基于AT89C51直流電機PWM調速系統(tǒng)設計

1、第一章緒論21.概述21.1直流電機的特點及應用和控制前景21.2直流調速的發(fā)展32.直流電動機原理42.1直流電機的基本工作原理42.2直流電機的電器特性5第二章直流電機的控制方案設計62.3直流電動機的調速方法62.3.1 PWM調速設計102.3.2直流電機控制結構圖11第三章直流電機調速硬件設計123.1最小系統(tǒng)設計123.1 .1AT89C51介紹123.2 .2系統(tǒng)時鐘的設計163.3 .3系統(tǒng)復位方式163.2電源電路的設計173.2.1芯片介紹173.2.2電源電路圖183.3顯示電路設計183.1.1 78LS48芯片介紹183.1.2顯示電路圖193.4鍵盤電設計193.5

2、驅動電路設計203.5.1 L298N芯片介紹203.5.4驅動電路20第四章直流電機轉速控制程序設計214.1主程序流程圖214.2鍵盤掃描流程圖224.3中斷程序流程圖23第五章結論與展望235.1結論235.2展望錯誤！未定義書簽。致謝錯誤！未定義書簽。參考文獻24英文摘要24附錄（主程序及原理圖）25基于AT89C51的直流電動機PW硼速系統(tǒng)設計摘要：文章設計了以單片機AT89C51和L298N控制的直流電機脈寬調制(PWM調速系統(tǒng)。主要介紹了用單片機軟件實現PW硼整電機轉速的基本方法，給出了程序流程圖、Keic51程序。硬件電路實現了對電機的正轉、反轉、急停、加速、減速控制以及PWM

3、勺占空比在四位LED上的實時顯示。關鍵字：單片機，調速，直流電動機，PWM控制第一章緒論1.概述1.1直流電機的特點及應用和控制前景電機是把電能轉換成機械能的裝置。電機的種類繁多，如果按電源類型分，可分為直流電機和交流電機兩大類。常見的直流電機包括有刷電機、無刷電機、步進電機等。直流有刷電機是所有電機的基礎，它具有啟動快、制動及時、可在大范圍內平滑地調速、控制電路相對簡單等特點。歷來是自動控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，在軋鋼及其輔助機械、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、大型起重機、金屬切削機床、造紙機、紡織機械等領域中得到了廣泛的應用。換向器是直流電機的主要薄弱環(huán)節(jié)，它使直流電機的單機容量、過載能力、

4、最高電壓、最高轉速等重要指標都受到限制，也給直流電機的制造和維護添了不少麻煩。然而，鑒于直流拖動控制系統(tǒng)的理論和實踐都比較成熟，直流電機仍在廣泛的使用。因此，長期以來，在應用和完善直流拖動控制系統(tǒng)的同時， 人們一直不斷在研制性能與價格都趕得上直流系統(tǒng)的交流拖動控制系統(tǒng)，近年來，在微機控制和電力電子變頻裝置高度發(fā)展之后，這個愿望終于有了實現的可能。電動機控制技術的發(fā)展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、自動控制技術；特別是微控制器技術，現代控制技術是以微控制器為核心的技術，由此構成的控制系統(tǒng)成為當今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已取代常規(guī)的模擬檢測、調節(jié)、顯示、記錄等儀器設備和很大部分操作

5、的人工職能，使受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定方式和技術運行，以完成各種控制、操作管理等任務。近幾年來，這種嵌入式系統(tǒng)在肩同、通信、工業(yè)、儀器、等領域的廣泛應用，現代控制技術已深入各行業(yè)的諸多領域。進入90年代以來，由于計算機技術的飛速發(fā)展，推動數控技術更快的更新換代。世界上許多數控系統(tǒng)生產廠家利用PC機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結構的新一代數控系統(tǒng)。開放式體系結構使數控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應性、擴展性，并向智能化、網絡化方向大大發(fā)展。正是這些技術的進步使電動機控制技術在近20年內發(fā)生了很大的變化。其中，電動機控制策略的模擬實現正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器、FPGA/CPL.D通用計

6、算機、PWF制技術等現代手段構成的數字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。應用先進控制算法， 開發(fā)全數字化的智能控制運動控制系統(tǒng)將成為新一代控制系統(tǒng)設計方向。1.2直流調速的發(fā)展直流電動機調速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動機供電， 通過改變電樞回路中的電阻來實現調速。這種方法簡單易行、設備制造方便、價格低廉；但缺點是效率低、機械特性軟，不能得到較寬和平滑的調速性能，所以目前極少采用。該法只適用在一些小功率且調速范圍要求不大的場合。20世紀30年代末期，出現了發(fā)電機-電動機（也稱為旋*$變流組），配合采用磁放大器、電機擴大機、 閘流管等控制器件， 可獲得優(yōu)良的調速性能， 如有較寬的調速范圍 （十比一至數

7、十比一）、較小的轉速變化率和調速平滑等，特別是當電動機減速時，可以通過發(fā)電機非常容易地將電動機軸上的飛輪慣量反饋給電網，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機、電動機調速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調速電動機相當的旋轉電機和一些輔助勵磁設備。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。自出現汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機、電動機系統(tǒng)，使調速性能指標又進一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點：維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護人員會造成一定的危害等。1957年，世界上

8、出現了第一只品閘管，與其它變流元件相比，品閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而品閘管直流調速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力。由于它具有體積小、響應快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用品閘管供電，不僅使直流調速系統(tǒng)經濟指標上和可靠性有所提高，而且在技術性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數在10000以上，比機組（放大倍數10）高1000倍，比汞弧變流器（1000）高10倍；在響應快速性上，機組是秒級，而品閘管變流裝置為毫秒級。從20世紀80年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了己往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進。同時，控制電路已經實現高集成化、

9、小型化、高可靠性及低成本。以上技術的應用，使直流調速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大，直流調速技術不斷發(fā)展。近年來，隨著得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，由晶閘管變流器供電的直流電動機調速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機-電動機調速系統(tǒng)，它的調速性能也遠遠地超過了發(fā)電機-電動機調速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術以及計算機技術的飛速發(fā)展，使直流電動機調速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代品閘管，出現了性能更好的直流調速系統(tǒng)，出現了微控制器技術，現代控制技術是以微控制器為核心的技術，由此構成的控制系統(tǒng)成為當今工業(yè)

10、控制的主流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已取代常規(guī)的模擬檢測、調節(jié)、顯示、記錄等儀器設備和很大部分操作的人工職能， 使受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定方式和技術運行，以完成各種控制、操作管理等任務。這種嵌入式系統(tǒng)在肩同、通信、工業(yè)、儀器、等領域的廣泛應用。正是這些技術的進步使電動機控制技術在近20年內發(fā)生了很大的變化。其中，電動機控制策略的模擬實現正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器、通用計算機、PWM空制技術等現代手段構成的數字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。應用先進控制算法，開發(fā)全數字化的智能控制運動控制系統(tǒng)將成為新一代控制系統(tǒng)設計方向使得直流電機調速系統(tǒng)的研究得到了更深的發(fā)展。2 .直流電動機原理2.1直流電機的基本工作

11、原理直流電機由永久磁鐵、電樞、換相器等組成。如圖1-1和圖1-2所示，上下是兩個固定的永久磁鐵，上面是N極，下面是S極，磁力線從N到So兩極之間是一段可旋轉的導體abcd,稱為電樞。 電樞的ab段與cd段分別接到兩個互不接觸的半圓形金屬片上，這兩個金屬片稱為換向器。如圖2-1所示，在換向器的AB兩端上加上一個上正下負的直流電壓，電流由a到b,由c到d。根據左手定則，ab段在自上而下的磁力線作用下，向左移動，cd段向右移動。在這兩個力的作用下，abcd電樞開始逆時針旋轉，因為換向器和電樞固定在一起，它也跟著轉動。圖1-1直流電動機工作原理（1）圖1-2直流電動機工作原理(2)當電樞轉過180時如

12、圖1-2所示，cd段在上方，ab段在下方，電流由d到c,由b到a。根據左手定則，cd段在自上而下的磁力線作用下，向左移動，ab段向右移動，即電樞繼續(xù)往逆時針旋轉方向旋轉。當電樞再轉過180后，變回圖1-1的情況，電機繼續(xù)重復地轉動。如果把AB兩端的電壓方向反過來，電樞將順時針旋轉，原理同上。2.2直流電機的電器特性圖1-3為直流電機的等效電路圖。 電源Eb給電機供電， 產生電流Iao電機在運轉過程中等效于電阻Ra和反向電動勢Ec串接起來。其中Ra為電樞等效電阻；Ec為電樞旋轉時產生的反向電動勢，它和轉速成正比，轉速越快，反向電動勢越大。圖1-3直流電機的等效電路根據圖1-3列出了如下公式：Eb

13、=RaIa+Ec(1-1)上面已經說過，反向電動勢和轉速成正比，具體關系為：Ec=CE：N式中CE是電動勢常數，6是氣隙磁通，它們都是電機的固有常數另外，電機的電流1a和電機的輸出轉矩T成正比。具體關系為:T=C”a式中0T是電磁轉矩常數，它是電機的固有常數。(1-2)(1-3)第二章直流電機的控制方案設計2.3直流電動機的調速方法直流電動機分為有換向器和無換向器兩大類。直流電動機調速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動機供電， 通過改變電樞回路中的電阻來實現調速。 這種方法簡單易行、設備制造方便、價格低廉；但缺點是效率低、機械特性軟，不能得到較寬和平滑的調速性能。該法只適用在一些小功率且調速范

14、圍要求不大的場合。30年代末期，發(fā)電機-電動機系統(tǒng)的出現才使調速性能優(yōu)異的直流電動機得到廣泛應用。這種控制方法可獲得較寬的調速范圍、較小的轉速變化率和平滑的調速性能。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。近年來，隨著電力電子技術的迅速發(fā)展， 由晶閘管變流器供電的直流電動機調速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機-電動機調速系統(tǒng)， 它的調速性能也遠遠地超過了發(fā)電機-電動機調速系統(tǒng)。 特別是大規(guī)模集成電路技術以及計算機技術的飛速發(fā)展， 使直流電動機調速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代品閘管，出現了性能更好的直流調速系統(tǒng)。直流電動機的轉速

15、n和其他參量的關系可表示為：n_Ua|aRan-CE（2-1）式中Ua電樞供電電壓（V）;1a電樞電流（A）;勵磁磁通（Wb）;Ra電樞回路總電阻（。）；_4pNCE電勢系數，CE60,p為電磁對數，N為導體數。由式（2-1）可以看出，式中Ua、Ra、6三個參量都可以成為變量，只要改變其中一個參量，就可以改變電動機的轉速，所以直流電動機有三種基本調速方法：(1)改變電樞回路總電阻Ra;(2)改變電樞供電電壓Ua;(3)改變勵磁磁通。1.改變電樞回路電阻調速各種直流電動機都可以通過改變電樞回路電阻來調速，如圖2-1(a)所示。此時轉速特性公式為nUaIa(RaRw)(2-2)式中Rw為電樞回路中

16、的外接電阻(R=(Ra+Rw)增大，電動機轉速就降低。其機械特性如圖2-1(b)所示。工的改變可用接觸器或主令開關切換來實現。圖2-1改變電樞電阻電路圖口riuriu圖2-1(b)改變電樞電阻調速時的機械特性這種調速方法為有級調速，調速比一般約為2:1左右，轉速變化率大,輕載下很難得到低速，效率低，故現在已極少采用。2.改變電樞電壓調速(1)采用發(fā)電機-電動機組調速方法如圖2-2(a)所示，通過改變發(fā)電機勵磁電流1f來改變發(fā)電機的輸出電壓當負載一定時，隨著申入的外接電阻Rw的增大，電樞回路總電阻U從而改變電動機的轉速no在不同的電樞電壓U時，其得到的機械特性便是一簇完全平行的直線，如圖2-2(

17、b)所示。改變發(fā)電機勵磁電流的方向，U的極性和n的轉向都更這改變，就可以使系統(tǒng)很方便地工作在任意四個象限內。圖2-2(a)G-M直流調速系統(tǒng)圖2-2(b)G-M機械特性由圖可知，這種調速方法需要兩臺與調速電動機容量相當的旋轉電機和另一臺容量小一些的勵磁發(fā)電機，因而設備多、體積大、費用高、效率低、安裝需打基礎、運行噪聲大、維護不方便。為克服這些缺點，50年代開始采用水銀整流器(大容量)和閘流管這樣的靜止交流裝置來代替上述的旋轉變流機組。 目前已被更經濟、可靠的晶閘管變流裝置所取代。(2)采用晶閘管變流器供電的調速方法圖2-3(b)V-M調速系統(tǒng)機械特性有晶閘管變流器供電的調速電路如圖2-3(a)

18、所示。通過調節(jié)觸發(fā)器的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現平滑調速。在此調速方法下可得到與發(fā)電機-電動機組調速系統(tǒng)類似的調速特性。 具開環(huán)機械特性示于圖2-3(b)中。圖2-3(b)中的每一條機械特性曲線都由兩段組成，在電流連續(xù)區(qū)特性還比較硬，改變延遲角a時，特性呈一簇平行的直線，它和發(fā)電機-電動機組供電時的完全一樣。但在電流斷續(xù)區(qū)，則為非線性的軟特性。這是由于品閘管整流器在具有反電勢負載時電流易產生斷續(xù)造成的。變電樞電壓調速是直流電機調速系統(tǒng)中應用最廣的一種調速方法。在此方法中，由于電動機在任何轉速下磁通都不變，只是改變電動機的供電電壓，因而在額定電流下，如果不考慮低速下

19、通風惡化的影響(也就是假定電動機是強迫通風或為封閉自冷式)，則不論在高速還是低速下，電動機都能輸出額定轉矩，故稱這種調速方法為包轉矩調速。這是它的一個極為重要的特點。如果采用反饋控制系統(tǒng)，調速范圍可達50:1150:1,甚至更大。(3)采用大功率半導體器件的直流電動機脈寬調速方法PWMt寬調制)是利用功率開關器件通斷實現控制，調節(jié)通斷時間比例，將固定的直流電源電壓變成平均值可調的直流電壓。脈寬調速系統(tǒng)出現的歷史久遠，但因缺乏高速大功率開關器件而未能及時在生產實際中推廣應用。近年來，由于大功率晶體管（GTR）,特別是IGBT功率器件的制造工藝成熟、成本不斷下降，大功率半導體器件實現的直流電動機脈

20、寬調速系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展，目前其最大容量已超過幾十兆瓦數量級。本設計因使用小容量直流電機，故采用第三種調速方法即PWMI制技術，實現基于AT89C51的直流電機的速度控制。3.改變勵磁電流調速當電樞電壓恒定時，改變電動機的勵磁電流也能實現調速。由式1可看出，電動機的轉速與磁通?。ㄒ簿褪莿畲烹娏鳎┏煞幢?，即當磁通減小時，轉速n升高；反之， 則n降低。 與此同時， 由于電動機的轉矩Te是磁通中和電樞電流1a的乘積 （即Te=CTIa）,電樞電流不變時，隨著磁通的減小，其轉速升高，轉矩也會相應地減小。所以，在這種調速方法中，隨著電動機磁通中的減小，具轉矩升高，轉矩也會相應地降低。在額定電壓和額定電流

21、下，不同轉速時，電動機始終可以輸出額定功率，因此這種調速方法稱為包功率調速。為了使電動機的容量能得到充分利用，通常只是在電動機基速以上調速時才采用這種調速方法。采用弱磁調速時的范圍一般為1.5:13:1,特殊電動機可達到5:1。這種調速電路的實現很簡單，只要在勵磁繞組上加一個獨立可調的電源供電即可實現.2.1.1 PWM調速設計調速采用PWMPulseWidthModulation）脈寬調制，工作原理：通過產生矩形波，改變占空比，以達到調整脈寬的目的。PWMJ定義：脈寬調制（PWM）是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領

22、域中。模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于9V,而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實數值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內。 模擬信號與數字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預先確定的可能取值集合之內，例如在0V,5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變小；流經這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅動揚聲器的電流值，使音量相應變大或變小。與收音機一樣，模擬10電路的輸

23、出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經濟或可行的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調節(jié)。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設備）和昂貴。模擬電路還有可能嚴重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感， 任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。 通過以數字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經在芯片上包含了PWM控制器，這使數字控制的實現變得更加容易了。設計方案主要包括四個模塊：單片機控制模塊，L298N驅動模塊，占空比顯示模塊，運行方

24、式設置模塊。2.1.2直流電機控制結構圖圖2-4直流電機控制結構圖11第三章直流電機調速硬件設計3.1最小系統(tǒng)設計3.1.1AT89C51介紹AT89C51是美國ATME公司生產的AT89系列單片機中的一種，它與MCS51系列的許多機種都具有兼容性，并具有廣泛的代表性。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS骯微處理器，俗稱單片機。AT89C205吐一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用A

25、TMEI密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPUF口閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATME的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C205促它的一種精簡版本。AT89cl片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的特點與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán)數據保留時間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128X8位內部RAM32可編程I/O線兩個16位定時器/計數器5個中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路引腳定義及功能AT89C5侑

26、40條引腳，與其他51系列單片機引腳是兼容的。這40條引腳可分為I/O端口線、電源線、控制線、外接晶體線四部分。其封裝形式有兩種：雙列直插封裝(DIP)形式和方形封裝形式，如圖3-1所示。12圖3-1AT89C51引腳主電源引腳VCC供電電壓（+5V）oGND接地。I/O端口功能P0口：P0口有八條端口線，命名為P0.0P0.7,其中P0.0為低位，P0.7為高位。每條線的結構組成如圖3-2所示。它由一個輸出鎖存器，兩個三態(tài)緩沖器，輸出驅動電路和輸出控制電路組成。P0口是一個三態(tài)雙向I/O口，它有兩種不同的功能，用于不同的工作環(huán)境。P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流

27、。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口有八條端口線，命名為P1.0P1.7,每條線的結構組成如圖3-3所示。P1口是一個準雙向口，只作普通的I/O口使用，其功能與P0口的第一功能相同。作輸出口使用時，由于其內部有上拉電阻，所以不需外13接上拉電阻；作輸入口使用時，必須先向鎖存器寫入“1”，使場效應管T謬毒Pl.fcri.t=P1UPl.fcri.t=P1Uriri.a=Pl.a=Pl.3=3=R3Tt_

28、R3Tt_(R(RXD*3Efi:XD*3Efi:(T3CT(T3CTK K爐電T TCTTTTOCTTTTO；iPlzaiPlzarTTTTLWJ-3rTTTTLWJ-3CT0JP3iS=CT0JP3iS=cTixpacTixpacrcri-WTtiPSuS.ii-WTtiPSuS.i1 1E ET-iiP3T-iiP3cE:cE:-3CT.AUE=JCTALtJCTALtz zEnn=E=n=n-iaoAI7lolil4lll力(t窖a an ng g_ _EMU一CQEJndnfCQEJndnf_ _ _inin口)_sn-sn- / /01234507012345073737二I單-

29、-iPO.OCAMj=jPn.7(iPO.OCAMj=jPn.7(AI7)AI7)J2J231313-03-02525= =&LET&LET”？canPUEH=ilJ./rAA5canPUEH=ilJ./rAA5j=pa.ecAi4)zzirj.jj=pa.ecAi4)zzirj.jrAUirAUiT一箕三=|鼠=三u&IsH一宜邑u uu u晝工HUOHg工局工置ulfwFFrppppppFFrpppppp.flnoouoo.flnoouoo截止，然后才能讀取數據。P1是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，

30、被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASHY程和校驗時，P1作為第八位地址接收。P2口:P2口有八條端口線，命名為P2.0P2.7,每條線的結構如圖3-4所示。P2也是一個準雙向口，它有兩種使用功能：一種是當系統(tǒng)不擴展外部存儲器時，作普通I/O使用，其功能和原理與P0第一功能相同，只是作為輸出口時不需外接上拉電阻；另一種是當系統(tǒng)外擴存儲器時，P2口作系統(tǒng)擴展的地址總線口使用，輸出高8位的地址A7A15,與P0口第二功能輸出的低8位地址相配合，共同訪問外部程序或數據存儲器(64KB),但它只確定地址并不能像P0口那樣還可以傳送存儲器的

31、讀寫數據。P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2在FLASH程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口:P3口有八條端口線，命名為P3.0P3.7,每條線的結構如圖3-1所示。P3口是一個多用途的準雙向口。

32、第一功能是作普通I/O使用，其功能和原理與P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，這時八條端口線所定義的功能各不相同，如表3-4所示。14P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。讀引腳圖3-4P2口位結構圖圖3-5P3口位結構圖表1P3口各位的第二功能引腳第二功能功能說明P3.0RXD用行數據輸入端P3.1TXD用行數據輸出端P3.2INT0外部中斷0中斷請求信號輸入端P3

33、.3INT1外部中斷1中斷請求信號輸入端P3.4T0定時/計數器0外部計數脈沖輸入端P3.5T1定時/計數器1外部計數脈沖輸入端P3.6WR片外RAM!選通信號輸出端P3.7RD片外RAM實選通信號輸出端15讀銀存器內部總統(tǒng)耳鎖存器3.1 .2系統(tǒng)時鐘的設計時鐘電路是用來產生AT89C51單片機工作時所必須的時鐘信號，AT89C51本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現，AT89C51在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內部時鐘和外部時鐘。我們系統(tǒng)采用內部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。AT89C51內部有

34、一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2它們跨接在晶體振蕩器和用于微調的電容，便構成了一個自激勵振蕩器。電路中的C1、C2的選擇在30PF左右，但電容太小會影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在1.2MHZ-12MHZi問，頻率越高單片機的速度就越快，但對存儲器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的NPOfe容，采用的晶振頻率為12MHZ圖3-6系統(tǒng)時鐘3.1.3系統(tǒng)復位方式當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST作稱RESET出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。1

35、6根據應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。上電復位要求接通電源后，自動實現復位操作。常用的上電復位電路如圖（3-7）中左圖所示。圖中電容C1和電阻R1對電源十5V來說構成微分電路。上電后，保持RST一段高電平時間，由于單片機內的等效電阻的作用，不用圖中電阻R1,也能達到上電復位的操作功能，如圖（3-7）中所示。上電或開關復位要求電源接通后，單片機自動復位，并且在單片機運行期間，用開關操作也能使單片機復位。常用的上電或開關復位電路如圖（3-8）所示。上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST寺續(xù)一段時間的高電平。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵K后松開，也

36、能使RST為一段時間的高電平，從而實現上電或開關復位的操作。根據實際操作的經驗，下面給出這兩種復位電路的電容、電阻參考值。單片機的復位電路圖3-7中：Cl=22uF,R1=1k圖3-8中：C:=22uF,Rl=300,R2=1kDIDIHEVmri+5vRsT3.2電源電路的設計3.2.1芯片介紹78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓4-5V17電子產品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78XX系列和負電壓輸出的79XX系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電

37、路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V,7909表示輸出電壓為負9V。有時在數字78或79后面還有一個M或L,如78M1減79L24,用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中78L調系列的最大輸出電流為100mA78M系列最大輸出電流為1A,78系列最大輸出電流為1.5A。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。3.2.2電源電路圖用78系列的芯片產生5V電壓供給單片機使用，給單片機供電圖3-9電源電路

38、3.3顯示電路設計3.1.178LS4878LS48芯片介紹48為內部上拉電阻的BCD七段譯碼驅動器，共有54/74448、54/74LS48兩種線路結構形式。輸出端（Ya-Yg）為高電平有效，可驅動緩沖器或共陰極VLED當要求輸出0-15時，消隱輸入（BI）應為高電平或開路，對于輸出為0時還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或開路。18當BI為低電平時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya-Yg均為低電平。當RBI和地址端（A0-A3）均為低電平，并測試輸入端（LT）為高電平時Ya-Yg為低電平。引出端符號A0-A3譯碼地址輸入端BI/RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）LT燈測

39、試輸入端（低電平有效）RBT脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya-Yg段輸出端3.1.2顯示電路圖用四位共陰LEt碼管實時顯示電機的速度.以AT89C5律片機的P0口做八位數據線以P0.0-P0.3為數碼管的控制端。圖3-11顯示電路3.4鍵盤電設計運行方式的設置主要有P1口外接鍵盤來完成，判斷鍵盤是否按下的方法：首先設置P1口為高電平，然后從P1.0到P1.4逐個檢測引腳的電平，如果某個引腳為低電平表示該鍵按下，此時不需要做相應的處理實現鍵盤功能，如果引腳為高電平則不做處理。采用5個獨立的開關主要控制電機的正反轉，急停,加減速。19圖3-11鍵盤電路3.5驅動電路設計3.5.1 L298N芯片介

40、紹L298&SG公司的產品，是由達林頓管組成的雙橋高電壓大電流集成PWM電路。PWM路由四個大功率晶體管組成的橋電路，四個晶體管分為兩組，交替導通和截止，用單片機控制達林頓管使之工作在開關狀態(tài)，根據調整輸入脈沖的占空比，精確調整電動機轉速。這種電路由于管子工作只在飽合和截止狀態(tài)下，效率非常高。H型電路使實現轉速和方向的控制簡單化，且電子開關的速度很快，穩(wěn)定性也極強，是一種廣泛采用的PWM速技術。 內部的每個H的下側橋臂晶體管發(fā)射極連在一起，具輸出腳（SENSE相SENSEB）用來連接電阻檢測電流。VSSg邏輯控制的電源。V效電動機驅動電源.IN1-IN4輸入引腳為標準TT出輯電平信號，

41、 用來控制橋的開與關即實現電機的正反轉， ENAENBH腳則為使能控制端，用來輸入PWM號實現電機調速。3.5.4驅動電路采用L298N驅動器，接受單片機的輸入信號并放大，驅動電機運轉20圖3-12驅動電路第四章直流電機轉速控制程序設計4.1主程序流程圖圖4-1主流程圖21主程序主要完成的工作是設置堆棧，清除標志位，清除暫存，清顯示，對T0口進行初始化，對串口進行初始化后，調用其它功能子程序，完成設計的任務4.2鍵盤掃描流程圖圖4-2鍵盤掃描流程圖采用獨立式鍵盤，本設計的鍵盤較為簡單，只設計了電機的正反轉，急停，加減速5個按鍵。224.3中斷程序流程圖圖4-3中斷流程圖第五章結論與展望5.1結

42、論本文對直流調速系統(tǒng)進行了初步研究，從直流調速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了直流電機調速控制系統(tǒng)的數學模型，并在此基礎上給出了軟、硬件實現方案。本文采用PWMI制技術，即利用逆變器裝置中半導體開關的開通和關斷,23把直流電壓轉化變成一定規(guī)律的電壓脈沖序列， 以實現調頻、 調壓和消除諧波三個目的。PWM空制技術經歷了一個不斷創(chuàng)新和不斷完善的發(fā)展過程，電力電子技術的發(fā)展，一些全控型快速半導體器件，如BJKIGBKGTO?的出現，推動了PWM空制技術的進一步發(fā)展。PWM空制技術有許多種，如等脈寬PWMfc、正弦波PWM(SPWhte)、磁鏈追蹤型PWMfc和電流跟蹤型PW股以及新近發(fā)展起來的空間矢量PWi

43、te(SVPWMf。根據占空比和電機電樞兩端U及電機轉速的關系， 通過改變PWM勺占空比來調節(jié)電機兩端的平均電壓，實現粗略的調速.通過S3,S4來改變PWIMJ占空比，每按動一次就改變10喊碼管顯示當前的PWM空比，例如顯示5表示占空比為50%;LED1和LED2分別表示電機正轉和反轉。參考文獻1張彥，張同莊.基于80C196K即片機實現數字化觸發(fā)技術J.機械制造與自動化，2005(1),45-60.2陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，2003.3李發(fā)海王巖.電機與拖動基礎(第三版)M.北京：清華大學出版社2006.4李群芳.單片機原理及應用M.北京：清華大學出版社，200

44、5.5賈金鈴.微型計算機原理及應用M.重慶：重慶大學出版社，2006.6譚浩強.C程序設計(第二版)M.北京：清華大學出版社7吳弋，綜合性最優(yōu)控制及其在直流調速系統(tǒng)中的應用.科技情報開發(fā)與經濟J,2003：110-1128潘策，楊培林，陳曉楠.基于最優(yōu)化控制的直流脈寬調速系統(tǒng).包裝與食品機械J,2003.21(4)：21-239任天良，鄭利軍，姜燕.90KWIGBT直流調速裝置.電力電子技術J,1997(1)：35-3810程耕國，張國棟.PWMft流可逆調速彳機控制系統(tǒng).電氣時代J,2004.11：22-2511孫立功，劉珊中，田藏.直流電機驅動控制器的技術改進.起重運輸機械J,2002(9)：28-30英文摘要PWMRegulatingSpeedSystemOfDcmotorBasedOn24AT89C51MicrocontrollerAbstract:AkindofspeedregulationsystemofPulesWidthModulation(PWM)forDCmotorcomposedofmicrocontrollerAT89C51andL298Nwasdesigned.ThebasicmetiodsofPWMregulatingDCmotorspeedareexplaind.ProgramsinKeilC51.