風(fēng)扇電子調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

第一部分系統(tǒng)整體方案設(shè)計與比較一、 實驗?zāi)康牧私鈳追N風(fēng)扇電子調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計可行性方案。比較這幾種方案的優(yōu)劣，指出可能存在的問題或難以實現(xiàn)的理由。選擇一種方案完成實驗，并說明選擇理由。二、 實驗內(nèi)容提出幾種具體的總體設(shè)計方案，說明每種方案的總體設(shè)計思想，指出各方案的電路原理與方法，并對每種方案的可行性進(jìn)行分析，如果難以實現(xiàn)的，說明各方案存在的問題及難以實現(xiàn)的原因。對各種方案進(jìn)行比較，指出各種方案的優(yōu)劣，選出一種方案完成以下部分的實驗。三、 實驗原理與方法本次所設(shè)計的風(fēng)扇電子調(diào)速系統(tǒng)，目的就是實時精確控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇是電機拖動的產(chǎn)物，對于小功率直流風(fēng)扇來說其實質(zhì)就是直流電機。直流調(diào)速系統(tǒng)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)、自動控制技術(shù)和微機應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經(jīng)由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控制方向快速發(fā)展。電動機的驅(qū)動部分所用的功率器件亦經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代。目前開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機控制方法能夠得到實現(xiàn)。脈寬調(diào)制控制方法在直流調(diào)速中獲得了廣泛的應(yīng)用。四、 實驗步驟方案設(shè)計（一）方案一：PWM波調(diào)速采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路（圖1—1）。用單片機控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。且對于直流電機，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍。其結(jié)構(gòu)圖如圖1—1所示:圖2電機調(diào)速系統(tǒng)框圖（二）方案二：晶閘管調(diào)速采用閘流管或汞孤整流器的離子拖動系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。1957年，晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）。假設(shè)VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓U來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓"廣從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，在60年代到70年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機組直流電動機調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難；晶閘管對過電壓、過電流和過高的du/dt與di/dt都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無功補償和諧波濾波裝置。五、實驗記錄與結(jié)論通過對本次課題的調(diào)查和分析，總結(jié)出了兩種方案。然后再對這兩種方案的優(yōu)缺點進(jìn)行比較，最后確定采用第二種作為本次設(shè)計的方案。在第一套方案中，電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。且對于直流電機，采用軟件延時所產(chǎn)生的定時誤差在允許范圍。在第一套方案中，采用晶閘管調(diào)速，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難；晶閘管對過電壓、過電流和過高的du：dt與didt都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無功補償和諧波濾波裝置。兼于方案二調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大和課題的設(shè)計要求，因此本設(shè)計采用方案二。第二部分原理圖的繪制及仿真軟件訓(xùn)練一、 實驗?zāi)康氖炀氄莆誴roteus軟件的使用并能用來解決實際問題。熟練掌握protel軟件的使用，并能根據(jù)電路原理圖繪制PCB圖。熟練掌握systemview軟件的使用方法。二、 實驗內(nèi)容查找相關(guān)資料，了解并介紹Proteus、protel、systemview三種軟件的作用，熟練掌握各軟件使用方法，并用一種軟件做仿真訓(xùn)練，繪制仿真訓(xùn)練的電路圖，記錄仿真結(jié)果并得出相應(yīng)的結(jié)論。三、 實驗原理與方法本次實驗主要用到了Protel軟件、Proteus軟件和SystemsView軟件。（一） PROTEL軟件介紹：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學(xué)習(xí)它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99（網(wǎng)絡(luò)上可下載到它的測試板），是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。在國內(nèi)PROTEL軟件較易買到，有關(guān)PROTEL軟件和使用說明的書也有很多，這為它的普及提供了基礎(chǔ)。想更多地了解PROTEL的軟件功能或者下載PROTEL99的試用版，可以在INTERNET上訪問它的站點：http://WWW.PROTEL.COM2005年年底，Protel軟件的原廠商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本AltiumDesigner6.0。 AltiumDesigner6.0,它是完全一體化電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一個新版本，也是業(yè)界第一款也是唯一一種完整的板級設(shè)計解決方案。 AltiumDesigner是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可編程器件（如FPGA）設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，一種同時進(jìn)行PCB和FPGA設(shè)計以及嵌入式設(shè)計的解決方案，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K成品所需的全部功能。（二）Proteus軟件介紹：Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDAX具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDAX具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持80C51、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。（三）SystemView軟件介紹：SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具。SystemView是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。SystemView是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊（Token）描述程序。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從SystemView配置的圖標(biāo)庫中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。四、實驗步驟（一）使用Protel繪制原理圖的步驟：設(shè)計圖紙大小。首先要構(gòu)思好零件圖，設(shè)計好圖紙大小。圖紙大小是根據(jù)電路圖的規(guī)模和復(fù)雜程度而定的，設(shè)置合適的圖紙大小是設(shè)計好原理圖的第一步。設(shè)置Protel99se/Schematic設(shè)計環(huán)境。包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型等等，大多數(shù)參數(shù)也可以使用系統(tǒng)默認(rèn)值。旋轉(zhuǎn)零件。用戶根據(jù)電路圖的需要，將零件從零件庫里取出放置到圖紙上，并對放置零件的序號、零件封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等工作。原理圖布線。利用Protel99se/Schematic提供的各種工具，將圖紙上的元件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，構(gòu)成一個完整的原理圖。調(diào)整線路。將初步繪制好的電路圖作進(jìn)一步的調(diào)整和修改，使得原理圖更加美觀。報表輸出。通過Protel99se/Schematic提供的各種報表工具生成各種報表，其中最重要的報表是網(wǎng)絡(luò)表，通過網(wǎng)絡(luò)表為后續(xù)的電路板設(shè)計作準(zhǔn)備。文件保存及打印輸出。最后的步驟是文件保存及打印輸出。（二） 使用Proteus仿真的步驟添加元件；添加本次仿真所需要的元件到元件列表。放置元件；將添加進(jìn)來的元件，放置到原理圖編輯區(qū)中。電路圖布線；將各個元件連接起來。系統(tǒng)仿真；導(dǎo)入程序文件，進(jìn)行仿真，觀察結(jié)果。（三） SystemView軟件的使用：安裝SystemView，對該軟件有一個感性認(rèn)識運行svu_32.exe啟動安裝程序，根據(jù)SystemView安裝軟件說明，在安裝開始界面上選擇“InstallSystemView”選項，按照提示選擇“NEXT”就可以完成安裝。安裝完后選擇Professional項，輸入注冊碼將其激活。至此SystemView軟件在電腦上安裝完畢。了解SystemView設(shè)計窗口啟動SystemView后就會出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計窗口。它包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具條、滾動條、提示欄、圖符庫和設(shè)計窗工作區(qū)。其中設(shè)計窗口工作區(qū)是用于設(shè)置、連接各種圖符以創(chuàng)建系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真等操作；提示欄用于顯示系統(tǒng)仿真的狀態(tài)信息、功能快捷鍵的功能信息提示和圖符的參數(shù)顯示；滾動條用于移動觀察當(dāng)前的工作區(qū)域。當(dāng)鼠標(biāo)器位于功能圖符上時，則該圖符的具體參數(shù)就會自動彈出顯示。了解SystemView圖符庫SystemView圖符庫在系統(tǒng)設(shè)計窗口左側(cè)，它提供了9個基本的圖符庫和6個擴展的圖符庫。使用這些圖符時只需用鼠標(biāo)器拖動放入設(shè)計工作區(qū)即可，也可直接在該圖符圖標(biāo)上雙擊鼠標(biāo)器。在設(shè)計工作區(qū)內(nèi)雙擊圖符，則可以定義該圖符的具體功能和參數(shù)。了解SystemView分析窗口分析窗口是用戶觀察SystemView數(shù)據(jù)輸出的基本工具。有多種選項可以增強顯示的靈活性和用途。這些功能可以通過單擊分析窗工具條上的快捷按鈕或通過下拉菜單來激活。提示信息區(qū)顯示分析窗口的狀態(tài)信息、坐標(biāo)信息和分析的進(jìn)度指示；活動圖形窗顯示輸出的各種圖形，如波形圖、功率譜、眼圖等。五、實驗記錄與結(jié)論使用Proteus設(shè)計的數(shù)碼管顯示實例截圖:圖1protel軟件中單片機數(shù)碼管顯示仿真圖SystemView系統(tǒng)設(shè)計截圖：

Fl?EditPf4Hr4noasUENairfadsCamKrianfi5g成Fl?EditPf4Hr4noasUENairfadsCamKrianfi5g成S’引的TokdraTodsi-Hlp>a■咨口昌回回d勺■勻（=園［s斗密聚■*崽?任渚W(wǎng)粉巖圖2SystemView系統(tǒng)設(shè)計窗口在使用proteus軟件之前，我上網(wǎng)搜索了一些詳細(xì)的有關(guān)Proteus的原理與使用的方法，進(jìn)一步完善了在學(xué)校學(xué)到的有關(guān)Proteus的知識。但是在用proteus軟件進(jìn)行仿真訓(xùn)練時，遇到了許多問題，主要還是對proteus軟件不夠熟練，在選擇元件并整體布局時，常發(fā)生細(xì)節(jié)錯誤，致使元件布局不美觀，連線常發(fā)生錯誤，這是以后在學(xué)習(xí)和工作當(dāng)中要注意的地方。還有，對系統(tǒng)進(jìn)行編程也是我的弱項，對相關(guān)語句不了解，不知道其功能或者在許多細(xì)節(jié)方面不仔細(xì)，使得編譯錯誤，因此，細(xì)心、耐心是學(xué)好使用該軟件的前提，也是以后學(xué)習(xí)工作當(dāng)中所要具備的。第三部分系統(tǒng)軟件設(shè)計及硬件設(shè)計一、 實驗?zāi)康恼莆障到y(tǒng)軟件及硬件電路設(shè)計思路和單元模塊設(shè)計的方法。熟練掌握proteus軟件的使用，并在該軟件中畫出系統(tǒng)的電路圖。掌握在proteus軟件環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行編程，了解一些基本的編程思想。二、 實驗內(nèi)容設(shè)計該風(fēng)扇電子調(diào)速系統(tǒng)硬件電路，分模塊設(shè)計，電路模塊包括驅(qū)動電路模塊，單片機控制模塊和電源模塊，使用protel軟件制作原理圖中需要的元件，并畫出原理圖。用Keil軟件，設(shè)計出系統(tǒng)軟件的C語言程序代碼。使用模塊化編程的方法，程序模塊分為定時模塊，PWM信號產(chǎn)生模塊，各個模塊之間連接緊密。最后編譯通過生成.HEX文件。三、 實驗原理與方法系統(tǒng)硬件電路模塊設(shè)計驅(qū)動電路模塊，如下圖：ULN2003A功能介紹ULN2003是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動芯片。經(jīng)常在以下電路中使用，作為顯示驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、照明燈驅(qū)動、電磁閥驅(qū)動、直流電機、步進(jìn)電機驅(qū)動等電路中。ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。ULN2003可以驅(qū)動7個繼電器，具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開關(guān)型感性負(fù)載。每對達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓對管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力°ULN2003A中每對達(dá)林頓管的基極都串聯(lián)有一個2.7kQ的電阻，可直接與TTL或5VCMOS器件連接。ULN2003A的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開路的，所以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。在驅(qū)動負(fù)載的時候，電流是由電源通過負(fù)載灌入ULN2003A的。控制模塊，如下圖：圖2單片機控制部分PWM控制信號由80C52單片機產(chǎn)生，8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示：圖3單片機內(nèi)部框圖圖3單片機內(nèi)部框圖器殊能存特功寄時鐘、復(fù)位模塊，如下圖:圖4圖4電源、復(fù)位部分電路單片機的時鐘是由12MHZ的晶振提供，復(fù)位電路用來實現(xiàn)上電自動復(fù)位的功能，電路如圖所示。系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計該電風(fēng)扇電子調(diào)速器電路由電源電路、可控振蕩器和控制執(zhí)行電路組成，如圖所示。圖5風(fēng)扇電子調(diào)速器示意圖電源電路由降壓電容器Cl、整流二極管VDl、VD2、濾波電容器C2、電源指示發(fā)光二極管VL和穩(wěn)壓二極管VS組成?？煽卣袷幤饔蓵r基集成電路IC、電阻器RI、R2、電容器C3、電位器RP和二極管VD3、VD4組成?？刂茍?zhí)行電路由風(fēng)扇電動機M、晶閘管VT、電阻器R3和IC第3腳內(nèi)電路組成。交流220V電壓經(jīng)Cl降壓、VDl和VD2整流、VL和VS穩(wěn)壓及C2濾波后，為IC提供約8V的直流電壓?？煽卣袷幤髡袷幑ぷ骱?，從IC的3腳輸出周期為105、占空比連續(xù)可調(diào)的振蕩脈沖信號，利用此脈沖信號去控制晶閘管VT的導(dǎo)通狀態(tài)。調(diào)節(jié)RP的阻值，即可改變脈沖信號的占空比（調(diào)節(jié)范圍為1%-99%），控制風(fēng)扇電動機M轉(zhuǎn)速的高低，產(chǎn)生模擬自然風(fēng)（周期為10s的陣風(fēng)）。改變C3的電容量，可以改變振蕩器的振蕩周朔，從而改變模擬自然風(fēng)的周期。元器件選擇：R1-R3選用1/4W碳膜電阻器或金屬膜電阻器。RP選用合成膜電位器或有機實心電位器。C1選用耐壓值為450V的滌綸電容器或CBB電容器;C2和C3均選用耐壓值為16V的鋁電解電容器。VDl和VD2均選用lN4007型硅整流二極管;VD3和VD4均選用1N4148型硅開關(guān)二極管。VS選用1/2W、6.2V的硅穩(wěn)壓二極管。

VL選用65mm的綠色發(fā)光二極管。VT選用MACg4A4（lA、400V）型雙向晶閘管。IC選用NE555或CD7555型時基集成電路?？偟母爬ǎ话泔L(fēng)扇調(diào)速器的工作原理有三種種方法：用微電路板控制電壓高低，改變速度，例如：部分空調(diào)室內(nèi)機；改變電阻來控制電壓，改變速度，例如：部分空調(diào)柜機；切換線路，通過電機上的幾組線圈來改變速度，例如：普通電風(fēng)扇。四、實驗記錄與結(jié)論硬件原理圖如下：圖7電路原理圖程序源代碼如下：#include<reg52.h>unsignedchartimerl;inttime;sbitPWM=P1A2;voidsystem_Ini()(TMOD=0x10;TH1=0xfe;TL1=0x33;TR1=1;IE=0x8A;/**************************************************Function:delay_us();Description:延時單位：微秒/**************************************************/voiddelay_us(unsignedintx)(unsignedinti=0;for(i=0;i<x;i++){;}}main(){time=50;system_Ini();while(1){P2|=0xff;if(P2==0xfe&&time<100){delay_us(1200);if(P2==0xfe)time+=1;}if(P2==0xfd&&time>0){delay_us(1200);if(P2==0xfd)time-=1;}if(timer1>100)timer1=0;if(timer1<time)PWM=0;elsePWM=1;}}/*************************************[t1(0.5ms)中斷]中斷中做PWM輸出 1000/(0.02ms*250)=200Hz*************************************/voidTlzd(void)interrupt3(TH1=0xfe;//11.0592TL1=0x33;timer1++;}//3為定時器1的中斷號第四部分電路仿真及修改一實驗?zāi)康恼莆哲浖抡娴脑砑胺椒?、過程，觀察其仿真效果。使用Proteus軟件中調(diào)試工具，檢查修改電路，驗證電路的正確性。二實驗內(nèi)容利用Proteus軟件繪出系統(tǒng)仿真圖，檢查電路錯誤，同時導(dǎo)入程序編譯生產(chǎn)的HEX文件，運行并觀察仿真現(xiàn)象，記錄仿真結(jié)果，并且使用Proteus中自帶的調(diào)試工具，修改設(shè)計過程中的錯誤，觀察電路輸出的波形，驗證電路的正確行，確定系統(tǒng)運行的精度及誤差。三實驗原理與方法按照要求在proteus軟件中繪制系統(tǒng)電路圖。該步驟主要包括在元件庫取出各元件擺在相應(yīng)的位置，按要求對各元件連線，使電路圖整體布局美觀。在偉福軟件環(huán)境下編寫程序。該步驟主要包括程序?qū)懲旰蟮恼{(diào)試、修改再調(diào)試直到所編寫的程序沒有錯誤，能夠運行。在proteus軟件中對系統(tǒng)電路圖加載所編寫的程序，調(diào)試程序。用Proteus軟件畫出仿真圖，如下圖：159ULN2QWU21口￡13CCCCECCR7目&m3i211c!X7AL1159ULN2QWU21口￡13CCCCECCR7目&m3i211c!X7AL1XTA121傾POCuwDON舟心PDRg啊球心POREALEESP2.2TA10F?23TA11P2.4TA12也.勵臉P2.fi/A14P2.7/A15P1.QfE2Pl1/T2EXP3.CWRXDP31HXDP3.2nNTOP3.3lflNTl-37-nDP1.JP1.5P1&P1.7U1距—31減速加速圖系統(tǒng)仿真圖圖系統(tǒng)仿真圖四實驗記錄及結(jié)果在Proteus軟件加載好程序后，點擊仿真控制面板中的全速運行，觀察仿真結(jié)果，如下圖:<1EXT>..1 何?_2-7BSB4B2BIB<1EXT>..1 何?_2-7BSB4B2BIBKh以叮POli'ADlXTAL2POMAnSPO4i!AD4Paa!AD5POWJ而rstm件陌［1|■格R2.伽1ALEPSJ.'AIS曰P2EUR27^1SP1.IH2P3.om)5HT正K巧HT-nP1.3pormP1.3P3.1T4T1Fl4F34/THPIEP35FIEP3￡,'AHPl.7FZ7JPD— ATS?i：52wT函#■圖2仿真運行圖此時電機的轉(zhuǎn)速是102r/min，點擊仿真圖中的加速按鈕，讓電機速度增加。此時觀察電機的轉(zhuǎn)速電機的速度為153r/min，如下圖。然后再點擊仿真圖中的減速按鈕，此時觀察電機的轉(zhuǎn)速，為53r/min，如下圖。打開數(shù)字示波器的窗口，觀察P1.2口的PWM信號。輸出信號如下圖：第五部分PCB圖的繪制及制版一實驗?zāi)康恼莆誴roteus軟件中ARES的畫PCB圖的使用方法。掌握電路圖到PCB圖轉(zhuǎn)換的方法原理，熟悉相關(guān)操作。掌握各元件的封裝方法、過程，完成系統(tǒng)電路PCB的繪畫與制版二實驗內(nèi)容使用Protel軟件繪制出PCB電路板中所需要的元件封裝，繪制好原理圖，并生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)表，分析PCB板電氣性能，確定PCB板的層數(shù)、大小，焊盤大小和導(dǎo)線的寬度，使其符合設(shè)計要求，最后布線生成PCB板，并且指出制版過程中的工藝要求。三、實驗原理、方法與步驟利用Protel繪制PCB版的基本流程，制作工藝包含在步驟內(nèi)。電路版設(shè)計的先期工作（1） 利用原理圖設(shè)計工具繪制原理圖，并且生成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表。但如電路版比較簡單，已經(jīng)有了網(wǎng)絡(luò)表等情況下也可以不進(jìn)行原理圖的設(shè)計，人工生成網(wǎng)絡(luò)表。（2） 手工更改網(wǎng)絡(luò)表，將一些原理圖和PCB封裝庫中引腳名稱不一致的器件引腳名稱改成和PCB封裝庫中的一致，特別是二、三極管等。畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境和繪制印刷電路的版框含中間的鏤空等（1） 進(jìn)入PCB系統(tǒng)后的第一步就是設(shè)置PCB設(shè)計環(huán)境，包括設(shè)置格點大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)等等。大多數(shù)參數(shù)都可以用系統(tǒng)默認(rèn)值。（2） 規(guī)劃電路版，主要是確定電路版的邊框，包括電路版的尺寸大小等等。在需要放置固定孔的地方放上適當(dāng)大小的焊盤。對于3mm的螺絲可用6.5~8mm的外徑和3.2?3.5mm內(nèi)徑的焊盤對于標(biāo)準(zhǔn)板可從其它板或PCBizard中調(diào)入。打開所有要用到的PCB庫文件后，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表文件和修改零件封裝，只有將網(wǎng)絡(luò)表裝入后，才能進(jìn)行電路版的布線。布置零件封裝的位置，也稱零件布局Protel可以進(jìn)行自動布局，也可以進(jìn)行手動布局。如果進(jìn)行自動布局，運行"Tools"下面的〃AutoPlace",用這個命令，你需要有足夠的耐心。布線的關(guān)鍵是布局，多數(shù)設(shè)計者采用手動布局的形式。用鼠標(biāo)選中一個元件，按住鼠標(biāo)左鍵不放，拖住這個元件到達(dá)目的地，放開左鍵，將該元件固定°Protel在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局選項包含自動選擇和自動對齊。使用自動選擇方式可以很快地收集相似封裝的元件，然后旋轉(zhuǎn)、展開和整理成組，就可以移動到板上所需位置上了。當(dāng)簡易的布局完成后，使用自動對齊方式整齊地展開或縮緊一組封裝相似的元件。根據(jù)情況再作適當(dāng)調(diào)整然后將全部器件鎖定假如板上空間允許則可在板上放上一些類似于實驗板的布線區(qū)。對于大板子，應(yīng)在中間多加固定螺絲孔。板上有重的器件或較大的接插件等受力器件邊上也應(yīng)加固定螺絲孔，有需要的話可在適當(dāng)位置放上一些測試用焊盤，最好在原理圖中就加上。將過小的焊盤過孔改大，將所有固定螺絲孔焊盤的網(wǎng)絡(luò)定義到地或保護地等。放好后用VIEW3D功能察看一下實際效果，存盤。布線規(guī)則設(shè)置布線規(guī)則是設(shè)置布線的各個規(guī)范（象使用層面、各組線寬、過孔間距、布線的拓樸結(jié)構(gòu)等部分規(guī)則，可通過Design-Rules的Menu處從其它板導(dǎo)出后，再導(dǎo)入這塊板）選Design-Rules一般需要重新設(shè)置以下幾點：（1） 安全間距（Routing標(biāo)簽的ClearanceConstraint）它規(guī)定了板上不同網(wǎng)絡(luò)的走線焊盤過孔等之間必須保持的距離。一般板子可設(shè)為0.254mm，較空的板子可設(shè)為0.3mm，較密的貼片板子可設(shè)為0.2-0.22mm，極少數(shù)印板加工廠家的生產(chǎn)能力在0.1-0.15mm，假如能征得他們同意你就能設(shè)成此值。0.1mm以下是絕對禁止的。（2） 走線層面和方向（Routing標(biāo)簽的RoutingLayers）此處可設(shè)置使用的走線層和每層的主要走線方向。請注意貼片的單面板只用頂層，直插型的單面板只用底層，但是多層板的電源層不是在這里設(shè)置的（可以在Design-LayerStackManager中，點頂層或底層后，用AddPlane添加，用鼠標(biāo)左鍵雙擊后設(shè)置，點中本層后用Delete刪除）（3） 過孔形狀（Routing標(biāo)簽的RoutingViaStyle）它規(guī)定了手工和自動布線時自動產(chǎn)生的過孔的內(nèi)、外徑，均分為最小、最大和首選值，其中首選值是最重要的，下同。（4） 走線線寬（Routing標(biāo)簽的WidthConstraint）它規(guī)定了手工和自動布線時走線的寬度。整個板范圍的首選項一般取0.2-0.6mm，另添加一些網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)組（NetClass）的線寬設(shè)置，如地線、+5伏電源線、交流電源輸入線、功率輸出線和電源組等。網(wǎng)絡(luò)組可以事先在Design-NetlistManager中定義好，地線一般可選1mm寬度，各種電源線一般可選0.5-1mm寬度，印板上線寬和電流的關(guān)系大約是每毫米線寬允許通過1安培的電流，當(dāng)線徑首選值太大使得SMD焊盤在自動布線無法走通時，它會在進(jìn)入到SMD焊盤處自動縮小成最小寬度和焊盤的寬度之間的一段走線，其中Board為對整個板的線寬約束，它的優(yōu)先級最低，即布線時首先滿足網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)組等的線寬約束條件。7.自動布線和手工調(diào)整（1） 點擊菜單命令A(yù)utoRoute/Setup對自動布線功能進(jìn)行設(shè)置選中除了AddTestpoints以外的所有項，特別是選中其中的LockAllPre-Route選項，RoutingGrid可選1mil等。自動布線開始前PROTEL會給你一個推薦值可不去理它或改為它的推薦值，此值越小板越容易100%布通，但布線難度和所花時間越大。（2） 點擊菜單命令A(yù)utoRoute/All開始自動布線，假如不能完全布通則可手工繼續(xù)完成或UNDO一次（千萬不要用撤消全部布線功能，它會刪除所有的預(yù)布線和自由焊盤、過孔）后調(diào)整一下布局或布線規(guī)則，再重新布線。完成后做一次DRC，有錯則改正。布局和布線過程中，若發(fā)現(xiàn)原理圖有錯則應(yīng)及時更新原理圖和網(wǎng)絡(luò)表，手工更改網(wǎng)絡(luò)表（同第一步），并重裝網(wǎng)絡(luò)表后再布。（3） 對布線進(jìn)行手工初步調(diào)整需加粗的地線、電源線、功率輸出線等加粗，某幾根繞得太多的線重布一下，消除部分不必要的過孔，再次用VIEW3D功能察看實際效果。手工調(diào)整中可選Tools-DensityMap查看布線密度，紅色為最密，黃色次之，綠色為較松，看完后可按鍵盤上^nd鍵刷新屏幕。紅色部分一般應(yīng)將走線調(diào)整得松一些，直到變成黃色或綠色。9.檢查。DRC，EMC等檢查，然后可以打印檢查，網(wǎng)絡(luò)表對比。元件清單檢查。需要注意的幾點的地方：在印制板布線時，應(yīng)先確定元器件在板上的位置，然后布地線，電源線。在安排高速信號線，最好考慮低速信號線。元氣件的位置按電源電壓，數(shù)字模擬，速度快慢，電流大小等分組。安全的條件下，電源線應(yīng)盡量靠近地。減小差摸輻射的環(huán)面積，也有助于減小電路的交擾。當(dāng)需要在電路板上布置快速，中速，低速邏輯電路時，高速的應(yīng)放在靠近邊緣連接器范圍內(nèi)，而低速邏輯和存儲器，應(yīng)放在遠(yuǎn)離連接器范圍內(nèi)。這樣對共阻抗偶合，輻射和交擾的減小都是有利的。最后的接地最重要的了。四實驗記錄及結(jié)果最后繪制出來的PCB電路板如下圖:圖1PCB電路圖吏:>:利用Protel中的3D預(yù)覽功能，預(yù)覽一下PCB成品的模樣。如下圖。82SY圖2PCB板的背面第六部分系統(tǒng)的安裝調(diào)試與故障排除一實驗?zāi)康恼莆赵惭b調(diào)試的方法掌握調(diào)試過程中故障排除及系統(tǒng)功能和參數(shù)測試的方法二實驗內(nèi)容打印出印制電路板的裝配圖，按圖紙配料，然后進(jìn)行PCB元件安裝，焊接，調(diào)試，并且用電氣法則檢驗PCB板的各項指標(biāo)，使用萬用表檢查安裝測試過程所出現(xiàn)的故障，并排除出現(xiàn)的故障。利用示波器，測速儀測試出系統(tǒng)的功能和各種系統(tǒng)參數(shù)，最后評估系統(tǒng)是否達(dá)到了預(yù)計的要求，寫出總結(jié)。三實驗原理、方法與步驟（一）PCB板元件的焊接過程：1、 焊前準(zhǔn)備首先要熟悉所焊印制電路板的裝