單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

1、基于8051單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1總體硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本系統(tǒng)采用89C51控制輸出數(shù)據(jù)，由PWMS號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生PWM信號(hào)，送到直流電機(jī)，直流電機(jī)通過(guò)測(cè)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(jī)，進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機(jī) 調(diào)速的目的。主控芯片圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖單片機(jī)簡(jiǎn)介1. 8051單片機(jī)的基本組成8051單片機(jī)由CPU和8個(gè)部件組成，它們都通過(guò)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。其基本組成如下圖所示：圖2-2 8051基本結(jié)構(gòu)圖2.

2、CPU及部分部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：8051芯片中共有256個(gè)RAM單元，能作為存儲(chǔ)器使用的 只是前128個(gè)單元，其地址為00H 7FH通常說(shuō)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指這前 128個(gè)單元，簡(jiǎn)稱內(nèi)部RAM內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：8051芯片內(nèi)部共有4K個(gè)單元，用于存儲(chǔ)程序、原始數(shù) 據(jù)或表格，簡(jiǎn)稱內(nèi)部ROM定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能， 并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷 2個(gè)和串行中斷1個(gè)。3. 8051單片機(jī)引腳圖P1.0Pl 1

3、805140YCCF0.0Pl.2Pl.3Pl 4Fl.535P0 1PO.Zf0.3Pl.6 34F0.5Pl.7RST/VPBESD/F3. 0 TXD/P3, 1 INT0/F3 2 IHT1/F3 3 T0/F3. 4 Tl/P3,5 WP3.6 矽F3” 了XTAL2 1CTWJ VSS 10111213141516171631301520292827262524232231一 EA/VTF ALE/PMPSENFZ 7 F2.G PZ 5 F2. 4 ?2.3P2.2F2. 1F2 0圖2-3 8051單片機(jī)引腳圖單片機(jī)系統(tǒng)中所用其他芯片選型1.地址鎖存器地址鎖存器可以選擇多種，有

4、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(jià)比，成 為目前在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)該較廣泛的地址鎖存器。74LS373片內(nèi)是8個(gè)輸出帶三態(tài)門的D鎖存器當(dāng)使能端呈高電平時(shí)，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間 實(shí)現(xiàn)鎖存。如果此時(shí)芯片的輸出控制端為低，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(guò)三態(tài)門輸出。其引腳圖如圖 2-4所示：0E 1J7 20IQ 2158Q1D 2LrSD2D 一斗177E2Q E74LS373167Q詢一e15一陰3

5、D 7U6D4D E135B4Q 一12一 5QGND 1011G圖2-474L373引腳圖2.程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，其中程序存儲(chǔ)器是單片機(jī)中非常 重要的存儲(chǔ)器，但因?yàn)槠浯鎯?chǔ)空間不足，常常需要對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器空間進(jìn)行 擴(kuò)展，擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器常用芯片有 EPROM紫外線可擦除型），如2716V2KB、 2732V4KB、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(kuò)展性以 及程序功能的擴(kuò)展，本系統(tǒng)采用16KB的27128作為程

6、序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，在滿 足系統(tǒng)要求的前提下還存有一定的擴(kuò)展空間，是本系統(tǒng)最合適的程序存儲(chǔ)器擴(kuò) 展芯片。27128的引腳圖如圖2-5所示：¥pp 1£8VccA12 22T一 FGMA7 326A13AE425A6A5524A9M 一623AllA3 T2712822一 CE吃821AIDA1 g20CEM 1019070(i 11IS0601 12170502131G04GHD141503圖2-5 27128結(jié)構(gòu)圖3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8051單片機(jī)有128B RAM當(dāng)數(shù)據(jù)量超過(guò)128B也需要把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)一步 擴(kuò)展。常用 RAM芯片分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài) RAM有6116(2KB

7、>、6264(8KB> 等，動(dòng)態(tài) DRAM2164(8KB等，另外還有集成IRAM和E2PR0M使用E2PR0作數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器有斷電保護(hù)數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展常使用隨機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)器擴(kuò)展芯片。其引腳圖如圖2-6所示:JJC1Vee2271 WEA7 326一 CE2A6 42SA8AS 524j A9A4 一623AllA3 7S26422一 0EA2 -21_- A1OA1 9£0CE1AD 1019'I0T10 o 1118106101 12171

8、051021316104GHD 14151032.1.48051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析圖2-6 6264引腳圖XTAL1XTAL2RESET/VFDEA/VTDSO51E./m'P3_ 7/E5ALE/FKJOGo12S4 52Z2Z22 F F F F F FO-1Z35R-TFrFFFFPFQ Q Q 0 _u_- 0 Q 9 lzllN 電弓&7L8 加OE 7 G1B2ES誥7CSErC-JTD CEI -SVcum>a口 129 111A A A A5264圖2-7 8051單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析接線分析：P0.7-P0.0 :這8個(gè)引腳共有兩種不同的功能，分別使用

9、于兩種不同的情 況。第一種情況是 8051不帶片外存儲(chǔ)器，P0 口可以作為通用I/O 口使用，用于傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。第二種情況是8051帶片外存儲(chǔ)器，P0.7-P0.0 在CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送CPU對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。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(chǔ)器的高8位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但是并不能像 P0 口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。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(gè)引腳不盡相

10、同VCc為+5V電源線，VSs為接地線。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(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051CPU在 引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8位 地址的同時(shí)還在ALE/ 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出引腳線去傳送隨后而來(lái)的片外存儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。8051使用片內(nèi)ROM一 =0，那么允許使列/Vpp：允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器/編程電源線，可以控制 還是片外ROM如果列=1,那么允許使用片內(nèi) ROM如果 用片外ROMXTAL1和XTAL2片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微 調(diào)電容，即用來(lái)連接8

11、051片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在 XTAL2線上輸出一個(gè)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(dá)到微調(diào)fosc的目的。2.2 PWM&號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)2.2.1 PWM的基本原理PWM脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(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，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。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(lái)接通和斷開電源，并 且根據(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(guò)改變直

12、流電 機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，PW又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如圖 2-8所示：tl±2T圖2-8 PWM方波設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為D= tl / T ，則 電機(jī)的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 W指的是電機(jī)的平均速度；Vmax是指電機(jī) 在全通電時(shí)的最大速度；D = t1 / T 是指占空比。由上面的公式可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D = t1 / T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，平均速度Vd與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，

13、我們可以將其近似地看成是線性關(guān) 系。信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)+5VPL7Pl.6Fl.58051Pl.4P1.3Pl.2XTAL2Fl.IPkOpnA>BA3A2 AlB3AOB2BlA=BBQUEU3U199QBQTCLKWRSTQ34040+5VGND F3 T圖2-9PWM言號(hào)發(fā)生電路PWM波可以由具有PWM&出的單片機(jī)通過(guò)編程來(lái)得以產(chǎn)生，也可以采用PWM專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng) PWM波的頻率太高時(shí)，它對(duì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太 高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng) PWM波的頻率在18KHZ左右時(shí)，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

14、和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了 PWMI號(hào)發(fā)生電路。兩片數(shù)值比較器4585,即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計(jì)數(shù)輸出 端Q2-Q9,而U2、U3的B組接到單片機(jī)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(hào)的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接到單片機(jī)C51晶振的振蕩輸出 XTAL2計(jì)數(shù)器4040每來(lái)8個(gè)脈沖，其輸出Q2-Q9加1,當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等 于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的AB輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì) 數(shù)值大于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí)，圖中U2的AB輸出端為高電平。隨著 計(jì)數(shù)值的增加，Q2-Q9由全“

15、 1”變?yōu)槿?0”時(shí)，圖中U2的AB輸出端又 變?yōu)榈碗娖剑@樣就在 U2的AB端得到了 PWM勺信號(hào)，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(hào)的占空 比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出X的值，而PWM9號(hào)由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡(jiǎn)化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng) 的正常工作。因?yàn)閱纹瑱C(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全為“ 1”，使用數(shù)值比較器4585的B組與P1端口相連，升速時(shí)P0端口輸出X按一定規(guī)律減少，而降速時(shí) 按一定規(guī)律增大。223 PWM發(fā)生電路主要芯片的工作原理1.數(shù)據(jù)比

16、較器具有數(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PWMg生電路通過(guò)兩片4位數(shù)值比較器4585就可實(shí)現(xiàn) PWMI號(hào)的產(chǎn)生，因此選用4585作為信號(hào)發(fā)生電路。芯片4585的引腳圖：輸出2.串行計(jì)數(shù)器圖2-10 4585引腳圖系統(tǒng)PWM言號(hào)發(fā)生電路中還使用到一片串行計(jì)數(shù)器，有串行計(jì)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(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，而芯片 4040是一個(gè)12位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器 位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)CR為高電平時(shí)，它對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，因?yàn)樵跁r(shí)鐘輸入

17、端使用施密特觸發(fā)器，故對(duì)脈沖上升和下降時(shí)間 沒(méi)有限制，所有的輸入和輸出均經(jīng)過(guò)緩沖。本系統(tǒng)使用4040作為串行計(jì)數(shù)器，芯片4040的引腳圖如圖2-11所示：QU 116 %Q5 215Q1O肌一3404014卵昶413Q7Q3 -512Q召02 611一 CRQ1 _710CP89Q0圖2-11 4040引腳圖2.3 功率放大驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)功率放大驅(qū)動(dòng)芯片有多種，其中較常用的芯片有IR2110和EXB841但因?yàn)镮R2110具有雙通道驅(qū)動(dòng)特性，且電路簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格相對(duì)EXB841便宜，具有較高的性價(jià)比，且對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便，因此該驅(qū)動(dòng) 電路采用了 IR2110集成芯片，使得該集

18、成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)功 能。2.3.1 芯片IR2110性能及特點(diǎn)IR2110是美國(guó)國(guó)際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無(wú)閂鎖 CMOS技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場(chǎng)的，IR2110是一種雙通道高壓、 高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFE或 IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)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(diǎn)在于，將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低 阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快， 工作電壓比較高，可以達(dá)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(dòng)采用外

19、部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在設(shè)計(jì)上大大減少了 驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET和 IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，而 且它可以實(shí)現(xiàn)對(duì) MOSFE和IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有快速完整的保護(hù)功能。與 此同時(shí)，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。2.3.2 IR2110的引腳圖以及功能IR2110將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂 的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率放大驅(qū) 動(dòng)電路中使用最多的驅(qū)動(dòng)芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，芯片引腳圖如下所示：3 1IR211014一空com

20、 :13VssYcc .312UN空_11SJ“ J510 Hilf69DDHO 76-空?qǐng)D 2-12 IR2110 引腳圖2.4 主電路設(shè)計(jì)2.4.1 延時(shí)保護(hù)電路利用 IR2110 芯片的完善設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)保護(hù)電路。IR2110 使它自身可對(duì)輸入的兩個(gè)通道信號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加 到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率MOS器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。2.4.2 主電路從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有 開關(guān)的動(dòng)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

21、供充電 的通路。因此在這個(gè)電路中， Q1、Q4 或者 Q2、Q3 是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo) 通的。我們可以采取雙PWM!號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。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(hào)恰好相反。在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。其 具體的操作步驟如下：當(dāng)IC1的LO為低電平而HO為高電平的時(shí)候，Q2截止，C1上的電壓經(jīng)過(guò) 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(shí)IC2 的HO為低電平而LO為高電平，Q3截止，C3上的電壓經(jīng)過(guò)VB IC內(nèi)部

22、電路和 HO端加在Q4的柵極上，從而使得Q4導(dǎo)通。電源經(jīng)Q1至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過(guò)整個(gè)直流電機(jī)后再通過(guò) Q4到達(dá)零電位，完 成整個(gè)的回路。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。在HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2 Q3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加 反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：當(dāng)IC1的LO為高電平而HO為低電平的時(shí)候，Q2導(dǎo)通且Q1截止。此時(shí)Q2 的漏極近乎于零電平，Vcc通過(guò)D1向C1充電，為Q1的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)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(shí)Vcc通過(guò)D2向C3充電，為Q4的又一次導(dǎo)通作準(zhǔn)備。電源經(jīng)Q3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過(guò)整個(gè)直流電機(jī)后

23、再通過(guò) Q2到達(dá)零電位，完 成整個(gè)的回路。此時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，因?yàn)榇嬖谥鴻C(jī)械慣性的緣故，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來(lái)決定的。設(shè)PWM波的周期為T, HIN為高電平的時(shí)間為t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那 么LIN為高電平的時(shí)間就為 T-t1 o HIN信號(hào)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：Vout 二t1 - ( T - t1 > V / T=(2 t1 - T > V / T=(2D - 1 >V定義負(fù)載電壓系數(shù)為 入，入=Vout / V ,那么 入=2D - 1 ;當(dāng)T為常 數(shù)時(shí)，改變HI

24、N為高電平的時(shí)間t1 ,也就改變了占空比 D,從而達(dá)到了改變 Vout的目的。D在0 1之間變化，因此 入在±1之間變化。如果我們聯(lián)系改 變?nèi)?，那么便可以?shí)現(xiàn)電機(jī)正向的無(wú)級(jí)調(diào)速。當(dāng)入=0.5時(shí)，Vout=0,此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0;當(dāng)0.5<入<1時(shí)，Vout為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)入=1時(shí)，Vout=V,電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。輸出電壓波形系統(tǒng)電路經(jīng)過(guò)單片機(jī)控制的PWM言號(hào)產(chǎn)生電路送來(lái)的 PWM信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大電路，形成輸出電壓的波形圖如下圖如示：MNUNoirr Vcc |'VccLILJ244系統(tǒng)總體電路圖圖2-14輸出電壓波形PWM言號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)總體電

25、路設(shè)計(jì)由單片機(jī)產(chǎn)生控制PWM&號(hào)的數(shù)據(jù)，控制直流電機(jī)調(diào)速電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。+5V8051XTKL2GKDU1PV«n 3in4040Fl. 2P3 7A3A2 AlFl 1 Pl 0Fl T Pl. 6Pl . 5B3B2 BlBOA>Ba=B>BiaA2AlADam a- ha圖2-15系統(tǒng)總休電路圖2.5 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，他把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電 壓信號(hào)輸出，并要求輸出的電壓信號(hào)與轉(zhuǎn)速成正比，分為直流與交流兩種。其 繞組和磁路經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)，輸出電動(dòng)勢(shì) E和轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系，即E=kn,其中 k是常數(shù)。改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，輸出電動(dòng)

26、勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。當(dāng)被測(cè)機(jī)構(gòu)與測(cè)速發(fā)電機(jī)同軸連接時(shí)，只要檢測(cè)出輸出電動(dòng)勢(shì)，即可以獲 得被測(cè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，所以測(cè)速發(fā)電機(jī)又稱速度傳感器。測(cè)速發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用于 各種速度或者位置控制系統(tǒng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為檢測(cè)速度的元件，以調(diào)節(jié) 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者通過(guò)反饋來(lái)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。2.6 濾波電路經(jīng)整流后的單向直流或單向脈動(dòng)直流電，都是由強(qiáng)度不變的直流成分和一 個(gè)以上的交流成分疊加形成的。為了使脈動(dòng)直流電變得較為平穩(wěn)，把其中的交 流成分濾掉，叫做濾波。濾波有電容濾波、電感濾波等。本系統(tǒng)中對(duì)直流電采 用電容濾波的方式，使得直流電壓變得更加平穩(wěn)，調(diào)速更加精確。電路圖如圖 2-15所示：圖2-16濾波電路2.

27、7 A/D轉(zhuǎn)換芯片選型能夠進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換的芯片很多，其中AD系列的有8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809 AD570 AD670 AD673 AD7574等, TLC系列的有 TLC545等，其中較 為常用的是ADC0809和 TLC545 TLC545是美國(guó)TEXA馭器公司新推出的一種開 關(guān)電容結(jié)構(gòu)逐次逼近式8位A/D轉(zhuǎn)換器，具有19個(gè)模擬輸入端。而ADC0809是 采樣頻率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模一數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)，應(yīng)用單一的+5V 電源，其模擬量輸

28、入電壓的范圍為0V-+5V，其對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為 00H-FFH轉(zhuǎn)換時(shí)間為100卩s,無(wú)須調(diào)零或者調(diào)整滿量程。因此本系統(tǒng)采用ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換芯片。的引腳及其功能ADC0809有28個(gè)引腳，其中ININ 7接8路模擬量輸入。ALE是地址鎖存 允許，創(chuàng)、創(chuàng) 接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可以 作為基準(zhǔn)電源。STAR是芯片的啟動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換。EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可以用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或者供單片機(jī)查詢。OE是輸出允許端。 CLK是時(shí)鐘端。DB0-DB 7是數(shù)字量的輸出。 ADDA ADDB ADD（接地址線用以選定8路輸入中的一路，引腳

29、詳見(jiàn)圖2-16。IW3 一IH5IW6 IB7START EOCBB391011cua 匚 kVcc28IM227IM12SIH025ADDA24ADDE23ADDC22ALE21DB720DBS15DB5DB417IE016一 0 二"REF15ADC0809圖2-17ADC0809引腳圖3.系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)3.1 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖及參數(shù)計(jì)算B0/2I1 I _! I 口 T1 Con按照典型II型系統(tǒng)的參數(shù)選擇方法速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)和電阻電容值關(guān)系 如下：Kn = Rn/ R0r n = Rn/ Cn Ton = 1/4 R0 * Con參數(shù)求法： 電動(dòng)機(jī) P=10KW

30、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貝U:Umax=220VUmin=<220/0.9)*0.5=122VYi-1=0 W=1000 轉(zhuǎn)/ 分P=Kp=Rn/Ro=11.7I=Kp*T/Ti=1253.2 系統(tǒng)中的部分程序設(shè)計(jì)軟件由 1 個(gè)主程序、 1 個(gè)中斷子程序和 1 個(gè) PI 控制算法子程序組成。3.2.1 主程序設(shè)計(jì)主程序主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這 個(gè)初始值與測(cè)速電路送來(lái)的值相比較得到一個(gè)誤差值，然后用 PI 算法輸出控制 系數(shù)給PWM發(fā)

31、生電路改變波形的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖 如圖所示。軟件由 1 個(gè)主程序、 1 個(gè)中斷子程序和 1 個(gè) PI 控制算法子程序組 成。主程序主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是由單片機(jī) P1 口生數(shù)據(jù)送到 PWM信號(hào)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(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。主程序流程圖如圖 3-2 所示:開始圖3-2主程序流程圖3.2.2P是I控制算法子程序設(shè)計(jì)*p控制算法子程序/ 尸 *狡鍵是否按E是*讀取鍵值void PID_work(>negsum=Q possum=0if(Bj=O>possum+=k1temp2=temp2+temp0 。 elsenegsum+=k1。 temp2=temp2-temp0 。 k3=temp2/10 。 if(possum>negsum> k2=possum-negsum。 / 存儲(chǔ)結(jié)果 CY=0。temp1=k3+k1 。 / 誤差積累， if(CY=1