LCD命令函數(shù)Write_LCD_Command()、寫LCD數(shù)據(jù)函數(shù)Write_LCD_Data()和LCD字符的顯示函數(shù)LCD_Dispstr()。</p><p>　　1 LCD初始化函數(shù)</p><p>　　LCD模塊在系統(tǒng)上點必須進行初始化，主要包括對接口數(shù)據(jù)的總線長度、顯示行數(shù)、字體類型和光標的模

108、式控制等。整個初始化過程如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 LCD初始化框圖</p><p>　　3.6 PWM占空比調(diào)節(jié)程序設(shè)計</p><p>　　通過軟硬件結(jié)合方式，有效的實現(xiàn)PWM信號的發(fā)生與調(diào)節(jié)，其程序框圖如下：</p><p>　　3.7 反饋電路程序設(shè)計</p><p>　　反饋電路將電機

109、的實際轉(zhuǎn)速進行實時反饋，提高了電機的控制精度，程序優(yōu)化了硬件電路，實現(xiàn)其實時可調(diào)性</p><p>　　圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　圖3.5 PI反饋程序流程圖</p><p>　　第四章 系統(tǒng)其他相關(guān)技術(shù)</p><p><b>　　4.1 抗干擾技術(shù)</b></p><p>

110、;　　針對直流電機運行環(huán)境惡劣、干擾嚴重的特點，從系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等多方面進行抗干擾的綜合考慮，并利用多種軟件和硬件技術(shù)來提高和改善系統(tǒng)的抗干擾能力，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。</p><p>　　干擾現(xiàn)象是電路調(diào)試和設(shè)計時必須考慮和重點解決的問題。不同電路其干擾源千差萬別，干擾傳播途徑也多種多樣，干擾現(xiàn)象也各不相同，但它們?nèi)杂泄残浴?lt;/p><p>　　本系統(tǒng)在設(shè)計和調(diào)試

111、中就考慮了這些共性因素，并結(jié)合本系統(tǒng)具體工作環(huán)境和各部分功能電路，采取了必要的抗干擾措施，取得了較理想的效果。</p><p>　　本系統(tǒng)電路的干擾來源主要來自系統(tǒng)內(nèi)部，即電源電路干擾、地線干擾、數(shù)字電路對模擬電路造成的干擾。電源干擾和地線干擾是所有電路設(shè)計都必須考慮的因素，本文也不例外，當然必須考慮。合理選擇良好的電源和地線連接方式是電路可靠工作的重要保證，許多干擾源都是通過電源和地線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲

112、干擾最大。</p><p>　　因為本文電路既包括模擬電路也包括數(shù)字電路，而數(shù)字電路運行時輸入和輸出信號均只有兩種狀態(tài)，即高電平和低電平，且這兩種電平的翻轉(zhuǎn)速度很快，同時，由于數(shù)字電路基本上以導(dǎo)通或截至方式運行，工作速率比較高，故會對電路產(chǎn)生高頻浪涌電流，可能會導(dǎo)致電路工作不正常;而數(shù)字電路的輸入輸出波形邊沿很陡，含有極豐富的頻率分量，這對模擬電路來說，無疑是一個高頻干擾源。為了消除以上可能出現(xiàn)的干擾，本系統(tǒng)在設(shè)

113、計和調(diào)試過程中反復(fù)嘗試比較，最終采取如下措施，消除了系統(tǒng)干擾。</p><p>　　(l)合理布置電源濾波、退藕電容。</p><p>　　(2)將數(shù)字電路與模擬電路分開。</p><p>　　(3)合理設(shè)計地線。 </p><p>　　(4)盡量加粗接地線和電源線。</p><p><b>　　4.2軟件調(diào)

114、試</b></p><p>　　在程序編寫的過程中，出現(xiàn)了很多問題，包括鍵盤掃描處理、PWM信號發(fā)生電路的控制、以及單片機控制直流電機的轉(zhuǎn)動方向等問題，雖然問題不是很大，但是也讓我研究了好長時間，在解決這些問題的時候，我不斷向老師和同學請教，希望能通過大家一塊的努力把軟件編寫的更完整，讓系統(tǒng)的功能更完備。經(jīng)過多天的努力探索，也經(jīng)過老師的指導(dǎo)，大部分問題都已經(jīng)解決，就是程序還是不能實現(xiàn)應(yīng)該實現(xiàn)的功能，這