直流電機測速調(diào)速電路設計

1、直流電機測速調(diào)速電路設計學生學號： 學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 職 稱： 起止日期： 信息與控制工程學院硬件課程設計說明書硬件課程設計任務書一、設計題目：直流電機測速調(diào)速電路設計二、設計目的1. 掌握電子設計的一般方法，掌握用單片機最小系統(tǒng)硬件的設計的方法；2. 掌握直流電機的工作原理，掌握轉速測量的一般方法；3. 掌握C51程序的設計方法；三、設計任務及要求1. 設計并制作一直流電機的測速調(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，實現(xiàn)按給定值跟蹤；3. 能夠用LED七段數(shù)碼管實時顯示速度；4. 實現(xiàn)在給定的速度范圍內(nèi)進行速度調(diào)整；主要元器件：開關管、紅外對管、

2、51系列單片機、LED7段顯示、鍵盤、其它。四、指導教師評語及學生成績指導教師評語:年 月 日成績指導教師(簽字):- I -目 錄硬件課程設計任務書I前 言1第1章 直流電機測速調(diào)速電路概述21.1直流電機的調(diào)速原理21.2 PWM（脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulation）原理21.3直流電機調(diào)速的設計方案3第2章 硬件模塊設計42.1 單片機硬件結構及系統(tǒng)42.1.1單片機硬件結構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)光原理及顯示器結構62.2.2 LED顯示的設計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72.3.3 鍵盤接口的工作原理82.3.4鍵盤的設計102.4直流電機驅(qū)動測速電路設計112.4.1 電機驅(qū)動電路設計112.4.2 電機測速電路設計122.5 直流電機測速調(diào)速整體電路設計13第3章 系統(tǒng)電源的設計143.1 電源的選擇143.2 線性穩(wěn)壓+5伏的電源設計14第4章 軟件設計154.1軟件開發(fā)環(huán)境154.2 C51語言簡介主程序框圖154.3 系統(tǒng)程序設計思想17第5章 可靠性及抗干擾設計簡介及測試出現(xiàn)的問題185.1干擾的來源185.2 系統(tǒng)電源的抗干擾設計18結 論19參考文獻20附 錄21- 23 -前 言直流直流電機是實現(xiàn)直流電能與機械能之間相互轉換的電

4、力機械，直流電動機具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級調(diào)速特性。常應用于對啟動和調(diào)速有較高要求的場合，如賓館高速電梯、龍門刨床、機車、大型精密機床和大型起重機等生產(chǎn)機械中。本文系統(tǒng)介紹了利用輸入電壓的改變來控制電機的轉速。直流電機調(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)電機的轉速。利用PWM脈沖信號的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓的大小。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，而控制電動機的轉速。本文闡述了利用硬件和軟件相結合的方法來進行對電機的測速和調(diào)速,硬件方面以SST89E516型號的單片機為核心，與驅(qū)動電路，測速電路，鍵盤和LED顯示模塊構成最小系統(tǒng)。其中L

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

6、。第1章 直流電機測速調(diào)速電路概述1.1直流電機的調(diào)速原理 根據(jù)勵磁方式不同，直流電機分為自勵和他 勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電機機械特性曲線有所不 同。對于直流電機來說 ，人為機械特 性方程式為：（1）分析(1)式可得當分別改變U和R時，可以得到不同的轉速n，從而實現(xiàn)對速度的調(diào)節(jié)。當改變勵磁電流I，可以改變磁通量的大小，從而達到變磁通調(diào)速的目的。但由于勵磁線圈發(fā)熱和電動機磁飽和的限制，電動機的勵磁電流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。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻R時，會使機械特性變軟，導致電機帶負載能力減弱。對于他勵直流電機來說，當改變電樞電壓時，分析人為機械特性方

7、程式，得到人為特性曲線:圖1人為特性曲線:如圖1所示。理想空載轉速n隨電樞電壓升降而發(fā)生相應的升降變化。不同電樞電壓的機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帶負載能力恒定。當我們平滑調(diào)節(jié)他勵直流電機電樞兩端電壓時，可實現(xiàn)電機的無級調(diào)速?；谝陨咸匦裕淖冸姌须妷?，實現(xiàn)對直流電機速度調(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頻率，從而改變負載兩

8、端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法 。PWM可以應用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。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，而控制電動機的轉速。因此，PWM又被稱為“開關驅(qū)動裝置”。PWM的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓.。就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比,一個20%占空比波形,會有20%的高電平時間和80%的低電平時間，而一個60%占空比的波形則具有60%的高電平時間和40%的低電平時間,占空比越大,高電平時間越長,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,可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓可以無級連續(xù)調(diào)節(jié)。PWM信號的產(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對PWM信號的軟件實現(xiàn)方法。MCS一51系列典型產(chǎn)品8051具有兩個定時器和計數(shù)器。通過控制定時器初值，從而可以實現(xiàn)從8051的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。由于PWM信號軟件實現(xiàn)的核心是單片機內(nèi)部的定時器，而不同單片機的定時器具有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同，選擇的定時器工作方式不同，

10、其定時器的定時初值與定時時間的關系也不同。因此，首先必須明確定時器的定時初值與定時時間的關系。如果單片機的時鐘頻率為f,定時器計數(shù)器為N則定時器初值與定時時間的關系為T=(2n Tw)*N/(f*106) (2)式中， Tw定時器定時初值； N一個機器周期的時鐘數(shù)。 N隨著機型的不同而不同。在應用中，應根據(jù)具體的機型給出相應的值。這樣，我們可以通過設定不同的定時初值從而改變占空比D，進而達到控制電機轉速的目的。鍵盤模塊控制器模塊電機驅(qū)動模塊直流電機顯示模塊速度檢測模塊1.3直流電機調(diào)速的設計方案圖2系統(tǒng)方案框圖由上述系統(tǒng)框圖本次設計的總體方案是利用硬件和軟件相結合的方法來進行對電機的測速和調(diào)速

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

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

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

14、做I/O口使用：其內(nèi)部有上拉電阻。 P2口有兩個功能：1、擴展外部存儲器時，當作地址總線使用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，由特殊寄存器來設置。 ALE/PROG 地址鎖存控制信號：在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制把P0口的輸出低8位地址送鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。PSEN 外部程序存儲器讀選通信號：在讀外部ROM時PSEN低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片復位。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(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閃爍存儲器，芯片本身就是一個最小系統(tǒng)。只要將單片機加上時鐘電路和復位電路即可。但該最小系統(tǒng)只能處理數(shù)字量的輸入輸出，而一個單片機的應用系統(tǒng)往往要對工業(yè)的各種非電量經(jīng)傳感器轉換得到的模擬電信號進行采集。因此，一個單片機應用系統(tǒng)，首先要進行數(shù)據(jù)采集，然后對數(shù)據(jù)進行處理，再加上數(shù)字量輸出、D/A轉換器以及各種功率驅(qū)動部件，就構成了一個典型的單片機的測控系統(tǒng)。 單片機最小系統(tǒng)的擴展： 圖2-2最小系統(tǒng)的擴展2.2 LED顯示器接口原理2.2.1 LED發(fā)光原理及顯示器結構LED(Light Em

16、itting Diode)發(fā)光二極管，利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料，當兩端加上正向電壓時，半導體中的載流子發(fā)生復合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED顯示屏則是將文字、圖像、動畫等各種靜態(tài)或動態(tài)信息，在由LED器件陣列組成的顯示屏上進行顯示。 常用的LED顯示器為8段，每一個段對應1個發(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顯示器結構2.2.2 LED顯示的設計該設計采用三個共陽極LED7段數(shù)碼管、三個PNP三極管和7個2K電阻組成顯示電路。其中的7條段選線分別與單片機的P0.0P0.7引腳相連。PNP管相當于LED管

17、開關通過寫在單片機中的程序來控制三個PNP管的e極，從而控制三極管的導通與閉合。對于三極管的位選控制是通過單片機的P2.5P2.7引腳來控制。在本次實習中所用的顯示方式為動態(tài)顯示方式，既在某一時刻，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閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示的段碼。這樣在同一時刻，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。下一時刻同樣只讓另一個位的信息顯示。如此循環(huán)，就可以使各位顯示出要的結果，所以在不同時刻顯示不同的字符，但是由于LED顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要間隔時間足夠短就可以造成多位同時亮的假象，達到同時顯示的效果。下圖為L

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應用系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預的主要手段。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別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動提供被按鍵的讀數(shù)，同時產(chǎn)生一選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時按鍵保護功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復雜，對于主機任務繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實用的方案。非編碼鍵盤：只簡單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識別，決定按鍵的讀數(shù)等僅靠軟件完成，故硬件較為簡單，但占用

19、CPU較多時間。有獨立式按鍵結構、矩陣式按鍵結構。2.3.2 鍵盤輸入的特點 1、鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關的集合。通常，鍵盤開關利用了機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號通過鍵盤開關機械觸點的斷開、閉合而選通。圖2-5 鍵盤開關 2、如何消除按鍵的抖動圖2-6 鍵盤抖動示意圖 抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5-10ms，這是一個很重要的參數(shù)。抖動過程引起電平信號的波動，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對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。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、通常采用軟件延時的方法：在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后，再確認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，則確認真正有鍵按下，進行相應處理工作，消除了抖動的影響。2.3.3 鍵盤接口的工作原理 常用鍵盤接口分為獨立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口。 1、獨立式鍵盤接口獨立式鍵盤就是各鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。如圖2-7 圖2-7獨立式鍵盤接口技術 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被按下了。 優(yōu)點：電路配置靈活，軟件結構簡單。 缺點：每個按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時，I/

21、O口浪費大，電路結構顯得復雜。 因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。分為中斷方式和查詢方式。也可以用擴展I/O口搭接獨立式按鍵接口電路，可采用8255擴展I/O口，用三態(tài)緩沖器擴展。這兩種配接方式，都是把按鍵當作外部RAM某一工作單元的位來對待，通過讀片外RAM 的方法，識別按鍵的工作狀態(tài)。 上圖所示獨立式按鍵電路，各按鍵開關均采用了上拉電阻，是為了保證在按鍵斷開時，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)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。如圖2-8所示。一個44的

22、行列結構可以構成一個16個按鍵的鍵盤。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要省很多的I/O口線。 圖2-8 行列式鍵盤結構 矩陣按鍵部分由16個輕觸按鍵按照4行4列排列，將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，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

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： 在確認有鍵按下后，即可進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，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鍵盤的設計在圖2-9中，利用五個開關組成一個簡易的鍵盤。其中的五條線分別與單片機的P2口的p2.0p2.4相連，另一端直接接地。通過對開關的控制來設置電機的轉速，并

24、在LED數(shù)碼管中顯示。五個鍵盤的作用分別是啟動、停止、移位、加、減當有按鍵按下時與單片機相連的引角出現(xiàn)低電平，這樣單片機就能判斷是否有按鍵按下。當按下啟動鍵時電路開始工作，按下停止鍵時電路停止工作。通過對鍵盤移位、加、減操作來設定需要調(diào)的轉速，并在LED數(shù)碼管中顯示。圖2-9鍵盤簡易電路2.4直流電機驅(qū)動測速電路設計2.4.1 電機驅(qū)動電路設計下圖為驅(qū)動電路的電路圖：圖2-10 驅(qū)動電路驅(qū)動模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機的I/O口不能直接驅(qū)動電機，只有引入電機驅(qū)動模塊才能保證電機按照控制要求運行。在這里驅(qū)動的電路由一個光電耦合器，一個三極管構成。光電耦合器是指用光來控制另一端

25、電路的動作.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)光二極管一個電流使其發(fā)光,另一端的接收二極管收到光后會有一定的導通變化,這個導通程度就會形成電流信號.從芯片P1.0接光電耦合器的一端，當輸出低電平時光電耦合器導通，當輸出為高電平時光電耦合器截止。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)流二極管起保護電機的作用。 2.4.2 電機測速電路設計 由于條件限制，在這里用紅外對管測速，具體電路如下。 圖2-11 測速電路在本系統(tǒng)中由于要將電機本次采樣的速度與上次采樣的速度進行比較，通過偏差進行運算，因此速度采集電路是整個系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設計中應用了比

26、較常見的光電測速方法來實現(xiàn)，其具體做法是將電機軸上固定一圓盤，且其邊緣上有N個等分凹槽如圖2-12（a）所示，在圓盤的一側固定一個發(fā)光二極管，其位置對準凹槽處，在另一側和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動機轉到凹槽處時，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每轉一圈在P3.3的輸出端就會產(chǎn)生N個低電平。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機此時轉速了。例如當電機以一定的轉速運行時，P3.3將輸出如圖2.-13所示的脈沖，若知道一段時間t內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為n，則電機轉速v=r/s。(a) (b)圖2-1

27、2 測速電路圖2.-13 傳感器輸出脈沖波形2.5 直流電機測速調(diào)速整體電路設計圖2-14 直流電機測速調(diào)速整體電路第3章 系統(tǒng)電源的設計3.1 電源的選擇對于現(xiàn)在一個電子系統(tǒng)來說，電源部分的設計也越來越重要，在某種意義上可以說電源電路的性能指標直接關系到設計成敗。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)壓電源和開關穩(wěn)壓電源兩類，各有不同的特點，考慮到紋波，效率，負載，線路結構等要求，本次設計采用+5伏的線性穩(wěn)壓電源。3.2 線性穩(wěn)壓+5伏的電源設計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，特點是外圍電路簡單，輸出電流最大可達1.5伏，下面以7805構成的+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 軟件設計4.1軟件開發(fā)環(huán)境在對程控放大器的程序進行編譯與調(diào)試時我們使用的keil uvision3軟件來進行編譯并且通過sstflashflex51軟件來進行對程序的寫入。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同時也是PK51及其它開發(fā)套件的一個重要組件，是一個窗口化的軟件開發(fā)平臺，它集成了功能強大的編

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/裝載器和十六進制文件轉換器）。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外，uVision3還提供了一個配置向?qū)Чδ?，加速了啟動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MCU，包括指令集、片上外圍設備及外部信號等。uVision3提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于MCU I/O引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。uVision3提供對多種最新的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，能加速嵌入式應用程

30、序開發(fā)過程: 1)功能強大的源代碼編輯器 2)可根據(jù)開發(fā)工具配置的設備數(shù)據(jù)庫 3)用于創(chuàng)建和維護工程的工程管理器 4)集匯編、編譯和鏈接過程于一體的編譯工具 5)用于設置開發(fā)工具配置的對話框 6)真正集成高速CPU及片上外設模擬器的源碼級調(diào)試器 7)高級GDI接口，可用于目標硬件的軟件調(diào)試和Keil ULINK仿真器的連接 8)用于下載應用程序到Flash ROM中的Flash編程器 9)完善的開發(fā)工具手冊、設備數(shù)據(jù)手冊和用戶向?qū)?.2 C51語言簡介主程序框圖 本次實習運用C語言編程來對單片機進行顯示的動態(tài)掃描控制、信號的傳輸轉換控制。1C語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活。2運算符豐富。共有3

31、4種。C把括號、賦值、逗號等都作為運算符處理。從而使C的運算類型極為豐富，可以實現(xiàn)其他高級語言難以實現(xiàn)的運算。3數(shù)據(jù)結構類型豐富。4具有結構化的控制語句。5語法限制不太嚴格，程序設計自由度大。6C語言允許直接訪問物理地址，能進行位（bit）操作，能實現(xiàn)匯編語言的大部分功能，可以直接對硬件進行操作。因此有人把它稱為中級語言。7生成目標代碼質(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。主流程圖在一個完整的系統(tǒng)中，只有硬件部分是不能完成相應設計任務的，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)運行過程設計出主程序流程如圖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接收設定值子程序中斷返回中斷1接收測量值子程序中斷返回計算PWM定時值定時中斷0、外中斷0測量計算轉速發(fā)送測量值有中斷返回定時中斷1系統(tǒng)時間記時、處理中斷返回屬于總控制器通過按鍵完成發(fā)送設定值 圖1 系統(tǒng)程序框圖4.3 系統(tǒng)程序設計思想用C語言進行了簡單編程，運用單片機對顯示模塊進行動態(tài)掃描編程，將從鍵盤得來的高低電平信息進行處理，得到相應的信號。51單片機產(chǎn)生PWM信號則是使用定時器1、0控制PWM信號的頻率，定時器T1控制PWM信號的占空比。本程序啟用了兩個定時器T0，T1，分別應用了兩個中斷服務程序，T1的定時方式要根據(jù)電機轉速的大小而定。程序中

33、，T0工作于方式1，因為方式1能夠通過修改定時器初值得到較寬頻率范圍的信號， 使用定時器T1控制PWM信號的占空比，采用查詢方式嵌套在 定時中斷服務子程序中，在T1定時器時段使輸出端為高電平 ，其它時段輸出低電平。編寫程序時要采用一段延時程序，本實驗應用了5個鍵盤，在使用鍵盤時應先去抖動，還應考慮到按鍵釋放的問題，而且要注意顯示數(shù)字的編碼不要錯誤。假設將TH0=0x00,TL0=0x00,TH1=0x80，TL1=0x00。那么當程序編譯無誤后，按下啟動鍵，會在示波器上顯示出方波。將產(chǎn)生的脈沖送到P1-0，由其提供給電機使其轉動。通過改變T0可以改變頻率的大小，改變T1可以實現(xiàn)改變占空比的大小

34、，即可以改變電機的轉速。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即可完成。第5章 可靠性及抗干擾設計簡介及測試出現(xiàn)的問題5.1干擾的來源 影響單片機測控系統(tǒng)正常工作的信號稱為噪聲，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，在測量通道中產(chǎn)生了干擾，就會使測量產(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入系統(tǒng)的， 竄入單片機系統(tǒng)的渠道主要有三條： 圖1干擾的渠道5.2 系統(tǒng)電源的抗干擾設計單單一臺高質(zhì)量的電源不足以解決干擾和電壓波動問題的，必須完整地設計整個電源供電系統(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，對于5A的供電系統(tǒng)，就會把電源電壓從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)上大功率設備啟停造成的瞬間干擾。濾波器市場上的產(chǎn)品有一級、二級濾波器之分，安裝時外殼要加屏蔽并良好接地，進出線要分開，防止感應和輻射耦合。低通濾波器僅允許50Hz交流電通過，對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)壓塊兩級穩(wěn)壓。目前市場上集成穩(wěn)壓塊有許多種，

36、如提供正電源的7805、7812、7820、7824以及提供負電壓的79系列穩(wěn)壓塊，它們內(nèi)部是多級穩(wěn)壓電路，采用兩級穩(wěn)壓，效果好。例如主機電源先用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，應使其與電源進線級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線分開走線。參考文獻1 李廣弟.單片機基礎. 北京：北京航空航天大學出版社，2001.8-102 徐君毅等.單片微型計算機原理及應用M上海：上?？茖W技術出版社，1988.21-893 康華光主編電子技術基礎,高等教育出版社第

37、五版,2006.14 李洋，張曉燕，田曉平編EDA技術實用教程M北京：機械工業(yè)出版社，2004.75 李國洪，沈明山，胡輝可編程器件EDA技術與實踐M北京：機械工業(yè)出版社，2004.76 趙雅興FPGA原理、設計與應用M天津：天津大學出版社，1999.47 張大明.單片微機控制應用技術.機械共工業(yè)出版社出版，2006.48 張毅剛.單片機原理及應用.高等教育出版社.2006.119 翟玉文等.電子設計與實踐. 中國電力出版社，2005.510 李杰. 51系列單片機輸出PWM的兩種方法DB/DL. 附 錄#include #include #include sbit P10=P10;sbit P11=P11;bit flag=0,flag_1=0;#define uchar un