基于H橋驅動直流電機調速系統(tǒng)電路的設計解讀

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 畢 業(yè) 設 計（論 文）題目：基于H橋控制的直流電機調速系統(tǒng)電路的設計 （英文）： Based on the H-bridge driver circuit of DC motor speed control system design 院 別： 自動化學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化（師范） 姓 名： 李玲弟 學 號： 28 指導教師： 楊 寧 日 期： 2013年5月 基于H橋控制的直流電機調速系統(tǒng)電路的設計摘要本文介紹了基于H橋驅動的直流電機調速系統(tǒng)，系統(tǒng)采用芯片LN298搭建H橋驅動電路，PWM調速信號由單片機AT89AC52提供，電機的驅動運轉控制由單片機

2、控制H橋，H橋再驅動直流電機。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、產生方法以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進行調節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細的闡述。此外，本文中還采用了芯片LN298作為直流電機正轉調速功率放大電路的驅動模塊。另外，本系統(tǒng)中使用了測速發(fā)電機對直流電機的轉速進行測量，經過濾波電路后，將測量值送到A/D轉換器，并且最終作為反饋值輸入到單片機進行PI運算，從而實現了對直流電機速度的控制。關鍵詞：PWM調速；H橋驅動；直流電機測速；數碼管顯示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橋控制的直流電機調速系統(tǒng)設計目的和意義1.1.1選題的目的和意義：在電氣時代的今天，電動機一直在現代化

7、的生產和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農業(yè)生產、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備中，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機。以前電動機大多使用繼電器實現雙向轉動以及由模擬電路組成的控制柜進行控制，現在普遍使用單片機控制H橋驅動電路實現電機正反轉取代模擬電路作為電機控制器。當前電機控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復雜化，現有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機的新型單片機控制器。1.1.2國內外研究現狀簡述：電動機的控制技術的發(fā)展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、電動控制技術、微機應用技術的最新發(fā)

8、展成果。正是這些技術的進步使電機控制技術在近20多年內發(fā)生了翻天覆地的變化，其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機和H橋驅動模塊為主的微處理器控制，形成數字和模擬的混合控制系統(tǒng)和純數字控制的應用，并曾向全數字化控制方向快速發(fā)展。而國外交直流系統(tǒng)數字化已經達到實用階段。1.1.3畢業(yè)設計（論文）所采用的研究方法和手段：根據市場需求和發(fā)展趨勢，本設計將介紹一種基于H橋驅動作為基礎、單片機內部時鐘產生PWM調速的直流電機轉速控制系統(tǒng)。首先對直流調速控制電路進行設計來實現對速度的控制、檢測、顯示；再對直流調速控制主回路進行設計，其采用了三相橋式全控整流電路；然后進行系統(tǒng)的軟件設計。1.2利

9、用H橋控制直流電機轉速系統(tǒng)的設計項目發(fā)展目前使用的電機模擬控制都比較復雜，測量范圍與精度不能兼顧，且采樣時間較長，難以測得瞬時轉速。本文介紹的電機控制系統(tǒng)利用PWM控制原理， 同時結合來采集電機轉速，并經單片機檢測后在顯示器上顯示出轉速值，而單片機則根據輸出的脈沖信號來分析轉速的過程量本系統(tǒng)同時設置有按鍵操作儀表，可用于調節(jié)電機的轉速。直流電機控制系統(tǒng)主要是以AT單片機為核心組成的控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)中的電機轉速與電機兩端的電壓成比例，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此，由MCU內部的可編程計數器陣列輸出PWM波，以調整電機兩端電壓與控制波形的占空比，從而實現調速。本系統(tǒng)通過紅外傳感器

10、來實現對直流電機轉速的實時監(jiān)測。系統(tǒng)的設計任務包括硬件和軟件兩大部分，其中硬件設計包括方案選定、電路原理圖設計、PCB繪制；軟件設計包括內存空間的分配，直流電機控制應用程序模塊的設計，程序調試等。1.3利用H橋控制的直流電機轉速系統(tǒng)的設計原理本系統(tǒng)先由單片機發(fā)出控制信號給H橋再驅動電機，同時通過傳感器檢測電機的轉速信號并傳送給單片機，單片機再通過軟件將測速信號與給定轉速進行比較，從而決定電機轉速，將當前電機轉速值送顯示。此外，也可以通過設置鍵盤來設定電機轉速。系統(tǒng)中的轉速檢測裝置由紅外傳感器組成，并通過反相器將高、低電壓互相轉換， 再以脈沖形式傳給單片機。這種設計方法具有頻率響應高(響應頻率達

11、20 kHz以上)、輸出幅值不變、抗電磁干擾能力強等特點。其中霍爾傳感器輸入為脈沖信號，十分容易與微處理器相連接，也便于實現信號的分析處理。單片機的T0口可對該脈沖信號進行計數。， 本系統(tǒng)的脈沖寬度調制( Width Modulation)原理是：脈沖寬度調制波由一列占空比不同的矩形脈沖構成 其占空比與信號的瞬時采樣值成比例。2直流電機調速控制概述 直流電機調速方法通常有機械的、電氣的、液壓的、氣動的幾種，僅就機械與電氣調速方法而言，也可采用電氣與機械配合的方法來實現速度的調節(jié)。電氣調速有許多優(yōu)點，如可簡化機械變速機構，提高傳動效率，操作簡單，易于獲得無極調速，便于實現遠距離控制和自動控制，因

12、此在生產機械中廣泛采用電氣方法調速。 由于直流電動機具有極好的運動性能和控制特性，盡管它不如交流電動機那樣結構簡單、價格便宜、制造方便、維護容易，但是長期以來，直流調速系統(tǒng)一直占據壟斷地位。所以，直流調速系統(tǒng)仍然是自動調速系統(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的場合，仍然廣泛采用直流調速系統(tǒng)。而且，直流調速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術的角度來看，它又是交流調速系統(tǒng)的基礎。2.1直流電機的工作原理 根據電磁學基本知識可知，載流導體在磁場中要受到電磁力的作用。如果導體在磁場中的長度，其中流過的電流為，導

13、體所在處的磁通密度為B，那末導體受到的電磁力的值為式（2-1） (2-1) 如圖2-1中N、S極下各根導體所受電磁力的方向，如圖中箭頭所示。電磁力對轉軸形成順時針方向的轉矩，驅動轉子而使其旋轉。由于每個磁極下元件中電流方向不變，故此轉矩方向恒定，稱為直流電動機的電磁轉矩。如果直流電動機軸上帶有負載，它便輸出機械能，可見直流電動機是一種將電能夠轉化成機械能的電氣裝置。 直流電動機是可逆的，他根據不同的外界條件而處于不同的運行狀態(tài)。當外力作用使其旋轉，駛入機械能時，電機處于發(fā)電機狀態(tài)，輸出電能；當在電刷兩端施加電壓輸入電能時，電機處于電動機狀態(tài)，帶動負載旋轉輸出機械能。圖1 直流電動機工作原理圖2

14、.2直流電機的調速特性 根據直流電機的結構分析可得到等效的模型，包括電樞繞組及其等效的電阻等。直流電動機的轉速n和其它參數的關系可用下式來表示： (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，是勵磁磁通。 (2-3)(2-3)式中：p-磁極對數，N是導體數，a是電樞支路數。 (2-4)(2-4)式中：當電機型號確定后，Ce為常數，故式式(2-1)改為 (2-5) 在中小功率直流電機中，電樞回路電阻非常小，式(2-5)中INRa項可省略不計，由此可見，當改變電樞電壓時，轉速n隨之改變，達到直流電機的調速的目的。改變直流電機電樞電壓，可通過PWM控

15、制的降壓斬波器進行斬波調壓。2.3直流電機的幾種調速方法 根據直流電機的基本原理，由感應電勢、電磁轉矩以及機械特性方程式可知，直流電動機的調速方法有三種： （1）調節(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，從電動機額定轉速向下變速，屬恒轉矩調速方法。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。變化遇到的時間常數較小，能快速響應，但是需要大容量可調直流電源。 （2）改變電動機主磁通。改變磁通可以實現無級平滑調速，但只能減弱磁通進行調速（簡稱弱磁調速），從電機額定轉速向上調速，屬恒功率調速方法。變化時間遇到的時間常數同變化遇到的相比要大得多，響應速度較慢，但所需

16、電源容量小。 （3）改變電樞回路電阻。在電動機電樞回路外串電阻進行調速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能進行有級調速，調速平滑性差，機械特性較軟；空載時幾乎沒什么調速作用；還會在調速電阻上消耗大量電能。改變電阻調速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調速性能要求不高或低速運轉時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調速范圍不大，往往是和調壓調速配合使用，在額定轉速以上作小范圍的升速。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調速為主，必要時把調壓調速和弱磁調速兩種方法配合起來使用。 調節(jié)電樞供電電壓或者改變勵磁磁通，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）旋轉變

17、流機組。用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。 （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，產生可調的直流電壓。 （3）直流斬波器（脈寬調制變換器）。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制的方法產生可調的直流平均電壓。旋轉變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機拖動直流電動機實現變流，由發(fā)電機給需要調速的直流電動機供電，調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調節(jié)電動機的轉速。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機的轉向都隨著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現的。該系統(tǒng)需要旋轉變流機組，至少包含兩臺與調速電動機容量

18、相當的旋轉電機，還要一臺勵磁發(fā)電機，設備多、體積大、費用高、效率低、維護不方便等缺點。且技術落后，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)是當今直流調速系統(tǒng)的主要形式。它可以是單相、三相或更多相數，半波、全波、半控、全控等類型，可實現平滑調速。V-M系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。它的另一個缺點是運行條件要求高，維護運行麻煩。最后，當系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數很低，并產生較大的諧波電流危害附近的用電設備。圖2 晶閘管電動機調速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)） 直流斬波器又稱直流調壓器，是利用開關器件來實現通斷控制，將直

19、流電源電壓斷續(xù)加到負載上，通過通、斷時間的變化來改變負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，現廣泛應用于地鐵、電力機車、城市無軌電車以及電瓶搬運車等電力牽引設備的變速拖動中。 圖3為直流斬波器的原理電路和輸出電壓波型，圖中VT代表開關器件。當開關VT接通時，電源電壓U。加到電動機上；當VT斷開時，直流電源與電動機斷開，電動機電樞端電壓為零。如此反復，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，而是工作在開關狀態(tài)。當晶閘管被觸發(fā)導通時，電源電壓加到電動機上，當晶閘管關斷時，直流電源與電動機斷開，電動機經二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導通時間，即通過改變脈沖寬度來進行直流調速。2.3.2 PWM調速系統(tǒng)的優(yōu)點 與V-M系統(tǒng)相比，PWM調速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： （1）由于PWM調速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬，可達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，電動機的損耗和發(fā)熱都比較小。 （2）同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗擾能力強。 （3）由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率較高。脈寬調速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調制式變換器，簡稱PWM變換器。脈寬調速也可通過單片機控制繼電器的閉合來實現，但是驅動能力有限。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。2.4直流電機調速PWM信號形成原理 PWM信號是由脈寬調制器（一個電壓脈沖變換裝置）生成的，常用的脈寬調制器有以下幾種：用鋸齒波或三角波作調制信號的脈寬調制器；用多諧振蕩器和單穩(wěn)

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

23、。2.4.1 直流電機電樞的PWM調壓調速原理 直流電機轉速n的表達式為式（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電動機結構參數。 本設計采用電樞控制方法。對電動機的驅動離不開半導體功率器件。在對直流電動機電樞電壓的控制和驅動中，對半導體功率器件的使用可分為兩種方式：線形放大驅動方式和開關驅動方式。實際生活中，絕大多數直流電動機采用開關驅動方式/開關驅動方式是使半導體功率器件工作在開關狀態(tài)，通過脈寬調制PWM來控制電動機電樞電壓，實現調速。2.4.2 脈寬調制占空比調節(jié) 脈寬調制即PWM控制就是對脈沖寬度進行調制的技術，即通過對一系列的脈沖寬度進

24、行調制，來等效地獲得所需波形。圖2-5是利用開關管對直流電動機進行PWM調速控制原理圖和輸入輸出電壓波形。在圖2-5(a)中，當開關管MOSFET的柵極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓。秒后，柵極變?yōu)榈碗娖?，開關管截止，電動機電樞兩端電壓為0。秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關管的動作重復前面的過程。這樣，對應者輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖2-5(b)所示。電動機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調速控制原理和電壓波形圖 占空比表示了在一個周期T里，開關管導通的時間與周期的比值。的變化范圍為?？芍?，當

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，從而達到調速的目的，這就是PWM調速原理。 在PWM調速時，占空比是一個重要的參數，以下三種方法都可以改變占空比的值。 （1）定寬調頻法。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）調寬調頻法。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）定頻調寬法。這種方法是使周期T(或頻率)保持不變，而同時改變和。 前兩種方法由于在調速時改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此這兩種方法很少用。目前，在直流

26、電動機控制中，主要使用定頻調寬法。2.4.3 PWM控制信號產生的方法 （1）分立電子元件組成的PWM信號電路。它是最早期的方法，現在已被淘汰了。 （2）軟件模擬法。利用單片機的一個I/O引腳，通過軟件對該引腳不斷地輸出高低電平來實現PWM波輸出。這種方法要占用CPU大量時間，使單片機無法進行其它工作，因此也逐漸被淘汰。 （3）專用PWM集成電路。從PWM控制技術出現之日起，就有芯片制造商生產專用的PWM集成電路芯片，現在市場上已有許多中。這些芯片除了有PWM信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調節(jié)功能、保護功能等。在單片機控制直流電動機中，使用專用的 PWM集成電路可以減輕單片機的負擔，工作可靠。

27、（4）單片機的PWM。新一代單片機增加了許多功能，其中包括PWM功能。單片機通過初始化設置，使其能自動地發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比是CPU才進行干預。 根據直流電動機的轉矩（電流）與轉速的關系，可以做一個圖來表示電動機運行狀態(tài)，如圖6所示。從圖中可以看出，第一象限是電動機正轉運行狀態(tài)；第三象限是電動機反轉運行狀態(tài)；第二和第四象限分別是電動機反轉和正轉時再生制動運行狀態(tài)。電動機能在幾個象限內工作與控制方式和電路結構有關。如果電動機在4個象限上都能運行，說明電動機的控制功能比較強。圖6 電動機4個運行象限3系統(tǒng)元器件介紹3.1單片機的選型：Wln$L AT89C52是51系列單片機的一個型

28、號，它是ATMEL公司生產的。 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。3.1.1主要特性： 1、兼容MCS51 2、8kB可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM； 3、32個雙向I/O口； 4、256x8bit內部RAM； 5、3個16位可編程定時/計數器中斷；

29、6、時鐘頻率0-24MHz； 7、2個串行中斷，可編程UART串行通道； 8、2個外部中斷源，共8個中斷源； 9、2個讀寫中斷口線，3級加密位； 10、低功耗空閑和掉電模式，設置睡眠和喚醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求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)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數據RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會

30、聚測試圖控制，紅外遙控信號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）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，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 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。 P0口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。 P1是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出

32、電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數器2 的外部計數輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），參見表1。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低8 位地址。表1 P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2，時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數器2） P2是一個帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個

33、TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。 P3口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“1”

34、時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，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 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，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 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。對

35、Flash 存儲器編程期間，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，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效。 PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（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，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當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部時鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。3.2 電機驅動H橋選型 該驅動電路采用了LN298芯片，LN298是雙全橋步進電機專用驅動芯片。 L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產的雙全橋步進電機專用驅動芯

37、片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內部包含4信道邏輯驅動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅動器，可同時驅動2個二相或1個四相步進電機，內含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號，但在本驅動電路中用L297 來提供時序信號，節(jié)省了單片機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 接來控制負載的電路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之間分別接2 個

38、步進電機；input1input4 輸入控制電位來控制電機的正反轉；Enable 則控制電機停轉。圖8 L298引腳圖3.3紅外對管紅外線對射管的驅動分為電平型和脈沖型兩種驅動方式，本設計中紅外傳感器選用電平驅動方式，如圖9所示。圖9 紅外對管對射管測速傳感器一般又紅外線發(fā)射與接收系統(tǒng)組成。圓盤隨被測軸旋轉時，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，其反向電阻很低，于是輸山一個電脈沖信號。光源被遮擋物遮住時，光電管反向電阻很大，輸出端就沒有信號輸出。這樣，根據圓盤上被遮擋次數即可測出被測軸的轉速。紅外發(fā)射管和紅外接收管廣泛應用于遙控、自控、檢測、計數等多個領域已成為備受關注的常用

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，外加正向偏壓向PN結注入電流激發(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，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。當電壓越過正向閾值電壓（約0.8V左右）電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、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)熱所產生的環(huán)境溫度升高）會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設計和選擇時應注意的問題。紅外發(fā)光二極管最大輻射強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。輻射強度為最大值的50%的角度稱為半強度輻射角。不同封裝工藝型號的紅外發(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、負電極時。可觀察紅外發(fā)光二極管兩個引腳長短，通常長引腳為正極，短引腳為負極。因紅外發(fā)光二極管呈透明狀，所以管殼內電極清晰可見，內部電極較寬較大的一個為負極，而較窄且小的一個為正極。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、正向電阻應在30k左右，反向電阻應在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，僅從外觀上有時較難分辨，可用觀察和測量方法識別管腳極性。若從外觀上識別，常見的紅外接收二極管外觀顏色呈黑色。識別引腳時，面對受光窗口，從左至右，分別為正極和負極。另外，在紅外接收二極管的管體頂端有一個小斜切平面，通常帶有此斜切平面一端的引腳為負極，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、負電極的方法進行檢查，即交換紅、黑表筆兩次測量管子兩引腳間的電阻值，正常時，所得阻值應為一大一小。以阻值較小的一次為準，紅表筆所接的管腳為

42、負極，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集成塊及若干電阻電容等元件組成，并且需要封裝在一個金屬屏蔽盒里，雖然電路比較復雜，體積卻很小，還不及一個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），密封性好，靈敏度高，并且價格低廉，市場售價只有幾元錢。它僅有三條管腳，分別是電源正極、電源負極以及信號輸出端，其工作電壓在5V左右.只要給它接上電源即是一個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,解調幾大部分,要求

43、輸入信號需是已經被調制的信號。經過它的接收放大和解調會在輸出端直接輸出原始的信號。從而使電路達到最簡化！靈敏度和抗干擾性都非常好，可以說是一個接收紅外信號的理想裝置。帶遙控功能的家用電器中所采用的紅外接收頭型號繁多，維修中常遇到無法購得原型號接收頭的情況，只能尋找代換品。實際上無論何種型號的接收頭均可采用常見型號代換。代換時主要應注意如下幾點： 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的任一型號代換，亦可用體積更小的型號代換。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：（接收面左側起）地、信號輸出、電源；電源、地

44、、信號輸出；地、電源、信號輸出等幾種形式，代換時應仔細區(qū)分。對于引腳順序相同的可直接按順序接入，如引腳順序不對，則可用細導線引接。注意地線與電源線切不可接反，否則通電后會接收立刻損壞。3.接收頭中心頻率應與遙控發(fā)射器頻率相同。大多數紅外接收頭解調中心頻率為，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以上則會出現遙控不靈現象，此時可通過更換遙控發(fā)射器的晶體振子來解決。常見為455KHz晶振（對應發(fā)射頻率38KHz），其他有429KHz、432KHz、445KHz、465KHz、480KHz等型號的晶

45、振，相對應的發(fā)射頻率分別為36KHz、36KHz、37KHz、39KHz、40KHz。4.信號極性。大多數遙控接收頭輸出信號極性為負極性，即輸出端在無信號時為高電位（一般為4.85.0V），接收到信號后信號輸出端電壓下降。但也有少數接收頭輸出信號為正極性，如松下TC-2180、M25等彩電的紅外接收頭，若用常見型號接收頭直接代換，則無法遙控，對于此種情況可在信號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鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結合單片機內部的電路，產生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立

46、在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機械能相互轉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精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，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)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個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；實際的晶振交流等效電路如圖11b，其中Cv是用來調節(jié)振蕩頻率，一般用變容二極管加上不同的反偏電壓來實現，這也是壓控作用的機理；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槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個電容串聯(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變化時對整個槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實際上，由于C1很小(1E

48、-15量級)，Co不能忽略(1E-12量級，幾PF)。所以，Cv變大時，降低槽路頻率的作用越來越小，Cv變小時，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，最后導致停振。通過晶振的原理圖你應該大致了解了晶振的作用以及工作過程了吧。采用泛音次數越高的晶振，其等效電容C1就越??；因此頻率的變化范圍也就越小。微控制器的時鐘源可以分為兩類：基于機械諧振器件的時鐘源，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單片機的+5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個腳，這個電壓有明顯變化，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，這里面又分四個焊點和二個焊點的。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的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類，無源晶振需要芯片內部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據起

50、振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準，信號質量也較無源晶振要好。因價格等因素，實際應用中多采用無源晶振設計的電路居多，除非電路設計時序極其敏感或芯片內部無振蕩器的情況（如一些型號的DSP或精密儀器中）。 每種芯片的手冊上都會提供外部晶振輸入的標準電路，會表明芯片的最高可使用頻率等參數，在設計電路時要掌握。與計算機用CPU不同，單片機現在所能接收的晶振頻率相對較低，但對于一般控制電路來說足夠了。另外說明一點，可能有些初學者會對晶振的頻率

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，這個問題解釋起來比較麻煩，如果初學者在練習串口編程的時候就會對此有所理解，這種晶振主要是可以方便和精確的設計串口或其它異步通訊時的波特率。3.5 四位數碼管 四位（圖12所示）是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是。能顯示4個數碼管叫四位數碼管。數碼管按段數分為和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個發(fā)光單元（多一個小數點顯示）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數碼管。共陽數碼管在應用時應將公共極COM接到+5V，當某一字

52、段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數碼管。共陰數碼管在應用時應將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。圖12 4位數碼管3.5.1 4位數碼管的驅動方式1、靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態(tài)顯示則需

53、要58=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。2、數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。

54、通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(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位數碼管的引腳圖 4位數碼管的引腳圖如圖13所示圖13 4位數碼管的引腳圖3.5.3 4位數碼管的參數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：長數碼管正放時，水平

55、方向的長度；寬數碼管正放時，垂直方向上的長度；高數碼管的厚度。時鐘點：四位數碼管中，第二位8與第三位8字中間的二個點。一般用于顯示時鐘中的秒。3.5.4 4位數碼管區(qū)分共陰陽極的方法首先數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環(huán)節(jié)。下面是一張四位一體數碼管引腳分布圖4位一體數碼管，其內部段已連接好，引腳如圖所示（正面朝自己，小數點在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP為段引腳，1、2、3、4分別表示四個數碼管的位。 。 。 。 。 。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直流電機調速系統(tǒng)電路設計 系統(tǒng)采用AT89C52單片機作為控制器，H