基于單片機的直流電動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)方案

1、 PAGE21 / NUMPAGES21目錄一、項目簡介.2二、項目目的2三、項目的具體要求.3四、方案的設(shè)計 .3五、硬件的設(shè)計.9六、軟件設(shè)計.15七、系統(tǒng)方案的實施.16八、源程序.18九、 項目總結(jié)19十、參考文獻.20基于單片機的直流電動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)一、項目簡介由于直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大圍平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以與少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、

2、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能與算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。 目前，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)又進入到一個新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。本次項目的設(shè)計是在單片機對直流電機控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行設(shè)計和改進的。在設(shè)計過程中，使學(xué)生能夠?qū)纹瑱C有進一步的了

3、解，培養(yǎng)了學(xué)生獨立的進行程序的設(shè)計和調(diào)試。系統(tǒng)過單片機對直流電機的轉(zhuǎn)速進行控制和轉(zhuǎn)化，并在8位數(shù)碼管上進行顯示，方便人們的控制檢測，運用PID調(diào)節(jié)實現(xiàn)直流電機的閉環(huán)調(diào)速，同時在電機的上電轉(zhuǎn)動中，對電機進行過電保護，使電機可以良好的進行運轉(zhuǎn)。二、項目目的項目的實踐性：可以使學(xué)生從事項目的設(shè)計，和工程的制作。能夠使學(xué)生在以后有更好的動手能力。專業(yè)的綜合性：在這次項目中，系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用到很多的專業(yè)理論知識，如：單片機原理與應(yīng)用、交直流調(diào)速系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等課程，可以使學(xué)生更好的把知識綜合運用，提高學(xué)生的綜合能力。工程的訓(xùn)練性：在實習(xí)期間，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和諸多的工程技術(shù)素質(zhì)。三、設(shè)計的具體要求

4、1、實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：在本次實習(xí)中，調(diào)速過程要運用PID調(diào)節(jié)使直流電機轉(zhuǎn)速在一定的圍轉(zhuǎn)動。2、含有人機接口，可以直接的讀出電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速：在設(shè)計系統(tǒng)中，通過單片機系統(tǒng)板上外接LED數(shù)碼管，將電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速通過數(shù)碼管進行顯示。3、含有A/D或D/A轉(zhuǎn)換：在電機轉(zhuǎn)動過程中，要求運用A/D或D/A轉(zhuǎn)換，將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，便于控制和檢測。4、對于單片機開發(fā)板的要盡可能實現(xiàn)多外接功能，便于以后的開發(fā)和運用。同時要求合理的控制開發(fā)板的價格，降低開發(fā)成本。四、方案的設(shè)計方案的設(shè)計有MCU的選型，被控對象的選擇，人機接口的設(shè)計，電機的驅(qū)動方式，ADC與DAC的選用五部分組成。MCU的選型MCU的選

5、擇中，我們運用最常見，編譯語言簡單，價格低廉的AT89S51、52系列和STC89C52系列。AT89S51 是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)與80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)供給高性價比的解決方案。圖1 AT89S51 管腳圖AT89S51具有如下特點：40個引腳，8k

6、Bytes Flash片程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不一樣產(chǎn)品的需求。AT89S51與AT89C51相比,外型

7、管腳完全一樣，AT89C51的HEX程序無須任何轉(zhuǎn)換可直接在AT89S51運行,結(jié)果一樣。AT89S比AT89C51新增了一些功能，支持在線編程和看們狗是其中主要特點。2、被控對象的選擇在選擇被控對象時，遵循簡單、便于控制、小功率的、廉價的原則。我們選用12V直流伺服減速電機，它不僅具有上述特點，在控制中還方便應(yīng)用自動控制原理、交直流調(diào)速控制、計算機控制系統(tǒng)等專業(yè)知識。圖2 直流伺候電機實物圖直流伺服電機,它包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機轉(zhuǎn)軸、伺服電機繞組換向器、伺服電機繞組、測速電機繞組、測速電機換向器,所述的轉(zhuǎn)子鐵芯由矽鋼沖片疊壓固定在電機轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成。在伺服驅(qū)動過程中主要靠脈沖來定位，伺服電機接

8、收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。同時伺服電機還有以下特性：（1）機械特性 在輸入的電樞電壓Ua保持不變時，電機的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱直流電機的機械特性。 （2）調(diào)節(jié)特性 直流電機在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負載轉(zhuǎn)矩）下電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞的控制電壓Ua變化而變化的規(guī)律，被

9、稱為直流電機的調(diào)節(jié)特性。 （3）動態(tài)特性 從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個過渡過程，這就是直流電機的動態(tài)特性。由于伺服電機具有以上的特點，伺服電動機廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，在該系統(tǒng)中，可以更好的應(yīng)用自動控制原理、交直流調(diào)速、計算機控制等專業(yè)知識，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，進一步強化專業(yè)知識。3、人機接口的設(shè)計該系統(tǒng)中運用8位的七段LED數(shù)碼管作為輸出接口，4*4矩陣鍵盤作為輸入接口。其中在數(shù)碼管上顯示電機的給定轉(zhuǎn)速和實時轉(zhuǎn)速，4*4矩陣鍵盤輸入電機的給定值，和控制電機的轉(zhuǎn)速。 7段數(shù)碼管一般由8個發(fā)光二極管組成，其中由7個細長的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點。

10、當發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)光。控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如上圖所示。7段數(shù)碼管每段的驅(qū)動電流和其他單個LED發(fā)光二極管一樣，一般為510mA；正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為1.82.5V不等。7段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示，下面分別介紹：（1） 靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個8位輸出口控制。對于51單片機，可以在并行

11、口上擴展多片鎖存74LS573作為靜態(tài)顯示器接口。圖3 數(shù)碼管管腳圖與連接方式靜態(tài)顯示器的優(yōu)點是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運行過程中，僅僅在需要更新顯示容時，CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了CPU的時間，提高了CPU的工作效率；缺點是位數(shù)較多時，所需I/O口太多，硬件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式動態(tài)顯示。（2）動態(tài)顯示所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個字符

12、“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參烽，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個8位I/O口（稱為掃描口或字位口），控制各位LED顯示器所顯示的字形也需要一個8位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口）。 動態(tài)顯示器的優(yōu)點是節(jié)省硬件資源，成本較低，本設(shè)計采用靜態(tài)顯示。為共陽極顯示。4*4矩陣鍵盤，包含4行、4列，構(gòu)成一個4*4的陣列，在此將每列連接段點定名位X0,X1,X2,X3，而每行連接端點定名為Y0,Y1,Y2,Y3。另外，每行各連接一個電阻到公共端上。根據(jù)掃面方式的不同，公共端可能連接到VCC或

13、GND上，當我們要進行鍵盤掃描時，則將掃描信號送至X0到X3，再由Y0至Y3讀取鍵盤狀態(tài)，即可判斷哪個按鍵按下。鍵盤的掃描方式有兩種，即低電平掃描和高電平掃描。4、電機驅(qū)動方案的選擇：直流電機是可以正反轉(zhuǎn)的。接在兩端的電壓極性不同，它的轉(zhuǎn)動反向就不同。為了讓它能夠在固定的電路中正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，肯定不應(yīng)該把它拆了再把極性換一下安在電路中，要設(shè)計一個電路，來讓它能被人控制著，想正轉(zhuǎn)就正轉(zhuǎn)，想反轉(zhuǎn)就反轉(zhuǎn)。根據(jù)上述的，其實電路已經(jīng)設(shè)計好了，就是運用H橋驅(qū)動直流電機。而直流電機的調(diào)速選用采用易于控制的PWM調(diào)速。所謂 H 橋驅(qū)動電路是為了直流電機而設(shè)計的一種常見電路，它主要實現(xiàn)直流電機的正反向驅(qū)動，其典型電

14、路形式如下圖：圖4 電機H橋驅(qū)動電路示意圖關(guān)于直流電機 H 橋驅(qū)動方案的選擇：從圖中可以看出，其形狀類似于字母“H”，而作為負載的直流電機是像“橋”一樣架在上面的，所以稱之為H 橋驅(qū)動。4個開關(guān)所在位置就稱為“橋臂”。 從電路中不難看出，假設(shè)開關(guān) A、D接通，電機為正向轉(zhuǎn)動，則開關(guān)B、C接通時，直流電機將反向轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)了電機的正反向驅(qū)動。 借助這 4 個開關(guān)還可以產(chǎn)生另外 2 個電機的工作狀態(tài)： A）剎車 將B 、D開關(guān)（或A、C）接通，則電機慣性轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電勢將被短路，形成阻礙運動的反電勢，形成“剎車”作用。 B）惰行 4個開關(guān)全部斷開，則電機慣性所產(chǎn)生的電勢將無法形成電路，從而也就不會

15、產(chǎn)生阻礙運動的反電勢，電機將慣性轉(zhuǎn)動較長時間。 5、ADC與DAC的選用：在A/D轉(zhuǎn)換中，我們選用ADC0804芯片。ADC0804的管腳圖如下所示它的主要電氣特性如下：（1）工作電壓：5V，即VCC5V。（2）模擬輸入電壓圍：05V，即0Vin5V。（3）分辨率：8位，即分辨率為1/256，轉(zhuǎn)換值介于0255之間。（4）轉(zhuǎn)換時間：100us（640KHz時）。（5）轉(zhuǎn)換誤差：1LSB。（6）參考電壓：2.5V，即Vref2.5V。圖5 ADC0804管腳圖ADC0804是屬于連續(xù)漸進式的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點，普遍被

16、應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計上。以輸出8位的ADC0804動作來說明“連續(xù)漸進式A/D轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最高位尋找起）。第一次尋找結(jié)果：10000000（若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第二次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第三次尋找結(jié)果：11000000（若假設(shè)值輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）第四次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第五次尋找結(jié)果：11010000（若假設(shè)值輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）第六次尋找結(jié)果：11010100（若假設(shè)值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第七次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)

17、值輸入值，則尋找位假設(shè)位1）第八次尋找結(jié)果：11010110（若假設(shè)值輸入值，則尋找位該假設(shè)位0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找，12位的A/D轉(zhuǎn)換器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動作，其中的輸入值代表圖1的模擬輸入電壓Vin。ADC0804的控制方法，要求ADC0804進行模擬/數(shù)字的轉(zhuǎn)換，其實可以直接由下面的時序圖來配合了解。下圖為ADC0804控制信號時序圖：圖6 ADC0804控制信號時序圖以圖而言，控制ADC0804動作的信號應(yīng)該只有CS、WR、RD。其中INTR由高電位轉(zhuǎn)為低電位后，代表ADC0804完成這次的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，而DB0DB7代表是轉(zhuǎn)換后的數(shù)

18、字資料。上圖的動作大概可分成4個步驟區(qū)間S0、S1、S2、S3，每個步驟區(qū)間的動作方式如下：步驟S0：CS0、WR0、RD1（由發(fā)出的信號要求ADC0804開始進行模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換）。步驟S1：CS1、WR1、RD1（ADC0804進行轉(zhuǎn)換動作，轉(zhuǎn)換完畢后INTR將高電位降至低電位，而轉(zhuǎn)換時間100us）。步驟S2：CS0、WR1、RD0（由發(fā)出的信號以讀取ADC0804的轉(zhuǎn)換資料）。步驟S3：CS1、WR1、RD1（讀取DB0DB7上的數(shù)字轉(zhuǎn)換資料）。由上述步驟說明，可以歸納出所要設(shè)計的動作功能有：（1）負責(zé)在每個步驟送出所需的CS、WR、RD控制信號。（2）在步驟S1時，監(jiān)控INTR信

19、號是否由低電位變高電位，如此以便了解ADC0804的轉(zhuǎn)換動作結(jié)束與否。（3）在步驟S3，讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字資料DB0DB7。五、硬件的設(shè)計硬件的總體設(shè)計圖如下圖所示：圖7 硬件設(shè)計電路總示意圖在上圖中，我們把給定的轉(zhuǎn)速進行A/D轉(zhuǎn)換后送給MCU，在一組4位LED上顯示，MCU通過控制輸出PWM波，進行直流電機的驅(qū)動。電機通過電流檢測和測速反饋傳遞給MCU，在一組4位LED上進行轉(zhuǎn)速的顯示。在整體過程中，我們通過外接4*4鍵盤進行電機的控制。項目的硬件設(shè)計大體上由基本方式的設(shè)計、I/O接口地址擴展的設(shè)計、I/O接口地址編碼的設(shè)計三個部分組成。1、基本方式的設(shè)計：（1）控制方式的選擇：在控制方式中，有

20、三種最常用的方式：程序查詢方式、中斷控制方式和DMA方式。程序查詢方式：便于程序控制、編程簡單、易于調(diào)試，但是占用CPU時間長，效率低，實時性不高。中斷控制方式：效率高、實時性強，但是編程復(fù)雜、不易于調(diào)試。DMA方式：速度快、不經(jīng)過CPU，需要 DMA控制器與控制線。在控制方式的選擇上，由于我們對于時間的要求不高，不計算效率，但是要求編程控制，同時要便于調(diào)試。因此我們選用程序查詢方式。（2）通信方式的選擇：可供選擇的通訊方式有并行和串行兩種方式。串行方式：串行指的是數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的方式在一個信道上一位一位的傳送。串行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)?，先由具有幾位總線的計算機的發(fā)送設(shè)備

21、，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并-串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng) 傳輸線到達接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫炔⑿袀鬏斅枚?，但對于覆蓋面極其廣 闊的公用系統(tǒng)來說具有更大的現(xiàn)實意義。串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即單工、半雙工和全雙工。如下圖所示：圖8 串行數(shù)據(jù)通信示意圖串行傳輸存在一個收發(fā)雙方如何保持碼組或者字符同步的問題，這個問題不解決，傳輸則不成功，也就失去了意義。收發(fā)雙方如何保持碼組或者字符同步的問題的解決辦法就是：異步傳輸模式或者同步傳輸模式。異步傳輸模式：要加起止位，同步傳輸以同步的始終節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，因此在串行的數(shù)據(jù)

22、流中，信元的相對位置都是固定的即同步。串行傳輸?shù)奶攸c：傳輸速度較低，一次一位；通信成本也較低，只需一個信道；支持長距離傳輸，目前計算機網(wǎng)絡(luò)中所用的傳輸方式均為串行傳輸。并行方式：并行指的是數(shù)據(jù)以成組的方式在多條并行信道上同時傳送。并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位，同時在兩個設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過 對應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗位。接收設(shè)備可同時接收到這些數(shù)據(jù)，不需要做任何變換就可直接使用。并行方式主要用于近距離通信。計算 機的總線結(jié)構(gòu)就是并行通信的例子。這種方法的優(yōu)點是傳輸速度快，處理簡單。并行傳輸收發(fā)雙方不存在字符的同步問題，不需要加起止信號或者其他同步信號來實現(xiàn)

23、收發(fā)信號的同步，這是并行傳輸?shù)囊粋€優(yōu)點。并行傳輸?shù)奶攸c：傳輸速度快:一位（比特）時間可傳輸一個字符；通信成本高:每位傳輸要求一個單獨的信道支持，因此如果一個字符包含8個二進制位，則并行傳輸要求8個獨立的信道的支持；不支持長距離傳輸:由于信道之間的電容感應(yīng)，遠距離傳輸時，可靠性較低。串行傳輸和并行傳輸?shù)膮^(qū)別在于并行傳輸方式其實優(yōu)于串行傳輸方式。通俗地講，并行傳輸?shù)耐藩q如一條多車道的寬闊大道，而串行傳輸則是僅能允 許一輛汽車通過的鄉(xiāng)間公路。以古老而又典型的標準并行口(Standard Parallel Port)和串行口(俗稱COM口)為例，并行接口有8根數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸率高；而串行接口只有1根

24、數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)傳輸速度低。在串行口傳送1位的時間， 并行口可以傳送一個字節(jié)。當并行口完成單詞“advanced”的傳送任務(wù)時，串行口中僅傳送了這個單詞的首字母“a”。在選擇通訊方式時，我們選用并行方式，在這種方式中，所有的外設(shè)與CPU并行接口，在并口線不夠用時，我們可以進行擴展。在通訊是要求除ADC0804采用中斷方式，CPU采用程序控制方式控制其它所有的I/O設(shè)備。（3）驅(qū)動方式選擇在驅(qū)動方式中，我們選用H橋驅(qū)動直流電機，采用PWM波進行調(diào)速。在驅(qū)動方案我們依介紹過H橋的驅(qū)動原理。下面介紹一下兩種典型的H橋驅(qū)動電路：雙極性晶體管構(gòu)成橋臂的電路（左圖）：圖9 MOS管驅(qū)動橋臂電路圖MOS管構(gòu)成橋

25、臂的電路（右圖）：在選擇分析之前，首先要確定 H 橋要關(guān)注那些性能： A）效率 所謂驅(qū)動效率高，就是要將輸入的能量盡量多的輸出給負載，而驅(qū)動電路本身最好不消耗或少消耗能量，具體到H橋上，也就是4個橋臂在導(dǎo)通時最好沒有壓降，越小越好。 B）安全性 不能同側(cè)橋臂同時導(dǎo)通； C）電壓 能夠承受的驅(qū)動電壓； D）電流 能夠通過的驅(qū)動電流。本次項目中我們選用作為驅(qū)動電路。2、I/O接口地址擴展 由于在MCU上得I/O設(shè)備太少，我們在鍵盤和顯示時就需要4*8位，所以必須擴展I/O接口。如果采用并行擴展接口，接口芯片價格貴，并且使系統(tǒng)更加復(fù)雜，所以我們采用要求不高的并且簡單的數(shù)據(jù)鎖存器的方法。 在I/O擴展

26、時，LED位選碼需要一個373，LED端選碼需要一個373，鍵盤輸入、輸出各需要一個373和244?？偟男酒瑪?shù)量在可承受的圍。3、IO接口地址編碼（1）I/O接口編址方式： IO獨立編址方式：需要有專門的指令來區(qū)分（8088，IN，OUT）。單獨的控制線信號（Z80，MREQ,IORQ;8088，MIO）IO與存儲器統(tǒng)一編址方式：占用存儲器地址空間（M6800,51,96），數(shù)據(jù)處理能力強，IO和存儲器可用譯碼電路。所選MCU為89S52系列，因此必須IO與存儲器統(tǒng)一編址。必須先計算機IO占用的51外部RAM地址圍。（2）本項目采用的IO接口編址方式為占用最少口線，LED采用動態(tài)顯示；這樣2組

27、LED共需要8個位選。2組LED共用一個段碼口線。鍵盤輸出、輸入各占用1地址，共2地址。ADC0804片選需要1地址。ADC0804擴展8通道，需要8地址。具體的編址如下：AD15給LED位選信號地址；AD8給LED段碼地址；AD9給鍵盤行地址；AD10給鍵盤列地址；AD11給ADC0804片選地址；AD12，AD13，AD14給ADC0804擴展8通道預(yù)留地址；由于沒有外擴RAM，所以IO占用外部RAM可以有很大圍，采用地址直接接口，省去譯碼電路。按照編址的方式設(shè)計電路如下：LED接口電路圖10 LED接口電路鍵盤接口電路圖11 鍵盤接口電路ADC接口電路圖12 ADC接口電路ADC通道擴展

28、電路圖13 ADC通道擴展電路4、硬件地址分配表：圖14 硬件地址分配表六、軟件設(shè)計1、MCU資源分配：在軟件的編程，運用中斷、定時器、計數(shù)器、時鐘、串行口，使單片機驅(qū)動直流電機的啟停，加減速，從而進行系統(tǒng)的規(guī)劃，實現(xiàn)預(yù)期的目的。2、語言選擇:：選擇高級語言C語言進行單片機的編程，編程簡單、易懂。3、任務(wù)模塊化：系統(tǒng)的軟件的流程圖圖15 系統(tǒng)的流程圖七、系統(tǒng)方案的實施1、系統(tǒng)控制功能 該系統(tǒng)中的控制部分只要是對電機的運動進行控制。具體的控制如下：（1）轉(zhuǎn)速的設(shè)定： 鍵盤給定：（鍵盤-MCU-PWM調(diào)節(jié)）先按0，后鍵入4位數(shù)字，然后按確定鍵，此時若給定選擇為“鍵盤給定”則電機會按設(shè)定轉(zhuǎn)速運行。

29、電位器平滑給定：（電位器-ADC-MCU-PWM調(diào)節(jié)）。給定選擇為“電位器給定”則電機會按設(shè)定轉(zhuǎn)速運行。（2）啟動、停止、加速、減速：進行設(shè)計的時，分別將啟動、停止、加速和減速四個功能鍵設(shè)置為C鍵、F鍵、D鍵和E鍵，以便于我們對電機進行控制。（3）轉(zhuǎn)速實時顯示、監(jiān)測：實現(xiàn)了給定值和測速值的顯示，從而便于我們實時的監(jiān)測控制。其中給定值為第一組4位LED實時顯示；測速值為第二組4為LED實時顯示。（4）限流保護：在系統(tǒng)中我們加入了電流保護電路，防止電流的過大使電機損壞。當電流大于某個設(shè)定值時，轉(zhuǎn)速降為0，也即PWM占空比為0.5，實現(xiàn)限流保護。2、資源分配：在資源分配時，我們進行如下的分配：T0分

30、配為產(chǎn)生PWM波定時器T1分配為轉(zhuǎn)速定時調(diào)節(jié)定時器T2分配為數(shù)字測速脈沖計數(shù)器INT1分配為ADC0804轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷具體的中斷如下表：圖16 中斷表3、語言選擇：KEIL C51是美國KEIL SOFTWARE公司出品的51系列兼容單片機C語言開發(fā)環(huán)境。C51語言的優(yōu)勢：（1）不需要了解51單片機的指令系統(tǒng)，僅僅要求初步了解存儲器結(jié)構(gòu)。（2）程序有規(guī)的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，使程序結(jié)構(gòu)化。（3）程序可讀性好。（4）提供很多標準庫函數(shù)，數(shù)據(jù)處理能力強。（5）程序易于做到模塊化，移植性好。4、 閉環(huán)控制框圖與算法（T1中斷里實現(xiàn)）圖17 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖如圖電路所示：閉環(huán)控制分為三部分組成：轉(zhuǎn)速控

31、制：采用帶轉(zhuǎn)速單閉環(huán)的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。驅(qū)動電路：由三極管作開關(guān)元件的H橋組成?？刂齐娐罚褐饕D(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反饋、PI調(diào)節(jié)器、PWM波形的產(chǎn)生。八、源程序#include #include #include #include #include #include #define adc_0 XBYTE0 x02ff /*ADC0804第1通道地址*/#define adc_1 XBYTE0 x12ff /*ADC0804第2通道地址*/#define i_a_limit 0 x0D /*電樞限流0.5A*/unsigned int adc0804_port; /ADC0804通道標志, 0

32、表示0通道，1表示1通道unsigned int V_ADC0=0; /ADC0804_0轉(zhuǎn)換結(jié)果unsigned int V_ADC1=0; /ADC0804_1轉(zhuǎn)換結(jié)果EA=1; /開所有中斷IT1=1; /INT1負邊沿觸發(fā)；motor_i_a=i_a_test(); /測電樞電流 if (motor_i_ai_a_limit) /若過流則停止 pwm_positive=25000; pwm_negtive=25000; Else if n_ref=read_nref();/讀入轉(zhuǎn)速給定/*把整型數(shù)轉(zhuǎn)換為字符型*/*讀入、確定給定值函數(shù)子程序*/unsigned int read_nref(void) unsigned int n_r; adc0804_port=1; /測電位器給定值 EX1=1; /開INT