直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速電路設(shè)計(jì)

1、直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速電路設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期： 信息與控制工程學(xué)院硬件課程設(shè)計(jì)說明書硬件課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速電路設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1. 掌握電子設(shè)計(jì)的一般方法，掌握用單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)的方法；2. 掌握直流電機(jī)的工作原理，掌握轉(zhuǎn)速測(cè)量的一般方法；3. 掌握C51程序的設(shè)計(jì)方法；三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1. 設(shè)計(jì)并制作一直流電機(jī)的測(cè)速調(diào)速電路，速度范圍在每秒1-20周；2. 通過鍵盤輸入速度給定值，實(shí)現(xiàn)按給定值跟蹤；3. 能夠用LED七段數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示速度；4. 實(shí)現(xiàn)在給定的速度范圍內(nèi)進(jìn)行速度調(diào)整；主要元器件：開關(guān)管、紅外對(duì)管、

2、51系列單片機(jī)、LED7段顯示、鍵盤、其它。四、指導(dǎo)教師評(píng)語及學(xué)生成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語:年 月 日成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字):- I -目 錄硬件課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I前 言1第1章 直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速電路概述21.1直流電機(jī)的調(diào)速原理21.2 PWM（脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulation）原理21.3直流電機(jī)調(diào)速的設(shè)計(jì)方案3第2章 硬件模塊設(shè)計(jì)42.1 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)42.1.1單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)42.1.2 89C51的最小系統(tǒng)52.2 LED顯示器接口原理62.2.1 LED發(fā)光原理及顯示器結(jié)構(gòu)62.2.2 LED顯示的設(shè)計(jì)62.3 鍵盤接口原理72.3.1 鍵盤概述72.3.2 鍵

3、盤輸入的特點(diǎn)72.3.3 鍵盤接口的工作原理82.3.4鍵盤的設(shè)計(jì)102.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)速電路設(shè)計(jì)112.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)112.4.2 電機(jī)測(cè)速電路設(shè)計(jì)122.5 直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速整體電路設(shè)計(jì)13第3章 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)143.1 電源的選擇143.2 線性穩(wěn)壓+5伏的電源設(shè)計(jì)14第4章 軟件設(shè)計(jì)154.1軟件開發(fā)環(huán)境154.2 C51語言簡(jiǎn)介主程序框圖154.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思想17第5章 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及測(cè)試出現(xiàn)的問題185.1干擾的來源185.2 系統(tǒng)電源的抗干擾設(shè)計(jì)18結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20附 錄21- 23 -前 言直流直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的電

4、力機(jī)械，直流電動(dòng)機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級(jí)調(diào)速特性。常應(yīng)用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的場(chǎng)合，如賓館高速電梯、龍門刨床、機(jī)車、大型精密機(jī)床和大型起重機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械中。本文系統(tǒng)介紹了利用輸入電壓的改變來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)調(diào)速的方法有很多，再這用改變輸入電壓的大小，來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。利用PWM脈沖信號(hào)的占空比決定輸出到直流電機(jī)的平均電壓的大小。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。本文闡述了利用硬件和軟件相結(jié)合的方法來進(jìn)行對(duì)電機(jī)的測(cè)速和調(diào)速,硬件方面以SST89E516型號(hào)的單片機(jī)為核心，與驅(qū)動(dòng)電路，測(cè)速電路，鍵盤和LED顯示模塊構(gòu)成最小系統(tǒng)。其中L

5、ED采用動(dòng)態(tài)顯示方式，鍵盤采用查詢方式實(shí)現(xiàn)。軟件上通過用C語言編程產(chǎn)生PWM信號(hào)的輸出，通過調(diào)節(jié)占空比,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)，鍵盤、LED顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。通過以上的設(shè)計(jì)，就實(shí)現(xiàn)了通過鍵盤輸入速度給定值，實(shí)現(xiàn)按給定值跟蹤，由LED顯示器顯示，最后再由單片機(jī)輸出PWM脈沖信號(hào)。通過測(cè)速電路把轉(zhuǎn)速反饋給MCU，并把轉(zhuǎn)速顯示在LED顯示器上。從而達(dá)到想要設(shè)定的轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，除了主要模塊以外，本文還介紹了電源的設(shè)計(jì)及可靠性及抗干擾的相關(guān)知識(shí)，意在使本方案得到最大程度的完善。誠(chéng)然，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在測(cè)試時(shí)有一定的誤差，本論文分析了誤差的來源并給出了今后改進(jìn)的方向，以期臻于至善

6、。第1章 直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速電路概述1.1直流電機(jī)的調(diào)速原理 根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)分為自勵(lì)和他 勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)機(jī)械特性曲線有所不 同。對(duì)于直流電機(jī)來說 ，人為機(jī)械特 性方程式為：（1）分析(1)式可得當(dāng)分別改變U和R時(shí)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速n，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)。當(dāng)改變勵(lì)磁電流I，可以改變磁通量的大小，從而達(dá)到變磁通調(diào)速的目的。但由于勵(lì)磁線圈發(fā)熱和電動(dòng)機(jī)磁飽和的限制，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流I和磁通量只能在低于 其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié) ，故只能弱磁調(diào)速。而對(duì)于調(diào)節(jié)電樞外加電阻R時(shí)，會(huì)使機(jī)械特性變軟，導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱。對(duì)于他勵(lì)直流電機(jī)來說，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，分析人為機(jī)械特性方

7、程式，得到人為特性曲線:圖1人為特性曲線:如圖1所示。理想空載轉(zhuǎn)速n隨電樞電壓升降而發(fā)生相應(yīng)的升降變化。不同電樞電壓的機(jī)械特性曲線相互平行，說明硬度不隨電樞電壓的變化而改變電機(jī)帶負(fù)載能力恒定。當(dāng)我們平滑調(diào)節(jié)他勵(lì)直流電機(jī)電樞兩端電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速。基于以上特性，改變電樞電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)速度調(diào)節(jié)的方法被廣泛采用。改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，如晶閘管供電速度控制系統(tǒng) 大功率晶體管速度控制系 、直流發(fā)電機(jī)供電速，度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。1.2 PWM（脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulation）原理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(fù)載兩

8、端的電壓，進(jìn)而達(dá)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，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。PWM的占空比決定輸出到直流電機(jī)的平均電壓.。就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時(shí)間比,一個(gè)20%占空比波形,會(huì)有20%的高電平時(shí)間和80%的低電平時(shí)間，而一個(gè)60%占空比的波形則具有60%的高電平時(shí)間和40%的低電平時(shí)間,占空比越大,高電平時(shí)間越長(zhǎng),則輸出的脈

9、沖幅度越高,即電壓越高.如果占空比為0%,那么高電平時(shí)間為0,則沒有電壓輸出.如果占空比為100%,那么輸出全部電壓.所以通過調(diào)節(jié)占空比,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無級(jí)連續(xù)調(diào)節(jié)。PWM信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法。文主要介紹利用單片機(jī)對(duì)PWM信號(hào)的軟件實(shí)現(xiàn)方法。MCS一51系列典型產(chǎn)品8051具有兩個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。通過控制定時(shí)器初值，從而可以實(shí)現(xiàn)從8051的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。由于PWM信號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，而不同單片機(jī)的定時(shí)器具有不同的特點(diǎn)，即使是同一臺(tái)單片機(jī)由于選用的晶振不同，選擇的定時(shí)器工作方式不同，

10、其定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也不同。因此，首先必須明確定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為f,定時(shí)器計(jì)數(shù)器為N則定時(shí)器初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系為T=(2n Tw)*N/(f*106) (2)式中， Tw定時(shí)器定時(shí)初值； N一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù)。 N隨著機(jī)型的不同而不同。在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的機(jī)型給出相應(yīng)的值。這樣，我們可以通過設(shè)定不同的定時(shí)初值從而改變占空比D，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。鍵盤模塊控制器模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊直流電機(jī)顯示模塊速度檢測(cè)模塊1.3直流電機(jī)調(diào)速的設(shè)計(jì)方案圖2系統(tǒng)方案框圖由上述系統(tǒng)框圖本次設(shè)計(jì)的總體方案是利用硬件和軟件相結(jié)合的方法來進(jìn)行對(duì)電機(jī)的測(cè)速和調(diào)速

11、,硬件方面以SST89E516型號(hào)的單片機(jī)為核心，與驅(qū)動(dòng)電路，測(cè)速電路，鍵盤和LED顯示模塊構(gòu)成最小系統(tǒng)。其中LED采用動(dòng)態(tài)顯示方式，鍵盤采用查詢方式實(shí)現(xiàn)。軟件上通過用C語言編程產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)的輸出，鍵盤、LED顯示器的數(shù)據(jù)傳輸。通過以上的設(shè)計(jì)，就實(shí)現(xiàn)了通過鍵盤輸入速度給定值，實(shí)現(xiàn)按給定值跟蹤，在LED顯示器顯示，最后再由單片機(jī)輸出PWM脈沖信號(hào)。通過測(cè)速電路把轉(zhuǎn)速反饋給CPU并且通過CPU把轉(zhuǎn)速顯示在LED顯示器上。與想要得到的轉(zhuǎn)速比較。從而達(dá)到想要設(shè)定的轉(zhuǎn)速。第2章 硬件模塊設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)2.1.1單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 所謂單片機(jī)，通俗的來講，就是把中央處理器CPU（Cen

12、tral Processing Unit），存儲(chǔ)器（memory），定時(shí)器，I/O（Input/Output）接口電路等一些計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)又稱為“微控制器MCU”。中文“單片機(jī)”的稱呼是由英文名稱“Single Chip Microcomputer”直接翻譯而來的。本次實(shí)習(xí)所用的SST89E516型號(hào)的單片機(jī)。MCS51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、

13、減、改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機(jī)。單片機(jī)引腳圖如下：圖2-1 89C51單片機(jī)管腳圖 引腳功能如下：l 、P0.0P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的3932號(hào)端子）。2 、P1.0P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的18號(hào)端子）。3、 P2.0P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的2128號(hào)端子）。4、 P3.0P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的1017號(hào)端子）。P0口有三個(gè)功能：1、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線。2、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線。3、不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的I/O使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1口只

14、做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 P2口有兩個(gè)功能：1、擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用2、做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； P3口有兩個(gè)功能：除了作為I/O使用外（其內(nèi)部有上拉電阻），還有一些特殊功能，由特殊寄存器來設(shè)置。 ALE/PROG 地址鎖存控制信號(hào)：在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)：在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片復(fù)位。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)

15、生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.1.2 89C51的最小系統(tǒng)89C51內(nèi)部有4KB閃爍存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。只要將單片機(jī)加上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可。但該最小系統(tǒng)只能處理數(shù)字量的輸入輸出，而一個(gè)單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)往往要對(duì)工業(yè)的各種非電量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的模擬電信號(hào)進(jìn)行采集。因此，一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再加上數(shù)字量輸出、D/A轉(zhuǎn)換器以及各種功率驅(qū)動(dòng)部件，就構(gòu)成了一個(gè)典型的單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的擴(kuò)展： 圖2-2最小系統(tǒng)的擴(kuò)展2.2 LED顯示器接口原理2.2.1 LED發(fā)光原理及顯示器結(jié)構(gòu)LED(Light Em

16、itting Diode)發(fā)光二極管，利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。LED顯示屏則是將文字、圖像、動(dòng)畫等各種靜態(tài)或動(dòng)態(tài)信息，在由LED器件陣列組成的顯示屏上進(jìn)行顯示。 常用的LED顯示器為8段，每一個(gè)段對(duì)應(yīng)1個(gè)發(fā)光二極管。這種顯示器有共陰和共陽極兩種，如圖所示圖2-3 LED顯示器結(jié)構(gòu)2.2.2 LED顯示的設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)采用三個(gè)共陽極LED7段數(shù)碼管、三個(gè)PNP三極管和7個(gè)2K電阻組成顯示電路。其中的7條段選線分別與單片機(jī)的P0.0P0.7引腳相連。PNP管相當(dāng)于LED管

17、開關(guān)通過寫在單片機(jī)中的程序來控制三個(gè)PNP管的e極，從而控制三極管的導(dǎo)通與閉合。對(duì)于三極管的位選控制是通過單片機(jī)的P2.5P2.7引腳來控制。在本次實(shí)習(xí)中所用的顯示方式為動(dòng)態(tài)顯示方式，既在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的段碼。這樣在同一時(shí)刻，3位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他2位則熄滅。下一時(shí)刻同樣只讓另一個(gè)位的信息顯示。如此循環(huán)，就可以使各位顯示出要的結(jié)果，所以在不同時(shí)刻顯示不同的字符，但是由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要間隔時(shí)間足夠短就可以造成多位同時(shí)亮的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。下圖為L(zhǎng)

18、ED數(shù)碼管顯示電路：圖2-4 LED顯示電路2.3 鍵盤接口原理2.3.1 鍵盤概述鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識(shí)別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對(duì)于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤：只簡(jiǎn)單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識(shí)別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡(jiǎn)單，但占用

19、CPU較多時(shí)間。有獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。2.3.2 鍵盤輸入的特點(diǎn) 1、鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合。通常，鍵盤開關(guān)利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。一個(gè)電壓信號(hào)通過鍵盤開關(guān)機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合而選通。圖2-5 鍵盤開關(guān) 2、如何消除按鍵的抖動(dòng)圖2-6 鍵盤抖動(dòng)示意圖 抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為5-10ms，這是一個(gè)很重要的參數(shù)。抖動(dòng)過程引起電平信號(hào)的波動(dòng)，有可能令CPU誤解為多次按鍵操作，從而引起誤處理。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。按鍵的消抖，通常有軟件，硬件兩種消除方法。 軟件消抖：如果按鍵較多，硬件消抖將無法勝任，常采用軟件消抖。

20、通常采用軟件延時(shí)的方法：在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動(dòng)的影響。2.3.3 鍵盤接口的工作原理 常用鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口。 1、獨(dú)立式鍵盤接口獨(dú)立式鍵盤就是各鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個(gè)按鍵被按下。如圖2-7 圖2-7獨(dú)立式鍵盤接口技術(shù) 因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。 優(yōu)點(diǎn)：電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：每個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/

21、O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。 因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。分為中斷方式和查詢方式。也可以用擴(kuò)展I/O口搭接獨(dú)立式按鍵接口電路，可采用8255擴(kuò)展I/O口，用三態(tài)緩沖器擴(kuò)展。這兩種配接方式，都是把按鍵當(dāng)作外部RAM某一工作單元的位來對(duì)待，通過讀片外RAM 的方法，識(shí)別按鍵的工作狀態(tài)。 上圖所示獨(dú)立式按鍵電路，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，是為了保證在按鍵斷開時(shí)，各I/O有確定的高電平。如輸入口線內(nèi)部已有上拉電阻，則外電路的上拉電阻可省去。 2、行列式鍵盤接口行列式（也稱矩陣式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。如圖2-8所示。一個(gè)44的

22、行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)16個(gè)按鍵的鍵盤。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場(chǎng)合，行列式鍵盤與獨(dú)立式鍵盤相比，要省很多的I/O口線。 圖2-8 行列式鍵盤結(jié)構(gòu) 矩陣按鍵部分由16個(gè)輕觸按鍵按照4行4列排列，將行線所接的單片機(jī)的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會(huì)被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下，介紹一種“行掃描法”。 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識(shí)別方法. 判斷鍵盤中有無鍵按下： 將全部行線置低電平，然后檢測(cè)

23、列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。 判斷閉合鍵所在的位置： 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進(jìn)入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測(cè)各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。2.3.4鍵盤的設(shè)計(jì)在圖2-9中，利用五個(gè)開關(guān)組成一個(gè)簡(jiǎn)易的鍵盤。其中的五條線分別與單片機(jī)的P2口的p2.0p2.4相連，另一端直接接地。通過對(duì)開關(guān)的控制來設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并

24、在LED數(shù)碼管中顯示。五個(gè)鍵盤的作用分別是啟動(dòng)、停止、移位、加、減當(dāng)有按鍵按下時(shí)與單片機(jī)相連的引角出現(xiàn)低電平，這樣單片機(jī)就能判斷是否有按鍵按下。當(dāng)按下啟動(dòng)鍵時(shí)電路開始工作，按下停止鍵時(shí)電路停止工作。通過對(duì)鍵盤移位、加、減操作來設(shè)定需要調(diào)的轉(zhuǎn)速，并在LED數(shù)碼管中顯示。圖2-9鍵盤簡(jiǎn)易電路2.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)速電路設(shè)計(jì)2.4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)下圖為驅(qū)動(dòng)電路的電路圖：圖2-10 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的I/O口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行。在這里驅(qū)動(dòng)的電路由一個(gè)光電耦合器，一個(gè)三極管構(gòu)成。光電耦合器是指用光來控制另一端

25、電路的動(dòng)作.由于沒有電流行成回路,所以兩端互不干擾。集成在里面的發(fā)光二極管一個(gè)電流使其發(fā)光,另一端的接收二極管收到光后會(huì)有一定的導(dǎo)通變化,這個(gè)導(dǎo)通程度就會(huì)形成電流信號(hào).從芯片P1.0接光電耦合器的一端，當(dāng)輸出低電平時(shí)光電耦合器導(dǎo)通，當(dāng)輸出為高電平時(shí)光電耦合器截止。光電耦合器主要起光隔離和抗干擾作用。三極管起的是放大作用。D1為續(xù)流二極管起保護(hù)電機(jī)的作用。 2.4.2 電機(jī)測(cè)速電路設(shè)計(jì) 由于條件限制，在這里用紅外對(duì)管測(cè)速，具體電路如下。 圖2-11 測(cè)速電路在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次采樣的速度與上次采樣的速度進(jìn)行比較，通過偏差進(jìn)行運(yùn)算，因此速度采集電路是整個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設(shè)計(jì)中應(yīng)用了比

26、較常見的光電測(cè)速方法來實(shí)現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一圓盤，且其邊緣上有N個(gè)等分凹槽如圖2-12（a）所示，在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光二極管，其位置對(duì)準(zhǔn)凹槽處，在另一側(cè)和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時(shí)，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電路如圖2-12（b）所示，從圖中可以得出電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈在P3.3的輸出端就會(huì)產(chǎn)生N個(gè)低電平。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計(jì)算電機(jī)此時(shí)轉(zhuǎn)速了。例如當(dāng)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，P3.3將輸出如圖2.-13所示的脈沖，若知道一段時(shí)間t內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為n，則電機(jī)轉(zhuǎn)速v=r/s。(a) (b)圖2-1

27、2 測(cè)速電路圖2.-13 傳感器輸出脈沖波形2.5 直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速整體電路設(shè)計(jì)圖2-14 直流電機(jī)測(cè)速調(diào)速整體電路第3章 系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)3.1 電源的選擇對(duì)于現(xiàn)在一個(gè)電子系統(tǒng)來說，電源部分的設(shè)計(jì)也越來越重要，在某種意義上可以說電源電路的性能指標(biāo)直接關(guān)系到設(shè)計(jì)成敗。系統(tǒng)供電形式也就是系統(tǒng)能源的來源形式。不論系統(tǒng)如何千差萬別、功能多樣。概括起來說其供電方式只有兩種，即交流220伏市電供電和直流電池供電。電源電路從原理的角度看分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩類，各有不同的特點(diǎn)，考慮到紋波，效率，負(fù)載，線路結(jié)構(gòu)等要求，本次設(shè)計(jì)采用+5伏的線性穩(wěn)壓電源。3.2 線性穩(wěn)壓+5伏的電源設(shè)計(jì)LM7805集成

28、穩(wěn)壓器是最普通也是使用最多的固定輸出集成穩(wěn)壓器件，特點(diǎn)是外圍電路簡(jiǎn)單，輸出電流最大可達(dá)1.5伏，下面以7805構(gòu)成的+5伏線性穩(wěn)壓電源電路為例給出電路原理圖，如圖3-1所示。圖 3-1 +5伏線性穩(wěn)壓電源電路第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1軟件開發(fā)環(huán)境在對(duì)程控放大器的程序進(jìn)行編譯與調(diào)試時(shí)我們使用的keil uvision3軟件來進(jìn)行編譯并且通過sstflashflex51軟件來進(jìn)行對(duì)程序的寫入。Keil Software公司推出的uVision3是一款可用于多種8051 MCU的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該IDE同時(shí)也是PK51及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件，是一個(gè)窗口化的軟件開發(fā)平臺(tái)，它集成了功能強(qiáng)大的編

29、輯器、工程管理器以及各種編譯工具（包括C編譯器、宏匯編器、鏈接/裝載器和十六進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換器）。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision3還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo)MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCU I/O引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。uVision3提供對(duì)多種最新的8051類微處理器的支持，包括Analog Devices的ADuC83x和ADuC84x，以及Infineon的XC866等。uVision3包含以下功能組件，能加速嵌入式應(yīng)用程

30、序開發(fā)過程: 1)功能強(qiáng)大的源代碼編輯器 2)可根據(jù)開發(fā)工具配置的設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù) 3)用于創(chuàng)建和維護(hù)工程的工程管理器 4)集匯編、編譯和鏈接過程于一體的編譯工具 5)用于設(shè)置開發(fā)工具配置的對(duì)話框 6)真正集成高速CPU及片上外設(shè)模擬器的源碼級(jí)調(diào)試器 7)高級(jí)GDI接口，可用于目標(biāo)硬件的軟件調(diào)試和Keil ULINK仿真器的連接 8)用于下載應(yīng)用程序到Flash ROM中的Flash編程器 9)完善的開發(fā)工具手冊(cè)、設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)和用戶向?qū)?.2 C51語言簡(jiǎn)介主程序框圖 本次實(shí)習(xí)運(yùn)用C語言編程來對(duì)單片機(jī)進(jìn)行顯示的動(dòng)態(tài)掃描控制、信號(hào)的傳輸轉(zhuǎn)換控制。1C語言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方便、靈活。2運(yùn)算符豐富。共有3

31、4種。C把括號(hào)、賦值、逗號(hào)等都作為運(yùn)算符處理。從而使C的運(yùn)算類型極為豐富，可以實(shí)現(xiàn)其他高級(jí)語言難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。3數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型豐富。4具有結(jié)構(gòu)化的控制語句。5語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。6C語言允許直接訪問物理地址，能進(jìn)行位（bit）操作，能實(shí)現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作。因此有人把它稱為中級(jí)語言。7生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。8與匯編語言相比，用C語言寫的程序可移植性好。主流程圖在一個(gè)完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不能完成相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)的，所以在該系統(tǒng)中軟件部分是非常重要的，按照要求和系統(tǒng)運(yùn)行過程設(shè)計(jì)出主程序流程如圖1所示。 開始系統(tǒng)初始化顯示初始化調(diào)用按鍵子程序

32、系統(tǒng)總控制器有鍵按下？無鍵處理子程序中斷0接收設(shè)定值子程序中斷返回中斷1接收測(cè)量值子程序中斷返回計(jì)算PWM定時(shí)值定時(shí)中斷0、外中斷0測(cè)量計(jì)算轉(zhuǎn)速發(fā)送測(cè)量值有中斷返回定時(shí)中斷1系統(tǒng)時(shí)間記時(shí)、處理中斷返回屬于總控制器通過按鍵完成發(fā)送設(shè)定值 圖1 系統(tǒng)程序框圖4.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)思想用C語言進(jìn)行了簡(jiǎn)單編程，運(yùn)用單片機(jī)對(duì)顯示模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描編程，將從鍵盤得來的高低電平信息進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的信號(hào)。51單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)則是使用定時(shí)器1、0控制PWM信號(hào)的頻率，定時(shí)器T1控制PWM信號(hào)的占空比。本程序啟用了兩個(gè)定時(shí)器T0，T1，分別應(yīng)用了兩個(gè)中斷服務(wù)程序，T1的定時(shí)方式要根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小而定。程序中

33、，T0工作于方式1，因?yàn)榉绞?能夠通過修改定時(shí)器初值得到較寬頻率范圍的信號(hào)， 使用定時(shí)器T1控制PWM信號(hào)的占空比，采用查詢方式嵌套在 定時(shí)中斷服務(wù)子程序中，在T1定時(shí)器時(shí)段使輸出端為高電平 ，其它時(shí)段輸出低電平。編寫程序時(shí)要采用一段延時(shí)程序，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了5個(gè)鍵盤，在使用鍵盤時(shí)應(yīng)先去抖動(dòng)，還應(yīng)考慮到按鍵釋放的問題，而且要注意顯示數(shù)字的編碼不要錯(cuò)誤。假設(shè)將TH0=0x00,TL0=0x00,TH1=0x80，TL1=0x00。那么當(dāng)程序編譯無誤后，按下啟動(dòng)鍵，會(huì)在示波器上顯示出方波。將產(chǎn)生的脈沖送到P1-0，由其提供給電機(jī)使其轉(zhuǎn)動(dòng)。通過改變T0可以改變頻率的大小，改變T1可以實(shí)現(xiàn)改變占空比的大小

34、，即可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。也可以通過鍵盤來改變T0，T1，只需要在加鍵與減鍵的控制程序上稍加改動(dòng)即可完成。第5章 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及測(cè)試出現(xiàn)的問題5.1干擾的來源 影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為噪聲，又稱干擾。影響指令的正常執(zhí)行，造成控制事故或控制失靈，在測(cè)量通道中產(chǎn)生了干擾，就會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生誤差，電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的破壞。干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的， 竄入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有三條： 圖1干擾的渠道5.2 系統(tǒng)電源的抗干擾設(shè)計(jì)單單一臺(tái)高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動(dòng)問題的，必須完整地設(shè)計(jì)整個(gè)電源供電系統(tǒng)。邏輯電路是在低電壓、大電流下工作，電源的分配就必須引起注

35、意，譬如一條0.1的電源線回路，對(duì)于5A的供電系統(tǒng)，就會(huì)把電源電壓從5V降到4.5V，以至不能正常工作。另一方面工作在極高頻率下的數(shù)字電路，對(duì)電源線有高頻要求，所以一般電源線上的干擾是數(shù)字系統(tǒng)最常出現(xiàn)的問題之一。1交流近線端加交流濾波器，可濾掉高頻干擾，如電網(wǎng)上大功率設(shè)備啟停造成的瞬間干擾。濾波器市場(chǎng)上的產(chǎn)品有一級(jí)、二級(jí)濾波器之分，安裝時(shí)外殼要加屏蔽并良好接地，進(jìn)出線要分開，防止感應(yīng)和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過，對(duì)高頻和中頻干擾有良好的衰減作用。2要求高的系統(tǒng)加交流穩(wěn)壓器。3采用具有靜電屏蔽和抗電磁干擾的隔離電源變壓器。4采用集成穩(wěn)壓塊兩級(jí)穩(wěn)壓。目前市場(chǎng)上集成穩(wěn)壓塊有許多種，

36、如提供正電源的7805、7812、7820、7824以及提供負(fù)電壓的79系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級(jí)穩(wěn)壓電路，采用兩級(jí)穩(wěn)壓，效果好。例如主機(jī)電源先用7809穩(wěn)到9V，再用7805穩(wěn)到5V。5直流輸出采用大容量電解電容進(jìn)行平滑濾波。6交流電源線與其他線盡量分開，減少再度耦合干擾。如濾波器的輸出線上干擾已減少，應(yīng)使其與電源進(jìn)線級(jí)濾波器外殼保持一定距離，交流電源線與直流電源線即信號(hào)線分開走線。參考文獻(xiàn)1 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.8-102 徐君毅等.單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用M上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988.21-893 康華光主編電子技術(shù)基礎(chǔ),高等教育出版社第

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