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基于單片機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 含程序 PCB 原理圖等下載

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原來(lái)在實(shí)驗(yàn)室?guī)蛯W(xué)長(zhǎng)做的電機(jī)控制 是一個(gè)項(xiàng)目。包括程序,電路等.

下載:
H橋直流電機(jī)調(diào)速.rar (518.07 KB, 下載次數(shù): 69)
包括PCB原理圖和單片機(jī)源程序


實(shí)物照片如下:


                               基于單片機(jī)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

論文題目

學(xué)生姓名:
指導(dǎo)教師:
所在學(xué)院:信息技術(shù)學(xué)院
專    業(yè):計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)




XXXXXX學(xué)院論文版權(quán)使用授權(quán)書

本人完全了解XXXXXX學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意如下各項(xiàng)內(nèi)容:按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本;學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版,并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文;學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù);學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版;在不以贏利為目的的前提下,學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng)。

論文作者簽名:

                                          年   月   日


XXXXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原創(chuàng)性聲明

本人鄭重聲明:所呈交的論文,是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。

                                   論文作者簽名:  

                                  年    月    日





  錄

摘  要.............................................................................................................3

ABSTRACT...................................................................................................4

前言................................................................................................................8

1 緒論....................................................................................................9

1.1  直流電機(jī)調(diào)速的背景及意義............................................................................9

    1.2直流電機(jī)調(diào)速的方案論證及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能......................................................9
2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證...........................................................................10
2.1 控制器模塊.......................................................................................................0
2.2 電源方案的選...................................................................................................0
2.3鍵盤的選擇........................................................................................................0
2.4  顯示模塊的選擇.............................................................................................2
2.5  驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì).................................................................................................6
2.6  PWM 控制.....................................................................................................9
2.7  模塊的最終方案.............................................................................................9
3 硬件電路設(shè)計(jì)..................................................................................20
   3.1  AT89S52單片機(jī)介紹.....................................................................................20
    3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)...................................................................................................20
    3.3外部晶振時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)...................................................................................23
    3.4 霍爾傳感器原理介..........................................................................................24
4 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)..............................................................27
4.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)流程圖........................................................................................27
4.2 系統(tǒng)主程序........................................................................................................27
4.3 中斷子程序........................................................................................................27
4.4 程序....................................................................................................................28
5 實(shí)物制作..........................................................................................29
5.1 PCB板的制作....................................................................................................29
5.2 鉆孔和焊接........................................................................................................29
5.3 焊接電路的檢測(cè)................................................................................................30

6總結(jié)....................................................................................................31

致  謝.......................................................................32

參考文獻(xiàn)....................................................................33

附  錄              34

附錄1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖              35

附錄2電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)PCB圖              35

附錄3 程序              37

附錄5 實(shí)物照片

前言

    在生產(chǎn)生活中,特別是設(shè)備、儀器的調(diào)速控制中廣泛采用直流電機(jī)。以往的調(diào)速多通過(guò)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源、調(diào)節(jié)可控硅等來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣的調(diào)速方式常常存在有調(diào)速不均勻、線路可靠性差、功耗大、調(diào)節(jié)范圍小、調(diào)試?yán)щy等諸多問(wèn)題。本文采用基于單片機(jī)的PWM控制技術(shù)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制,取得了高精度、調(diào)速范圍寬、功耗小等優(yōu)良性能。所采用的AT89S52是ATMEL公司推出的一款8051增強(qiáng)型單片機(jī),具有優(yōu)良的控制性能。文中給出了以單片機(jī)ATAT89S52為核心的直流電機(jī)控制系統(tǒng)和控制策略。1.PWM技術(shù)原理PWM(Pulse-Width Modulation,脈寬調(diào)制)控制是對(duì)脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)制的技術(shù),以往調(diào)節(jié)占空比的方式大致有三種:固定脈沖寬度而調(diào)節(jié)頻率、同時(shí)調(diào)節(jié)脈沖寬度與頻率、固定脈沖頻率而調(diào)節(jié)脈沖寬度。三種方式中的前兩種在調(diào)速過(guò)程中都需要改變脈沖的周期,這往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)共振的錯(cuò)誤。因此常采用固定脈沖頻率而調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法來(lái)獲得所需要的驅(qū)動(dòng)電壓。并且脈沖由于脈沖不僅幅值相同、寬度也相同,所需要改變的只是脈沖的占空比,這樣最大限度的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  • 緒論

  1.1  直流電機(jī)調(diào)速的背景及意義

在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中,自動(dòng)控制系統(tǒng),電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面,直流電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等,都不能缺少直流電機(jī)。所以直流電機(jī)的控制是一門很實(shí)用的技術(shù)。直流電機(jī),大體上可分為四類:幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 兩相低電壓交流電機(jī)  直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)性能和調(diào)速特性,它的特點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,最大轉(zhuǎn)矩大,能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速,轉(zhuǎn)速控制容易,調(diào)速后效率很高。與交流調(diào)速相比,直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,生產(chǎn)成本高,維護(hù)工作量大。隨著大功率晶體管的問(wèn)世以及矢量控制技術(shù)的成熟,使得矢量控制變頻技術(shù)獲得迅猛發(fā)展,從而研制出各種類型、各種功率的變頻調(diào)速裝置,并在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。適用范圍:直流調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。高性能的交流傳動(dòng)應(yīng)用比重逐年上升,在工業(yè)部門中,用可調(diào)速交流傳動(dòng)取代直流傳動(dòng)將成為歷史的必然。

1.2直流電機(jī)調(diào)速的方案論證及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能

本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)為主控制器設(shè)計(jì)出一種基于PWM波控制直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),通過(guò)微機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),正反轉(zhuǎn)調(diào)速,為清晰的了解電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)在基本功能的基礎(chǔ)之上增加了測(cè)速的功能,并通過(guò)數(shù)碼管顯示,采用先進(jìn)的霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,既精確價(jià)位又低廉,具有良好的效益和市場(chǎng)潛力,

2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與論證

2.1 控制器模塊

   控制器主要用于各模塊控制顯示、搶答、音樂(lè)等。控制器的選擇有以下兩鐘方案。

方案1:采用FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門列陣)作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能,規(guī)模大,密度高,它將所有器件集成在一塊芯片上,

減小了體積,提高了穩(wěn)定性,并且可以應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試,易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA采用并行的輸入輸出方式,提高了系統(tǒng)的處理速度,適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高,F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn),并且由于其集成度高,使其成本偏高,同時(shí)由于芯片的引腳較多,實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜,加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。

方案2:采用ATMEL公司的AT89S52作為系統(tǒng)控制器的CPU方案。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng),軟件編程靈活、自由度大,可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制,并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn),使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

基于以上分析擬訂方案二。

2.2 電源方案的選擇

   系統(tǒng)需要多個(gè)電源,AT89S52使用5V穩(wěn)壓電源,四聯(lián)數(shù)碼管供電電壓為5V。給出以下兩個(gè)方案。

方案1:采用升壓型穩(wěn)壓電路。用兩片MC34063芯片分別將3V的電池電壓進(jìn)行直流嶄波調(diào)壓,得到5V穩(wěn)壓輸出。只需使用兩節(jié)電池,既節(jié)省了電池,又減小系統(tǒng)體積重量但該電路供電電流小,供電時(shí)間短,無(wú)法使相對(duì)龐大的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作。

方案2:由于所做的設(shè)計(jì)不需要很高的精度要求,結(jié)合這個(gè)電源分析只要給系統(tǒng)5V的電壓基本能輸出顯示和運(yùn)用搶答,故只需利用一節(jié)5V的手機(jī)充電器便可使整個(gè)電路工作。該方法方便簡(jiǎn)單,節(jié)省材料。

綜上所述,選擇方案二。

2.3鍵盤的選擇

鍵盤是單片機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備,是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。鍵盤按結(jié)構(gòu)形式可以分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤,前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼,而后者則用硬件方法來(lái)產(chǎn)生鍵碼。在單片機(jī)中使用的都是非編碼鍵盤,因?yàn)榉蔷幋a鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,非編碼鍵盤的類型很多,常用的有獨(dú)立式鍵盤,行列式鍵盤等。

方案1:獨(dú)立式鍵盤

鍵盤接口中使用多少根I/O線,鍵盤中就有幾個(gè)按鍵,鍵盤接口使用了8根I/O口線,該鍵盤就有8個(gè)按鍵,這種類型的鍵盤,其按鍵比較少,且鍵盤

中各按鍵的工作互不干擾。因此可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)鍵盤中的按鍵靈活的編碼。如圖2-1。

最簡(jiǎn)單的編碼方式就是根據(jù)I/O輸入口所直接反映的相應(yīng)按鍵,按下的狀態(tài)進(jìn)行編碼,稱按鍵直接狀態(tài)碼,對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤,CPU可以通過(guò)直接讀取I/O口的狀態(tài)來(lái)獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值,根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別,這樣形式的鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,按鍵識(shí)別容易。

獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用比較多的I/O口線,當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富余時(shí),可以采用這樣類型的鍵盤。

方案2:行列式鍵盤

行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線,M條I/O線作為列線組成的鍵盤,在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上,設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是M*N個(gè)。這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu),能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O的利用率,列線接P1.0~P1.3行線接P1.4~P1.7,行列適用于按鍵輸入多的情況。

CPU對(duì)鍵盤的掃描可以采用取程序控制的隨機(jī)方式,即只有在CPU空閑是時(shí)才去掃描鍵盤,響應(yīng)操作人員的鍵盤輸入,但CPU在執(zhí)行應(yīng)用程序的過(guò)程中,不能響應(yīng)鍵盤輸入,對(duì)鍵盤的掃描可以采用定時(shí)方式,即利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器每隔一定時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次,這樣控制方式,不管鍵盤上有無(wú)鍵閉合,CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)。

在大多數(shù)情況下,CPU對(duì)鍵盤可能進(jìn)行空掃描。為了提高CPU的效率而又能及時(shí)響應(yīng)鍵盤輸入,可以采用中斷方式,既CPU平時(shí)不必掃描鍵盤,只要當(dāng)鍵盤上有鍵盤閉合時(shí)就產(chǎn)生中斷請(qǐng)求,向CPU申請(qǐng)中斷后,立即對(duì)鍵盤上有鍵盤進(jìn)性掃描,識(shí)別閉合鍵,并做相應(yīng)的處理。如圖2-2所示。

根據(jù)以上的論述,采用方案一,在本系統(tǒng)中采用了獨(dú)立式鍵盤,其按鍵比較少,且鍵盤中各個(gè)按鍵的工作互不干擾。
2.4  顯示模塊的選擇
2.4.1  數(shù)碼管顯示模塊                   LED顯示電路設(shè)計(jì)

LED數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,其基本單元是發(fā)光二極管,通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流,會(huì)使其發(fā)亮,從而顯示出數(shù)字。可以顯示:時(shí)間、日期、溫度等可以用數(shù)字代替的參數(shù)。

數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元(多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示);按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管;按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)極數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí),相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí),相應(yīng)字段就不亮。

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路,通過(guò)由各自獨(dú)立的I/O線控制,當(dāng)單片機(jī)的P0口輸出字形碼時(shí),所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形,取決于單片機(jī)對(duì)P2.0-P2.3位選通COM端電路的控制,所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端,就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。

在本設(shè)計(jì)中采用了四位八段數(shù)碼管,用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)來(lái)顯示溫度的值,如圖2-3所示。


圖2-3顯示電路圖

2.4.2 顯示器LCD1602特點(diǎn)與簡(jiǎn)介

一、液晶顯示器的有以下特點(diǎn):

1.液晶顯示屏是以若干個(gè)5X8或5X11點(diǎn)陣塊組成的顯示字符群。每個(gè)點(diǎn)陣塊為一個(gè)字符位,字符間距和行距都為一個(gè)點(diǎn)的寬度。

2.主控制驅(qū)動(dòng)電路為HD44780(HITACHI)及其他公司全兼容電路,如SED1278(SEIKOEPSON),KS0066(SAMSUNG),NJU6408(NERJAPANRADIO)。

3.具有字符發(fā)生器ROM可顯示192種字符(160個(gè)5X7點(diǎn)陣字符和32個(gè)5X10點(diǎn)陣字符,見附錄3。

4.具有64個(gè)字節(jié)的自定義字符RAM,可自定義8個(gè)5X8點(diǎn)陣字符或4個(gè)5X11點(diǎn)陣字符。

5.具有80個(gè)字節(jié)的RAM。

7.模塊結(jié)構(gòu)緊湊,輕巧,裝配容易。

8.單+5V 電源供電(寬溫型需要一個(gè)-7V的電源供電)。

9.低功耗,長(zhǎng)壽命,高可靠性。

LCD1602的引腳功能說(shuō)明如表2-8。

二、 顯示電路與單片機(jī)的連接

就時(shí)鐘而言,通常采用LCD或LED顯示,對(duì)LED來(lái)說(shuō)AT89C52本身設(shè)有專門的液晶驅(qū)動(dòng)電路,LED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,功耗低,響應(yīng)速度快,壽命長(zhǎng),可靠性也高,等優(yōu)點(diǎn),而且亮度也高,價(jià)格也便宜,但是本時(shí)鐘設(shè)計(jì)要一個(gè)很直觀的顯示效果,LED就會(huì)除了8段的顯示,位選也要占用大量的資源,不易控制。如果選用LCD的 話,顯示就比較直觀,占用的硬件資源就相對(duì)少些。而且對(duì)我們研究學(xué)習(xí),不在于便宜,是我們要學(xué)到更多的知識(shí),若采用1602顯示,其與單片機(jī)的連接如圖2-4。

圖2-4單片機(jī)與LCD1602的連接圖

表2-5 LCD1602的引腳功能說(shuō)明

引腳號(hào)

符號(hào)

狀態(tài)

功能

1

Vss

電源地

2

Vdd

+5V邏輯電源

3

V0

液晶驅(qū)動(dòng)電源

4

RS

輸入

寄存器1數(shù)據(jù),0命令

5

R/W

輸入

讀寫操作選擇1讀,0寫

6

E

輸入

是能信號(hào)

7

DB0

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

8

DB1

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

9

DB2

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

10

DB3

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

11

DB4

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

12

DB5

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

13

DB6

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

14

DB7

三態(tài)

數(shù)據(jù)總線

15

A

輸入

上兩行使能信號(hào)

16

K

輸入

下兩行使能信號(hào)

2.4.3  顯示電路的設(shè)計(jì)

顯示電路的主要部分就是顯示器件,所以顯示電路的設(shè)計(jì)第一步就是顯示器件的選擇,對(duì)我們一般的設(shè)計(jì),首選當(dāng)然是數(shù)碼管,它具有顯示亮度高,編程易的特點(diǎn),雖然它的單獨(dú)顯示使得每一位都要有自己的為選端,也就是說(shuō)每一位就要占用一個(gè)I/O口,本設(shè)計(jì)要求最多4位的數(shù)字顯示,再加上8段的8位,也就就占用12個(gè)I/O口,所以我們選用更節(jié)省資源的四位共陽(yáng)作為理想的顯示器件。

2.5  驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

2.5.1 H型橋式驅(qū)動(dòng)電路
    直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路,這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行,分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。它的基本原理圖如圖1所示。


    全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài),S1、S2為一組,S3、S4為另一組,兩組的狀態(tài)互補(bǔ),一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時(shí),S3、S4關(guān)斷,電機(jī)兩端加正向電壓,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng);當(dāng)S3、S4導(dǎo)通時(shí),S1、S2關(guān)斷,電機(jī)兩端為反向電壓,電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。
    在小車動(dòng)作的過(guò)程中,我們要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換,即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換,也就是在S1、S2導(dǎo)通且S3、S4關(guān)斷,到S1、S2關(guān)斷且S3、S4導(dǎo)通,這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種情況下,理論上要求兩組控制信號(hào)完全互補(bǔ),但是,由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在
開通和關(guān)斷時(shí)間,絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路,比如在上橋臂關(guān)斷的過(guò)程中,下橋臂導(dǎo)通了。這個(gè)過(guò)程可用圖2說(shuō)明。因此,為了避免直通短路且保證各個(gè)開關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同性和同步性,兩組控制信號(hào)在理論上要求互為倒相的邏輯關(guān)系,而實(shí)際上卻必
須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間,這個(gè)矯正過(guò)程既可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn),即在上下橋臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí),也可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)(具體方法參看后文)。

    驅(qū)動(dòng)電流不僅可以通過(guò)主開關(guān)管流通,而且還可以通過(guò)續(xù)流二極管流通。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí),電機(jī)便工作在發(fā)電狀態(tài),轉(zhuǎn)子電流必須通過(guò)續(xù)流二極管流通,否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱,嚴(yán)重時(shí)燒毀。
    開關(guān)管的選擇對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響很大,開關(guān)管的選擇宜遵循以下原則:
(1)由于驅(qū)動(dòng)電路是功率輸出,要求開關(guān)管輸出功率較大;
(2)開關(guān)管的開通和關(guān)斷時(shí)間應(yīng)盡可能小;
(3)小車使用的電源電壓不高,因此,開關(guān)管的飽和壓降應(yīng)該盡量低。
    在實(shí)際制作中,我們選用大功率達(dá)林頓管TIP122或場(chǎng)效應(yīng)管IRF530,效果都還不錯(cuò),為了使電路簡(jiǎn)化,建議使用集成有橋式電路的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片,如L298、LMD18200,性能比較穩(wěn)定可靠。
    由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大,如果只用一組電源時(shí)會(huì)影響單片機(jī)的正常工作,所以我們選用雙電源供電。一組5V給單片機(jī)和控制電路供電,另外一組9V給電機(jī)供電。在控制部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分之間用光耦隔開,以免影響控制部分電源的品質(zhì),并在達(dá)林頓管的基極加三極管驅(qū)動(dòng),可以給達(dá)林頓管提供足夠大的基極電流。圖3所示為采用TIP122的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路,IOB8口為“0”,IOB9口輸入PWM波時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn),通過(guò)改變PWM 的占空比可以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。而當(dāng)IOB9口為“0”,IOB8口輸入PWM波時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn),同樣通過(guò)改變PWM的
占空比來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。

2.5.2 驅(qū)動(dòng)芯片L298N

    采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N。L298N為單塊集成電路,高電壓,高電流,四通道驅(qū)動(dòng),可直接的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,無(wú)須隔離電路。通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平,即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn),停止的操作,非常方便,亦能滿足直流減速電機(jī)的大電流要求。調(diào)試時(shí)在依照上表,用程序輸入對(duì)應(yīng)的碼值,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

表1 L298N的引腳和輸出引腳的邏輯關(guān)系
EN A(B)
IN1(IN3)
IN2(IN4)
電機(jī)運(yùn)行情況
H
H
L
正轉(zhuǎn)
H
L
H
反轉(zhuǎn)
H
同IN2(IN4)
同IN2(IN4)
快速停止
L
X
X
停止

2.5.3驅(qū)動(dòng)模塊的抉擇
由上述討論可知對(duì)于小功率直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)有H橋驅(qū)動(dòng)和L298驅(qū)動(dòng)兩種方法,L298驅(qū)動(dòng)芯片雖然簡(jiǎn)單,驅(qū)動(dòng)能力也較強(qiáng),但由于其價(jià)格昂貴,且本設(shè)計(jì)的電機(jī)屬于小功率直流電機(jī),H橋式驅(qū)動(dòng)電路就足以驅(qū)動(dòng),且價(jià)格便宜,故而本設(shè)計(jì)采用H橋作為小功率直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。

2.6  PWM 控制
    PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制,通常配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速,非常簡(jiǎn)單,且調(diào)速范圍大,它的原理就是直流斬波原理。
    由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例,而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比,因此電機(jī)的速度與占空比成比例,占空比越大,電機(jī)轉(zhuǎn)得越快,當(dāng)占空比α=1時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速最大。PWM控制波形的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn),例如用555搭成的觸發(fā)電路,但是,這種電路的占空比不能自動(dòng)調(diào)節(jié),不能用于自動(dòng)控制小車的調(diào)速。而目前使用的大多數(shù)單片機(jī)都可以直接輸出這種PWM波形,或通過(guò)時(shí)序模擬輸出,最適合小車的調(diào)速。我們使用的是AT89S52 單片機(jī),它是8位單片機(jī),頻率最高達(dá)到24Hz,可提供2 路PWM 直接輸出,頻率可調(diào),占空比8級(jí)可調(diào),控制電機(jī)的調(diào)速范圍大,使用方便。AT89S52單片機(jī)有32個(gè)I/O口,內(nèi)部設(shè)有2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器,完全可以模擬任意頻率、占空比隨意調(diào)節(jié)的PWM信號(hào)輸出,用以控制電機(jī)調(diào)速。在實(shí)際制作過(guò)程中,我們認(rèn)為控制信號(hào)的頻率不需要太高,一般在400Hz以下為宜,占空比8級(jí)調(diào)節(jié)也完全可以滿足調(diào)速要求,并且在小車行進(jìn)的過(guò)程中,占空比不應(yīng)該太高,在直線前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎的時(shí)候應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。若車速太快,則在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候,方向不易控制;而車速太慢,則很浪費(fèi)時(shí)間。這時(shí)可以根據(jù)具體情況慢慢調(diào)節(jié)。所以本設(shè)計(jì)采用PWM波調(diào)整電機(jī)的速度。

2.7  模塊的最終方案

主控制器模塊:采用AT89S52單片機(jī)控制。

顯示模塊:數(shù)碼管顯示。

電源方案的選擇:采用5V手機(jī)充電器供電。

鍵盤模塊:獨(dú)立式鍵盤。

驅(qū)動(dòng)模塊:采用H橋式驅(qū)動(dòng)

速度調(diào)節(jié):PWM波調(diào)速




3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1  AT89S52單片機(jī)介紹

AT89S52單片機(jī)是一款低功耗、低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī),片內(nèi)含8KB(可經(jīng)受1000次擦寫周期)的FLASH可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(EPROM),器件采用CMOS工藝和ATMEL公司的高密度,非易失性存儲(chǔ)器(NURAM)技術(shù)制造,其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容,片內(nèi)的FLASH存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)編程器來(lái)編程。因此,AT89C52是一種功能強(qiáng),靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī),可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域。

AT89S52具有以下主要性能:

1.8KB可改編程序FLASH存儲(chǔ)器;

2.全表態(tài)工作 :0~24HZ;

3.256X8字節(jié)內(nèi)部RAM;

4.32個(gè)外部雙向輸入,輸出(I、O)口;

如圖3-1。

    圖3-1 單片機(jī)芯片管腳圖

引腳功能說(shuō)明如下:

VCC:電源電壓。

GND:地。

P0口:P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口,也即地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用口。作為輸出口時(shí),每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路,對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端。

在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器或程序儲(chǔ)存器時(shí),這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用,在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。FLASH編程時(shí),P0口接收指令字節(jié),而在程序校驗(yàn)時(shí),輸出指令字節(jié),校驗(yàn)時(shí),要求外接上拉電阻。

P1口:P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。FLASH編程和程序校驗(yàn)期間,P1接收低8位地址。

P2口:P2是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn)外部程序儲(chǔ)存器或16位地址的外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令)時(shí),P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器(例如執(zhí)行MOVX@RI指令)時(shí),P2口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容),在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。FLASH編程或校驗(yàn)時(shí),P2亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。

P3口:P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”,通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時(shí)可作為輸入口。作為輸入口使用時(shí),因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻,某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。

P3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,具體功能說(shuō)明如表2-1。

P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲(chǔ)器編程和程序校的控制信號(hào)。

RST:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。

ALE/PROG:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。

端口引腳

第二功能

P3.0

RXD(穿行輸出口)

P3.1

TXD(穿行輸入口)

P3.2

INT0(外部中斷0)

P3.3

INT1(外部中斷1)

P3.4

T0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)

P3.5

T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)

P3.6

WR(外部數(shù)據(jù)寫選通)

P3.7

RD(外部數(shù)據(jù)讀選通)

   表3-2 P3口的第二功能表

即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器,ALE仍以是時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào),因此他可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是:每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。對(duì)FLASH存儲(chǔ)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(guò)對(duì)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A(yù)LE才會(huì)被激活。此外,該引腳會(huì)被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí),應(yīng)設(shè)置ALE無(wú)效。

PSEN:程序儲(chǔ)存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT80C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令(或數(shù)據(jù))時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間,當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,這兩次有效的PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。

EA/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序儲(chǔ)存器(地址為0000H-FFFFH),EA端必須保持低電平(接地)。需要注意的是:如果加密位LB1被編程,復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平(Vcc端),CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序儲(chǔ)存器中的指令。

FLASH儲(chǔ)存器編程時(shí),該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓。

XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。

XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端

3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

MCS-51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS-51提供了初始化的手段,可以使程序從指定處開始執(zhí)行,在MCS-51的時(shí)鐘電路工作后,只要RST引腳上出現(xiàn)超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí),即可產(chǎn)生復(fù)位的操作,只要RST保持高電平,則MCS-51循環(huán)復(fù)位,只有單RET由高電平變成低電平以后,MCS-51才從0000H地址開始執(zhí)行程序,本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。

圖3-2復(fù)位電路

3.3外部晶振時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

AT89S52的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生,一種是內(nèi)部方式,利用芯片內(nèi)部的振蕩電路;另外一種為外部方式,本論文根據(jù)實(shí)際需要和簡(jiǎn)便,采用內(nèi)部振蕩方式,MCS-51內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器,引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端,這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器。

AT89S52雖然有內(nèi)部振蕩電路,但要形成時(shí)鐘,必須外接元件,所以實(shí)際構(gòu)成的振蕩時(shí)鐘電路,外接晶振以及電容C1和C2構(gòu)成了并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中,對(duì)接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求,但電容的大小會(huì)影響振蕩頻率的高低,振蕩器的穩(wěn)定性,起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶振的頻率可在1.2MHZ~12MHZ之間任選,電容C1和C2的典型值在20pf~100pf之間選擇,由于本系統(tǒng)用到定時(shí)器,為了方便計(jì)算,采用了12MHZ的晶振,采用電容選擇30pf。

               圖3-3 晶振電路的設(shè)計(jì)

3.4 霍爾傳感器原理介]。

A44E 屬于開關(guān)型的霍爾器件,其工作電壓范圍比較寬(4.5~18V),其輸出的信號(hào)符合TTL 電平標(biāo)準(zhǔn),可以直接接到單片機(jī)的IO 端口上,而且其最高檢測(cè)頻率可達(dá)到1MHZ。

3.4.1  霍耳傳感器簡(jiǎn)介

霍爾效應(yīng)指的是:

在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流I,并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上,將產(chǎn)生電勢(shì)差為UH的霍爾電壓。其原理圖如圖3-4所示。




圖3-4霍爾效應(yīng)原理圖

當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí),薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差,這種現(xiàn)象就被稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U,其表達(dá)式為

                         U=K•I•B/d                             (3-1)                        

其中K為霍爾系數(shù),I為薄片中通過(guò)的電流,B為外加磁場(chǎng)(洛倫慈力Lorrentz)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,d是薄片的厚度。

由此可見,霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。

霍爾開關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件,它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,利用集成封裝和組裝工藝制作而成,它可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào),同時(shí)又具備工業(yè)場(chǎng)合實(shí)際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。

霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B 來(lái)表征的,當(dāng)B 值達(dá)到一定的程度(如B1)時(shí),霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出,和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號(hào)輸出之分。

作為一種新型的電器配件,具有無(wú)觸電、低功耗、長(zhǎng)使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn),內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化,所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。霍爾開關(guān)可應(yīng)用于接近開關(guān),壓力開關(guān),里程表等[8]。

3.4.2 集成開關(guān)型霍耳傳感器原理

如圖4-7,A44E 集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍耳電勢(shì)發(fā)生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個(gè)基本部分組成。在輸入端輸入電壓CC V,經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢(shì)發(fā)生器的兩端,根據(jù)霍耳效應(yīng)原理,當(dāng)霍耳片處在磁場(chǎng)中時(shí),在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流,則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍耳電勢(shì)差H V輸出,該H V信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形,使其成為方波輸送到OC門輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到.工作點(diǎn).(即OPB)時(shí),觸發(fā)器輸出高電壓(相對(duì)于地電位),使三極管導(dǎo)通,此時(shí)OC 門輸出端輸出低電壓,通常稱這種狀態(tài)為.開。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到.釋放點(diǎn)(即rP B)時(shí),觸發(fā)器輸出低電壓,三極管截止,使OC門輸出高電壓,這種狀態(tài)為.關(guān).。這樣兩次電壓變換,使霍耳開關(guān)完成了一次

開關(guān)動(dòng)作。其原理圖如圖3-5所示。






圖3-5集成開關(guān)型霍耳傳感器原理圖

3.4.3 霍耳開關(guān)外形及接線圖

其集成霍耳開關(guān)外形及接線如圖3-6 所示。




(a)霍爾開關(guān)外形                   (b)  霍爾開關(guān)接線圖

圖3-6 集成霍耳開關(guān)外形及接線圖

在此選擇P3.2口作為信號(hào)的輸入端,內(nèi)部采用外部中斷0(這樣可以減少程序設(shè)計(jì)的麻煩),車輪每轉(zhuǎn)一圈,霍爾開關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào),引起單片機(jī)的中斷,對(duì)脈計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1000次時(shí),得出計(jì)數(shù)達(dá)到1000次時(shí)是所用的時(shí)間,通過(guò)公式:

速度=距離/時(shí)間

得到速度,然后通過(guò)微機(jī)控制數(shù)碼管顯示速度。




4 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)流程圖

    該系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言編制,模塊化設(shè)計(jì),分為主程序,轉(zhuǎn)速計(jì)算程序,鍵盤程序,時(shí)鐘中斷程序,顯示程序。在速度計(jì)數(shù)中斷程序中完成計(jì)量工作;時(shí)鐘程序每秒鐘向AT89S52發(fā)出中斷請(qǐng)求,在中斷程序中完成計(jì)時(shí)工作或者時(shí)鐘顯示工作。鍵盤中斷程序用于完成各次營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)的查尋工作;顯示程序完成顯示工作。軟件設(shè)計(jì)框圖如下圖4-1所示。




圖4-1 軟件設(shè)計(jì)框圖

4.2 系統(tǒng)主程序

在主程序模塊中,需要完成對(duì)各參量和接口的初始化、速度計(jì)算初始化以及中斷、計(jì)算、循環(huán)等工作。另外,在主程序模塊中還需要設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器,并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后,主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容,分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)算和顯示等不同的操作。

4.3 中斷子程序

4.3.1 中斷計(jì)數(shù)程序

當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖計(jì)滿一定數(shù)值時(shí),就由計(jì)數(shù)中斷電路向微機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求,使微機(jī)進(jìn)入計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷一次,當(dāng)計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖計(jì)滿1000次時(shí),進(jìn)入計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中,變量加一。主函數(shù)中總金額也相應(yīng)地變化。

4.3.2 顯示程序

程序利用定時(shí)器每1ms產(chǎn)生一次中斷,相應(yīng)變量置位,點(diǎn)亮一個(gè)數(shù)碼管,顯示一位數(shù)據(jù),利用主函數(shù)內(nèi)的循環(huán),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示,同時(shí)根據(jù)數(shù)碼管余輝和人眼暫留現(xiàn)象,即可實(shí)現(xiàn)顯示。

4.3.3 鍵盤程序

鍵盤采用查詢的方式,放在主程序中,當(dāng)沒有按鍵按下的時(shí)候,單片機(jī)循環(huán)主程序,一旦有按鍵按下,便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理,處理結(jié)束再返回。

4.4 程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的程序采用C語(yǔ)言編寫。詳見附錄3。


5 實(shí)物制作

5.1 PCB板的制作

  用轉(zhuǎn)印紙打印出附錄所示的PCB圖,截取大小適中的印刷電路板。把打印出來(lái)的PCB圖附著在電路板上,經(jīng)過(guò)高溫壓制(150°左右),再經(jīng)腐蝕后晾干即可。需要注意的是實(shí)物焊接制作的硬件電路圖和理論硬件電路圖的設(shè)計(jì)存在著差異。兩者在原理上是一致的,由于理論硬件電路圖是在軟件中設(shè)計(jì)完成,硬件的排版、布線不需要考慮在實(shí)物焊接時(shí)布線產(chǎn)生的信號(hào)干擾、寄生耦合、焊接方便等問(wèn)題。而在實(shí)物電路板電路的設(shè)計(jì)中,要考慮這些問(wèn)題。

5.2 鉆孔和焊接

在鉆孔時(shí),根據(jù)電子元件引腳和布線,鉆取大小適中的孔,以利于方便焊接。目前電子元器件的焊接主要采用焊錫技術(shù)。要做到良好的焊接,在焊接過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都要重視錫良好的焊接的條件是:焊件表面應(yīng)該是清潔的,油垢和銹斑都會(huì)影響到焊接;能被錫焊料浸潤(rùn)的材料才具有可焊性,對(duì)于黃銅等表面易于生成氧化膜的材料,可以借助于助焊劑,可以先對(duì)焊件表面進(jìn)行鍍錫浸潤(rùn)后在進(jìn)行焊接;要有適當(dāng)?shù)募訜釡囟龋购稿a料具有一定的流動(dòng)性,才可以焊接牢固,溫度過(guò)高容易形成氧化膜,影響焊接質(zhì)量。

5.3 焊接電路的檢測(cè)

由于計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)相對(duì)電路復(fù)雜,采用芯片多,焊接的工作量也大,因此,在焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題導(dǎo)致線路不通,各個(gè)功能單元不能正常工作。所以在每個(gè)功能單元焊接完成之后都要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),出現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)調(diào)試,以保證各個(gè)單元正常工作。

檢測(cè)時(shí)首先在不加電源進(jìn)行檢查,主要是對(duì)照電路圖和實(shí)際線路檢查連線是否正確,包括錯(cuò)接、少接、多接等;用萬(wàn)用表電阻檔檢查焊接和接插是否導(dǎo)通良好;元器件引腳之間有無(wú)短路,連接處有無(wú)接觸不良,二極管、三極管、集成電路和電解電容的極性是否正確;電源供電包括極性、信號(hào)源連線是否正確;電源端對(duì)地是否存在短路(用萬(wàn)用表測(cè)量電阻)。

經(jīng)過(guò)上述檢查確認(rèn)無(wú)誤后,就進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)是把經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量的電源接入電路,用萬(wàn)用表電壓檔監(jiān)測(cè)電源電壓,觀察有無(wú)異常現(xiàn)象:如冒煙、異常氣味、手摸元器件發(fā)燙,電源短路等,如發(fā)現(xiàn)異常情況,立即切斷電源,排除故障。

5.4 輸入程序并調(diào)試運(yùn)行

當(dāng)各個(gè)模塊都焊接結(jié)束,檢測(cè)焊接良好后,就需要將各個(gè)模塊彼此連接起來(lái),通過(guò)單片機(jī)的控制,完成計(jì)價(jià)器的功能。在向單片機(jī)輸入程序之前,必須確認(rèn)輸入的程序合理、正確,一旦程序出現(xiàn)問(wèn)題,不容易檢測(cè),計(jì)價(jià)器不能夠正常工作,就會(huì)前功盡棄。

在單片機(jī)中會(huì)有Flash存儲(chǔ)器,用于存儲(chǔ)用戶代碼。本設(shè)計(jì)采用的是可在系統(tǒng)編程的單片機(jī)。輸入程序一般利用單片機(jī)串行口,將PC機(jī)上的程序傳入單片機(jī),再通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部專門的固件程序?qū)⑤斎氲某绦驘龑懙絾纹瑱C(jī)內(nèi)部(或者外擴(kuò))的Flash存儲(chǔ)器中。在本設(shè)計(jì)中采用程序編程器將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)Flash存儲(chǔ)器中。

6  總結(jié)

經(jīng)過(guò)這些天對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有了更深入的了解,對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了增強(qiáng)和鞏固。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,碰到了許多的問(wèn)題。比如,對(duì)于一些相關(guān)的應(yīng)用軟件沒能熟練掌握,在電機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上,尤其是在顯示電路和信號(hào)采集模塊掌握的不好;對(duì)于程序的編寫和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不足。經(jīng)過(guò)老師的精心指導(dǎo)和同學(xué)的幫助,以及參考相關(guān)的資料,最終還是把問(wèn)題解決了。

通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),我最大的收獲就是自己的動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力得到了很大的提高,明白了理論和實(shí)際存在差距,很多知識(shí)光靠書本上的學(xué)習(xí)是學(xué)不到其中的精髓的,必須親自去試著實(shí)踐,親自去經(jīng)歷、總結(jié),才能對(duì)它們真正的掌握。遇到困難,永遠(yuǎn)不要沮喪氣餒,首先想到的是如何想辦法解決問(wèn)題。在動(dòng)手的過(guò)程中,不僅能增強(qiáng)實(shí)踐能力,而且在理論上可以有更深的認(rèn)識(shí)。這次設(shè)計(jì)給了我極大的鼓舞和信心,激勵(lì)我在以后的學(xué)習(xí)中可以通過(guò)不斷的摸索和實(shí)踐來(lái)提高其他方面的知識(shí)。

致  謝

時(shí)光荏苒,再回首,四年的大學(xué)生涯已悄然接近尾聲。回顧大學(xué)生活,往事歷歷在目,難以忘懷。在此,對(duì)所有關(guān)心、幫助和指導(dǎo)我的老師、同學(xué)和朋友們致以誠(chéng)摯的感謝。

首先要感謝我的論文指導(dǎo)老師xxx和四年來(lái)為我的成長(zhǎng)學(xué)習(xí)而默默無(wú)聞、無(wú)私奉獻(xiàn)的老師們。四年來(lái),老師們時(shí)刻關(guān)心我的生活、學(xué)習(xí),對(duì)我的生活和學(xué)習(xí)給予了終生受益的指導(dǎo)和建議,對(duì)畢業(yè)論文的構(gòu)思和完成給予了無(wú)微不至的關(guān)懷和指導(dǎo)。同時(shí),老師也以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、敏銳的科學(xué)洞察力和忘我的工作精神為我樹立楷模,時(shí)刻熏陶著我。學(xué)為人知,行為世范,在這里得到最真、最完美的詮釋,對(duì)我將來(lái)的人生有著重大的指導(dǎo)意義。

還要感謝相處了四年的同學(xué)和朋友,他們對(duì)我的生活和學(xué)習(xí)給予了關(guān)心和幫助,在我的論文遇到問(wèn)題時(shí)給我提供了許多幫助,在同學(xué)和朋友的幫助下,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利完成。同時(shí),我們一起度過(guò)的象牙塔里的生活給我留下了最真,最美好的回憶。

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附  錄

附錄1 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖

附錄2 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)PCB圖


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ID:192037 發(fā)表于 2017-4-21 15:10 | 只看該作者
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