基于H橋驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)解讀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目：基于H橋控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) （英文）： Based on the H-bridge driver circuit of DC motor speed control system design 院 別： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化（師范） 姓 名： 李玲弟 學(xué) 號(hào)： 28 指導(dǎo)教師： 楊 寧 日 期： 2013年5月 基于H橋控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)摘要本文介紹了基于H橋驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)采用芯片LN298搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路，PWM調(diào)速信號(hào)由單片機(jī)AT89AC52提供，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)控制由單片機(jī)

2、控制H橋，H橋再驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。此外，本文中還采用了芯片LN298作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊。另外，本系統(tǒng)中使用了測速發(fā)電機(jī)對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)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(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速；H橋驅(qū)動(dòng)；直流電機(jī)測速；數(shù)碼管顯示Based on the H-bridge driver circuit of DC mot

3、or speed control system designABSTRACTThis article describes the DC motor speed control system based on the H-bridge driver, the system uses the chip LN298 build H-bridge driver circuit, PWM speed control signal is provided by the microcontroller AT89AC52 control H-bridge motor drive operation is co

4、ntrolled by a microcontroller, H-bridge DC motor drive. Articles using a specialized chip composed of a PWM signal generating system, and on the principle of the PWM signal generating method, and how to adjust the duty cycle of the PWM signal by software programming, thereby controlling the input si

5、gnal waveform are made. elaboration. In addition, this paper also uses a chip LN298 as a forward speed of a DC motor power amplifier circuit driver module. In addition, the present system uses a tachogenerator to measure the rotational speed of the DC motor, after the filtering circuit, the measured

6、 value to the A / D converter, and, ultimately, as a feedback value PI operator input to the microcontroller, thus realizing the DC motor speed control.Key words：PWM speed control; H bridge driver; DC Motor Speed; digital display目 錄專心-專注-專業(yè)1緒論1.1基于H橋控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和意義1.1.1選題的目的和意義：在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化

7、的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備中，還是在日常生活中的家用電器中，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。以前電動(dòng)機(jī)大多使用繼電器實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)動(dòng)以及由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在普遍使用單片機(jī)控制H橋驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)取代模擬電路作為電機(jī)控制器。當(dāng)前電機(jī)控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器。1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡述：電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、電動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)

8、展成果。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電機(jī)控制技術(shù)在近20多年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化，其中電動(dòng)機(jī)的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機(jī)和H橋驅(qū)動(dòng)模塊為主的微處理器控制，形成數(shù)字和模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制的應(yīng)用，并曾向全數(shù)字化控制方向快速發(fā)展。而國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。1.1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所采用的研究方法和手段：根據(jù)市場需求和發(fā)展趨勢，本設(shè)計(jì)將介紹一種基于H橋驅(qū)動(dòng)作為基礎(chǔ)、單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生PWM調(diào)速的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。首先對(duì)直流調(diào)速控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制、檢測、顯示；再對(duì)直流調(diào)速控制主回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，其采用了三相橋式全控整流電路；然后進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。1.2利

9、用H橋控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展目前使用的電機(jī)模擬控制都比較復(fù)雜，測量范圍與精度不能兼顧，且采樣時(shí)間較長，難以測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。本文介紹的電機(jī)控制系統(tǒng)利用PWM控制原理， 同時(shí)結(jié)合來采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，并經(jīng)單片機(jī)檢測后在顯示器上顯示出轉(zhuǎn)速值，而單片機(jī)則根據(jù)輸出的脈沖信號(hào)來分析轉(zhuǎn)速的過程量本系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置有按鍵操作儀表，可用于調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電機(jī)控制系統(tǒng)主要是以AT單片機(jī)為核心組成的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)中的電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此，由MCU內(nèi)部的可編程計(jì)數(shù)器陣列輸出PWM波，以調(diào)整電機(jī)兩端電壓與控制波形的占空比，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。本系統(tǒng)通過紅外傳感器

10、來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件設(shè)計(jì)包括方案選定、電路原理圖設(shè)計(jì)、PCB繪制；軟件設(shè)計(jì)包括內(nèi)存空間的分配，直流電機(jī)控制應(yīng)用程序模塊的設(shè)計(jì)，程序調(diào)試等。1.3利用H橋控制的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理本系統(tǒng)先由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)給H橋再驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)通過傳感器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)并傳送給單片機(jī)，單片機(jī)再通過軟件將測速信號(hào)與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，從而決定電機(jī)轉(zhuǎn)速，將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速值送顯示。此外，也可以通過設(shè)置鍵盤來設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速檢測裝置由紅外傳感器組成，并通過反相器將高、低電壓互相轉(zhuǎn)換， 再以脈沖形式傳給單片機(jī)。這種設(shè)計(jì)方法具有頻率響應(yīng)高(響應(yīng)頻率達(dá)

11、20 kHz以上)、輸出幅值不變、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其中霍爾傳感器輸入為脈沖信號(hào)，十分容易與微處理器相連接，也便于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分析處理。單片機(jī)的T0口可對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。， 本系統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制( Width Modulation)原理是：脈沖寬度調(diào)制波由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成 其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。2直流電機(jī)調(diào)速控制概述 直流電機(jī)調(diào)速方法通常有機(jī)械的、電氣的、液壓的、氣動(dòng)的幾種，僅就機(jī)械與電氣調(diào)速方法而言，也可采用電氣與機(jī)械配合的方法來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。電氣調(diào)速有許多優(yōu)點(diǎn)，如可簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，操作簡單，易于獲得無極調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，因

12、此在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛采用電氣方法調(diào)速。 由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)動(dòng)性能和控制特性，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)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(dòng)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拖動(dòng)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(shí)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(chǔ)。2.1直流電機(jī)的工作原理 根據(jù)電磁學(xué)基本知識(shí)可知，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用。如果導(dǎo)體在磁場中的長度，其中流過的電流為，導(dǎo)

13、體所在處的磁通密度為B，那末導(dǎo)體受到的電磁力的值為式（2-1） (2-1) 如圖2-1中N、S極下各根導(dǎo)體所受電磁力的方向，如圖中箭頭所示。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子而使其旋轉(zhuǎn)。由于每個(gè)磁極下元件中電流方向不變，故此轉(zhuǎn)矩方向恒定，稱為直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。如果直流電動(dòng)機(jī)軸上帶有負(fù)載，它便輸出機(jī)械能，可見直流電動(dòng)機(jī)是一種將電能夠轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的電氣裝置。 直流電動(dòng)機(jī)是可逆的，他根據(jù)不同的外界條件而處于不同的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)外力作用使其旋轉(zhuǎn)，駛?cè)霗C(jī)械能時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，輸出電能；當(dāng)在電刷兩端施加電壓輸入電能時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能。圖1 直流電動(dòng)機(jī)工作原理圖2

14、.2直流電機(jī)的調(diào)速特性 根據(jù)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)分析可得到等效的模型，包括電樞繞組及其等效的電阻等。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其它參數(shù)的關(guān)系可用下式來表示： (2-2)(2-2)式中：UN是電樞電壓，IN是電樞電流，Ra是電樞回路總電阻，Ce是電勢常數(shù)，是勵(lì)磁磁通。 (2-3)(2-3)式中：p-磁極對(duì)數(shù)，N是導(dǎo)體數(shù)，a是電樞支路數(shù)。 (2-4)(2-4)式中：當(dāng)電機(jī)型號(hào)確定后，Ce為常數(shù)，故式式(2-1)改為 (2-5) 在中小功率直流電機(jī)中，電樞回路電阻非常小，式(2-5)中INRa項(xiàng)可省略不計(jì)，由此可見，當(dāng)改變電樞電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速n隨之改變，達(dá)到直流電機(jī)的調(diào)速的目的。改變直流電機(jī)電樞電壓，可通過PWM控

15、制的降壓斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓。2.3直流電機(jī)的幾種調(diào)速方法 根據(jù)直流電機(jī)的基本原理，由感應(yīng)電勢、電磁轉(zhuǎn)矩以及機(jī)械特性方程式可知，直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 （2）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需

16、電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)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(dòng)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(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。 調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)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

17、流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)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，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變勵(lì)磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行是很容易實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量

18、相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。且技術(shù)落后，因此擱置不用。2.3.1 靜止可控整流器（簡稱V-M系統(tǒng)） V-M系統(tǒng)是當(dāng)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(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。V-M系統(tǒng)的缺點(diǎn)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(yùn)行造成困難。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行時(shí)，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(shè)備。圖2 晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)通斷控制，將直

19、流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時(shí)間的變化來改變負(fù)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(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)中。 圖3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(dāng)開關(guān)VT接通時(shí)，電源電壓U。加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT斷開時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)電樞端電壓為零。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖2-3（b）所示。 （a）原理圖 （b）電壓波型 圖3 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同

20、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(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開，電動(dòng)機(jī)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(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。2.3.2 PWM調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)： （1）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(dòng)很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1：10000左右。由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同

21、的平均電流下，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱都比較小。 （2）同樣由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （3）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。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(jī)控制繼電器的閉合來實(shí)現(xiàn)，但是驅(qū)動(dòng)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)。2.4直流電機(jī)調(diào)速PWM信號(hào)形成原理 PWM信號(hào)是由脈寬調(diào)制器（一個(gè)電壓脈沖變換裝置）生成的，常用的脈寬調(diào)制器有以下幾種：用鋸齒波或三角波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器；用多諧振蕩器和單穩(wěn)

22、態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調(diào)制器；數(shù)字式脈寬調(diào)制器。這里簡要介紹一下用三角波作調(diào)制信號(hào)的脈寬調(diào)制器生成PWM波的方法。脈寬調(diào)制器由恒頻率波形發(fā)生器和脈沖寬度調(diào)制電路組成。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準(zhǔn)，如三角波。脈沖寬度調(diào)制電路，實(shí)際上就是電壓/脈寬轉(zhuǎn)換電路(簡稱V/W電路)，是PWM信號(hào)的形成電路。調(diào)制產(chǎn)生PWM信號(hào)的工作原理如圖4(a)所示。圖4 調(diào)制產(chǎn)生PWM信號(hào)的工作原理 圖4(a)是電壓比較器，輸入信號(hào)為圖4(b)中的。在電壓比較器的兩個(gè)輸入端輸入控制信號(hào)和三角波信號(hào)，則比較器的輸出將按以下規(guī)律變化：時(shí)，輸出正的電壓；時(shí)，輸出負(fù)的電壓。由此即可產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)

23、。2.4.1 直流電機(jī)電樞的PWM調(diào)壓調(diào)速原理 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為式（2-6）： (2-6)式中：U電樞端電壓；I電樞電流；R電樞電路總電阻；每極磁通量；K電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。 本設(shè)計(jì)采用電樞控制方法。對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用可分為兩種方式：線形放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。實(shí)際生活中，絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式/開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2.4.2 脈寬調(diào)制占空比調(diào)節(jié) 脈寬調(diào)制即PWM控制就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即通過對(duì)一系列的脈沖寬度進(jìn)

24、行調(diào)制，來等效地獲得所需波形。圖2-5是利用開關(guān)管對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。在圖2-5(a)中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓。秒后，柵極變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為0。秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。這樣，對(duì)應(yīng)者輸入的電平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖2-5(b)所示。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值為式（2-7）： （2-7）式中：占空比，。圖5 PWM調(diào)速控制原理和電壓波形圖 占空比表示了在一個(gè)周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。的變化范圍為?？芍?dāng)

25、電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變的值就可以改變電樞兩端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。 在PWM調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要的參數(shù)，以下三種方法都可以改變占空比的值。 （1）定寬調(diào)頻法。這種方法是保持不變，只改變，這樣使周期T(或頻率)也隨之改變。 （2）調(diào)寬調(diào)頻法。這種方法是保持不變，而改變，這樣使周期T(或頻率)也隨之改變。 （3）定頻調(diào)寬法。這種方法是使周期T(或頻率)保持不變，而同時(shí)改變和。 前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此這兩種方法很少用。目前，在直流

26、電動(dòng)機(jī)控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。2.4.3 PWM控制信號(hào)產(chǎn)生的方法 （1）分立電子元件組成的PWM信號(hào)電路。它是最早期的方法，現(xiàn)在已被淘汰了。 （2）軟件模擬法。利用單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳，通過軟件對(duì)該引腳不斷地輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)PWM波輸出。這種方法要占用CPU大量時(shí)間，使單片機(jī)無法進(jìn)行其它工作，因此也逐漸被淘汰。 （3）專用PWM集成電路。從PWM控制技術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，現(xiàn)在市場上已有許多中。這些芯片除了有PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。在單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)中，使用專用的 PWM集成電路可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，工作可靠。

27、（4）單片機(jī)的PWM。新一代單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動(dòng)地發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比是CPU才進(jìn)行干預(yù)。 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（電流）與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可以做一個(gè)圖來表示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如圖6所示。從圖中可以看出，第一象限是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；第三象限是電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；第二和第四象限分別是電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時(shí)再生制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)能在幾個(gè)象限內(nèi)工作與控制方式和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果電動(dòng)機(jī)在4個(gè)象限上都能運(yùn)行，說明電動(dòng)機(jī)的控制功能比較強(qiáng)。圖6 電動(dòng)機(jī)4個(gè)運(yùn)行象限3系統(tǒng)元器件介紹3.1單片機(jī)的選型：Wln$L AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型

28、號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。3.1.1主要特性： 1、兼容MCS51 2、8kB可反復(fù)擦寫(大于1000次）Flash ROM； 3、32個(gè)雙向I/O口； 4、256x8bit內(nèi)部RAM； 5、3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷；

29、6、時(shí)鐘頻率0-24MHz； 7、2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道； 8、2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源； 9、2個(gè)讀寫中斷口線，3級(jí)加密位； 10、低功耗空閑和掉電模式，設(shè)置睡眠和喚醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求3.1.2管腳說明 圖7 AT89C52引腳 如圖7所示AT89C52P為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器如圖 所示，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)

30、聚測試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、2

31、7 腳及28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出

32、電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表1。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低8 位地址。表1 P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2） P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)

33、TTL 邏輯門電路。對(duì)端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對(duì)P3 口寫入“1”

34、時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 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機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)

35、Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。 PSEN程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為000

36、0HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。 XTAL1振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)H橋選型 該驅(qū)動(dòng)電路采用了LN298芯片，LN298是雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片。 L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯

37、片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)，但在本驅(qū)動(dòng)電路中用L297 來提供時(shí)序信號(hào)，節(jié)省了單片機(jī)IO 端口的使用。L298N 之接腳如圖8 所示，Pin1 和Pin15 可與電流偵測用電阻連 接來控制負(fù)載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個(gè)

38、步進(jìn)電機(jī)；input1input4 輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。圖8 L298引腳圖3.3紅外對(duì)管紅外線對(duì)射管的驅(qū)動(dòng)分為電平型和脈沖型兩種驅(qū)動(dòng)方式，本設(shè)計(jì)中紅外傳感器選用電平驅(qū)動(dòng)方式，如圖9所示。圖9 紅外對(duì)管對(duì)射管測速傳感器一般又紅外線發(fā)射與接收系統(tǒng)組成。圓盤隨被測軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線只能通過因孔或缺口照射到光電管上。光電管被照射時(shí)，其反向電阻很低，于是輸山一個(gè)電脈沖信號(hào)。光源被遮擋物遮住時(shí)，光電管反向電阻很大，輸出端就沒有信號(hào)輸出。這樣，根據(jù)圓盤上被遮擋次數(shù)即可測出被測軸的轉(zhuǎn)速。紅外發(fā)射管和紅外接收管廣泛應(yīng)用于遙控、自控、檢測、計(jì)數(shù)等多個(gè)領(lǐng)域已成為備受關(guān)注的常用

39、器件之一。紅外發(fā)射二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵GaAs）制成PN結(jié)，外加正向偏壓向PN結(jié)注入電流激發(fā)中心波長為830 - 950nm紅外光。一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時(shí)，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發(fā)射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發(fā)揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。紅外發(fā)光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。當(dāng)電壓越過正向閾值電壓（約0.8V左右）電流開始流動(dòng)，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對(duì)工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準(zhǔn)確、穩(wěn)定，否則影響輻射功率的發(fā)揮及其可靠性。 紅外發(fā)

40、光二極管輻射功率隨環(huán)境溫度的升高（包括其本身的發(fā)熱所產(chǎn)生的環(huán)境溫度升高）會(huì)使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠(yuǎn)距離紅外燈，熱耗是設(shè)計(jì)和選擇時(shí)應(yīng)注意的問題。紅外發(fā)光二極管最大輻射強(qiáng)度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強(qiáng)度為最大值的50%的角度稱為半強(qiáng)度輻射角。不同封裝工藝型號(hào)的紅外發(fā)光二極管的輻射角度有所不同。 判別紅外發(fā)光二極管的正、負(fù)電極時(shí)。可觀察紅外發(fā)光二極管兩個(gè)引腳長短，通常長引腳為正極，短引腳為負(fù)極。因紅外發(fā)光二極管呈透明狀，所以管殼內(nèi)電極清晰可見，內(nèi)部電極較寬較大的一個(gè)為負(fù)極，而較窄且小的一個(gè)為正極。將萬用表置于R1k擋，測量紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻，通常，

41、正向電阻應(yīng)在30k左右，反向電阻應(yīng)在500k以上，這樣的管子才可正常使用。要求反向電阻越大越好。紅外接收二極管的外形和發(fā)射管基本上一樣，僅從外觀上有時(shí)較難分辨，可用觀察和測量方法識(shí)別管腳極性。若從外觀上識(shí)別，常見的紅外接收二極管外觀顏色呈黑色。識(shí)別引腳時(shí)，面對(duì)受光窗口，從左至右，分別為正極和負(fù)極。另外，在紅外接收二極管的管體頂端有一個(gè)小斜切平面，通常帶有此斜切平面一端的引腳為負(fù)極，另一端為正極。 亦可用萬用表來測量，將萬用表置于R1k擋，用判別普通二極管正、負(fù)電極的方法進(jìn)行檢查，即交換紅、黑表筆兩次測量管子兩引腳間的電阻值，正常時(shí)，所得阻值應(yīng)為一大一小。以阻值較小的一次為準(zhǔn)，紅表筆所接的管腳為

42、負(fù)極，黑表筆所接的管腳為正極。 紅外接收電路通常由紅外接收二極管與放大電路組成，放大電路通常又由一個(gè)集成塊及若干電阻電容等元件組成，并且需要封裝在一個(gè)金屬屏蔽盒里，雖然電路比較復(fù)雜，體積卻很小，還不及一個(gè)普通小功率三極管體積大。SFH506-38與RPM-638是一種特殊的紅外接收電路，它將紅外接收管與放大電路集成在一體，體積?。ù笮∨c一只中功率三極管相當(dāng)），密封性好，靈敏度高，并且價(jià)格低廉，市場售價(jià)只有幾元錢。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負(fù)極以及信號(hào)輸出端，其工作電壓在5V左右.只要給它接上電源即是一個(gè)完整的紅外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大,選頻,解調(diào)幾大部分,要求

43、輸入信號(hào)需是已經(jīng)被調(diào)制的信號(hào)。經(jīng)過它的接收放大和解調(diào)會(huì)在輸出端直接輸出原始的信號(hào)。從而使電路達(dá)到最簡化！靈敏度和抗干擾性都非常好，可以說是一個(gè)接收紅外信號(hào)的理想裝置。帶遙控功能的家用電器中所采用的紅外接收頭型號(hào)繁多，維修中常遇到無法購得原型號(hào)接收頭的情況，只能尋找代換品。實(shí)際上無論何種型號(hào)的接收頭均可采用常見型號(hào)代換。代換時(shí)主要應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： 1.安裝尺寸。如原接收頭尺寸較大，則可方便地選用尺寸與之相當(dāng)?shù)娜我恍吞?hào)代換，亦可用體積更小的型號(hào)代換。目前有一種外觀像塑封三極管的微型接收頭，用于維修代換十分方便。2.引腳順序。遙控接收頭引腳順序有如下幾種：（接收面左側(cè)起）地、信號(hào)輸出、電源；電源、地

44、、信號(hào)輸出；地、電源、信號(hào)輸出等幾種形式，代換時(shí)應(yīng)仔細(xì)區(qū)分。對(duì)于引腳順序相同的可直接按順序接入，如引腳順序不對(duì)，則可用細(xì)導(dǎo)線引接。注意地線與電源線切不可接反，否則通電后會(huì)接收立刻損壞。3.接收頭中心頻率應(yīng)與遙控發(fā)射器頻率相同。大多數(shù)紅外接收頭解調(diào)中心頻率為，但也有一些接收頭中心頻率為36KHz、37KHz、39KHz、40KHz，如果發(fā)射頻率與接收頻率相差1KHz，大多可以正常遙控，相差2KHz以上則會(huì)出現(xiàn)遙控不靈現(xiàn)象，此時(shí)可通過更換遙控發(fā)射器的晶體振子來解決。常見為455KHz晶振（對(duì)應(yīng)發(fā)射頻率38KHz），其他有429KHz、432KHz、445KHz、465KHz、480KHz等型號(hào)的晶

45、振，相對(duì)應(yīng)的發(fā)射頻率分別為36KHz、36KHz、37KHz、39KHz、40KHz。4.信號(hào)極性。大多數(shù)遙控接收頭輸出信號(hào)極性為負(fù)極性，即輸出端在無信號(hào)時(shí)為高電位（一般為4.85.0V），接收到信號(hào)后信號(hào)輸出端電壓下降。但也有少數(shù)接收頭輸出信號(hào)為正極性，如松下TC-2180、M25等彩電的紅外接收頭，若用常見型號(hào)接收頭直接代換，則無法遙控，對(duì)于此種情況可在信號(hào)輸出端加接反相器解決，如圖10所示。圖10 輸出端加接反相器3.4 晶振晶振是電路中常用用的時(shí)鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立

46、在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供

47、。下面我就具體的介紹一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如圖11a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖11b，其中Cv是用來調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖11c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。 圖11 晶振電路圖分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對(duì)整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E

48、-15量級(jí))，Co不能忽略(1E-12量級(jí)，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來越大。這一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小，最后導(dǎo)致停振。通過晶振的原理圖你應(yīng)該大致了解了晶振的作用以及工作過程了吧。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越小；因此頻率的變化范圍也就越小。微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。用萬用表

49、測量晶體振蕩器是否工作的方法：測量兩個(gè)引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半，比如工作電壓是51單片機(jī)的+5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個(gè)腳，這個(gè)電壓有明顯變化，證明是起振了的。晶振的類型有SMD和DIP型，即貼片和插腳型 。先說DIP：常用尺寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，這些都是MHZ單位的。再說SMD：有0705，0603，0503，0302，這里面又分四個(gè)焊點(diǎn)和二個(gè)焊點(diǎn)的。不過越小越貴,而且很小的話，做不出頻率較高的晶振。 晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起

50、振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無源晶振要好。因價(jià)格等因素，實(shí)際應(yīng)用中多采用無源晶振設(shè)計(jì)的電路居多，除非電路設(shè)計(jì)時(shí)序極其敏感或芯片內(nèi)部無振蕩器的情況（如一些型號(hào)的DSP或精密儀器中）。 每種芯片的手冊(cè)上都會(huì)提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路，會(huì)表明芯片的最高可使用頻率等參數(shù)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要掌握。與計(jì)算機(jī)用CPU不同，單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對(duì)較低，但對(duì)于一般控制電路來說足夠了。另外說明一點(diǎn)，可能有些初學(xué)者會(huì)對(duì)晶振的頻率

51、感到奇怪，12M、24M之類的晶振較好理解，選用如11.0592MHZ的晶振給人一種奇怪的感覺，這個(gè)問題解釋起來比較麻煩，如果初學(xué)者在練習(xí)串口編程的時(shí)候就會(huì)對(duì)此有所理解，這種晶振主要是可以方便和精確的設(shè)計(jì)串口或其它異步通訊時(shí)的波特率。3.5 四位數(shù)碼管 四位（圖12所示）是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是。能顯示4個(gè)數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字

52、段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖12 4位數(shù)碼管3.5.1 4位數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式1、靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需

53、要58=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。2、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。

54、通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.5.2 4位數(shù)碼管的引腳圖 4位數(shù)碼管的引腳圖如圖13所示圖13 4位數(shù)碼管的引腳圖3.5.3 4位數(shù)碼管的參數(shù)8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為0.25-20英寸。長*寬*高：長數(shù)碼管正放時(shí)，水平

55、方向的長度；寬數(shù)碼管正放時(shí)，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。時(shí)鐘點(diǎn)：四位數(shù)碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個(gè)點(diǎn)。一般用于顯示時(shí)鐘中的秒。3.5.4 4位數(shù)碼管區(qū)分共陰陽極的方法首先數(shù)碼管有共陰極和共陽極之分，區(qū)別他們的方法是若公共端接地，其他端接電源，若各段測試能亮，說明是共陰的，反之共陽的；若公共端接電源，其他端分別接的，測得各端亮，則說明是共陽的，反之為共陰的。世面上的四位一體的數(shù)碼管一般都沒有datasheet，所以掌握他們管腳的分布是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。下面是一張四位一體數(shù)碼管引腳分布圖4位一體數(shù)碼管，其內(nèi)部段已連接好，引腳如圖所示（正面朝自己，小數(shù)點(diǎn)在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP為段引腳，1、2、3、4分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。 。 。 。 。 。1 a f 2 3 b。 。 。 。 。 。e d dp c g 4 即：12-9-8-6為公共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-34直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為控制器，H