1、摘 要本文設計主要內(nèi)容是直流電動機轉(zhuǎn)速調(diào)速的控制，為了能夠?qū)崿F(xiàn)直流電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速的控制，采用的是PWM脈沖調(diào)制的方法來得到模擬電路中需要的波形。其中應用獨立式按鍵來控制實現(xiàn)電動機各種功能，并且應用霍爾傳感器來測量電動機當前的某個轉(zhuǎn)速值，再用LED數(shù)碼管顯示器來顯示其對應的轉(zhuǎn)速值。這些程序的運行，則都通過80C51單片機內(nèi)部的程序進行操作，通過單片機的各個引腳與各個模塊相連接。設計程序完成后，通過Proteus軟件仿真直觀的看出原理圖是否能正常運行。 關鍵字： 直流電動機；單片機； PWMAbstractIn this paper, design main design cont

2、ent is the speed of the dc motor speed control, in order to be able to realize the normal dc motor start and stop, speed control, the implementation of the operations.Throughout the design process using 8051 single chip microcomputer to control and connect to other chips;Application of independent t

3、ype buttons to control different function embodied in the circuit;Application of LED digital tube display to display the speed value;Which can achieve positive &negative dc motor with PWM control.Speed measurement with hall sensor;Will detect the speed of delivery to the single-chip microcompute

4、r, under the recognition and application of the single-chip microcomputer, digital tube LED display.Design program is completed through the Proteus software simulation to intuitive see schematic operation mode. Keywords: DC motors ；SCM keyboard ；PWM目 錄1 緒論11.1 課題發(fā)展的背景11.2 課題的研究意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4 本文主

5、要研究內(nèi)容22 基本概念介紹32.1 51系列單片機介紹32.2 直流伺服電動機的概述42.2.1 直流伺服電動機的定義及其結(jié)構(gòu)和分類42.2.2 直流伺服電動機的調(diào)速原理52.3 PWM控制技術52.3.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點52.3.2 PWM變換器的工作原理63 總體硬件方案介紹73.1 硬件電路概述73.2 鍵盤模塊選擇73.3 顯示模塊選擇83.4 PWM模塊103.4.1 電動機轉(zhuǎn)速的控制113.5 轉(zhuǎn)速的測量113.5.1 測速傳感器的選擇113.5.2 霍爾傳感器的工作原理及其測量方法123.6 主要控制模塊133.6.1 時鐘電路133.6.2 穩(wěn)壓電源電路144 總體軟件

6、方案介紹164.1 基本的軟件原理164.1.1 鍵盤的功能164.1.2 LED顯示器的功能164.2 系統(tǒng)軟件流程圖164.2.1 單片機主程序流程圖164.3 系統(tǒng)應用軟件仿真185 結(jié)論21致 謝22參考文獻23附錄1 正反轉(zhuǎn)仿真241 緒論1.1 課題發(fā)展的背景在21世紀的今天，一個超高速發(fā)展的社會，它是一個離不開電氣的時代。而電氣的主要動力來源是來自電動機，因此電動機影響著現(xiàn)代化的生產(chǎn)以及生活的發(fā)展。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，電動機它的應用性和實踐性都很強，正因為它的這些性質(zhì)。我們在電動機控制技術中不斷的有新發(fā)展，使得應用方面得到突破。例如目前的電力電子技術、傳感器應用和微機芯片等

7、。關于電動機的控制普遍分為簡單與復雜控制。在電動機中主要是把模擬量經(jīng)過單片機的處理器來實現(xiàn)控制，然后把數(shù)字信號和模擬信號在系統(tǒng)中體現(xiàn)和應用。目前，在快速發(fā)展中，此應用得以推廣，逐漸實現(xiàn)全數(shù)字化控制。因此直流電動機大多的驅(qū)動方式是開關控制，因為驅(qū)動開關是使功率器的半導體工作在開與關的狀態(tài)，這樣通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機的電樞電壓，來實現(xiàn)調(diào)速。采用PWM調(diào)速是因為它具有功率低、效率高、體積小、工作可靠和價格低等優(yōu)點，同時它能夠大大降低電路的復雜程度，使得系統(tǒng)的可靠性提高。1.2 課題的研究意義 在早期時候，發(fā)電機電動機系統(tǒng)出現(xiàn)才使得直流電動機廣泛得到應用，機能優(yōu)越的直流電動機是以模擬電路為基礎

8、，是由線性與非線性中的非線性集成電路和運算放大器以及一些較少的數(shù)字電路構(gòu)成的。其控制系統(tǒng)有非常復雜的硬件，功能也比較簡單專一，并且系統(tǒng)也不方便活動、調(diào)整困難，這樣就妨礙了直流電動機的發(fā)展和使用的限度范圍。 在近幾年電力電子技術的不斷更新，直流電機速度控制系統(tǒng)的晶閘管變流器提供電源取代了發(fā)電機-電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)。晶閘管變流器供直流電動機的電能已經(jīng)大大超越了發(fā)電機-電動機調(diào)速系統(tǒng)。尤其在迅速發(fā)展的一些規(guī)模集成電路和單片機中的應用中，直流電動機的調(diào)速更加準確、可靠。通過這些技術的不斷成熟，直流電動機的速度更加控制簡單。根據(jù)性能的良好，故可得到調(diào)速范圍變寬、轉(zhuǎn)速率和平滑率變小，因此在很多方面中得到

9、普遍使用。在不斷的研究中，直流電動機的控制才有更加新一步的創(chuàng)新和性能各方面的提高。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀直流電動機在目前的現(xiàn)狀分析如下：在國外很多公司都比較注重新產(chǎn)品的開發(fā)，比如在電機的安全、噪音、電磁兼容等方面都是很重視的。國外對電機的研究比國內(nèi)略微先進，國外的人，他們實現(xiàn)了對電機一些性能的提高，而且還增加了可靠度，讓電機的使用時間能夠較長。在電動機的普遍使用程度上和電機的使用速率上更是不斷的在進步，使得電動機噪聲低、重量輕、成本低和擁有美麗的外觀，在絕緣水平上的優(yōu)勢也是采用F和H等。我國的國產(chǎn)產(chǎn)品與國外的產(chǎn)品差異，相當一部分是在可靠性、重量、噪音和體積方面的不足，而輸給國外的產(chǎn)品。但在二十

10、世紀60年代初期建了許多專業(yè)生產(chǎn)電機的企業(yè)和研究所。這些都推進了我國的電動機市場的發(fā)展。今天，新的、特殊的電機將繼續(xù)與新的原理，新的結(jié)構(gòu)，新材料，新技術，新方法聯(lián)系起來，發(fā)揮出更好的作用來突破目前國內(nèi)的電動機市場，來滿足各種需求的消費者和實現(xiàn)其應用的價值。1.4 本文主要研究內(nèi)容本課題主要研究的是直流伺服電機的正反轉(zhuǎn)控制以及電動機轉(zhuǎn)速的控制，設計了一個80C51單片機控制系統(tǒng)，主要設備包括鍵盤、七段LED顯示、并且采用直流脈寬調(diào)制PWM對電動機進行轉(zhuǎn)速控制。規(guī)定直流電動機12伏電壓，2瓦功率，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分。本文根據(jù)對單片機的應用來作為控制系統(tǒng)的核心，這樣來提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。2

11、 基本概念介紹2.1 51系列單片機介紹 51系列單片機是具有8051內(nèi)合體系結(jié)構(gòu)、引腳信號和指令系統(tǒng)完全兼容的單片機的總稱。在51子系列的基本產(chǎn)品有8031、8051和8751三種機型，分別于這三種機型兼容的低功耗COMS器件產(chǎn)品有80C31、80C51和87C51。本設計中采用80C51單片機。 80C51單片機由中央處理器（CPU）和8個部件組成，CPU能處理8位二進制數(shù)或者代碼，并且CPU是單片機的核心，是用來完成運算和控制功能的。其中單片機的40個引腳分為以下幾類，同時引腳則如圖2.1所示。圖2.1 單片機引腳圖1. 主電源引腳：VCC（40腳）：是芯片電源，接+5V電壓；GND（2

12、0腳）：是接地，接+5V電源地端。2. 外接晶體引腳：XTAL1（19腳）：是接外部石英晶體的一端；XTAL2（18腳）：是接外部石英晶體的另外一端。3. 輸入/輸出引腳 （1）P0口（3239腳）：是P0.0P0.7。作為準雙向輸入/輸出口使用,或是傳送低8位地址總線（AB）和雙向數(shù)據(jù)總線（DB）。 （2）P1口（18腳）：是P1.0P1.7，作為準雙向輸入/輸出口使用。 （3）P2口（2128腳）：是P2.0P2.7，作為準雙向輸入/輸出口使用，或是當尋址范圍超過256B時，P2口作為高8位地址總線使用。 （4）P3口（1017腳）：是P3.0P3.7，作為準雙向輸入/輸出口外，其它功能如

13、下表2.1所示。表2.1 P3口的第二功能 P3口第二功能注釋P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收口P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送口P3.2外部中斷0輸入端，低電平有效P3.3外部中斷1輸入端，低電平有效P3.4T0定時/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入P3.5T1定時/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出P3.7外部數(shù)據(jù)存儲讀選通信號輸出4. 控制線 （1）ALE/PROG（30腳）：是地址鎖存有效信號輸出端，其中ALE的目的可用于對外輸出的時鐘脈沖或用于定時； （2）（29腳）：是片外程序存儲器讀選通信輸出端，低電平有效。 （3）RST/VPD(9腳)：其中RST為復位電，VPD是備用電源, （

14、4）/VPP(31腳)：其中是片外程序存儲器選用端，VPP是片內(nèi)EPROM編程電源。2.2 直流伺服電動機的概述2.2.1 直流伺服電動機的定義及其結(jié)構(gòu)和分類 直流電動機是把直流電能轉(zhuǎn)換成機械能。直流伺服電機是屬于執(zhí)行機構(gòu)的直流電動機，結(jié)構(gòu)則與直流電機相同。直流伺服電動機的基本結(jié)構(gòu): （1）定子:主磁極,換向磁極,機座,端蓋,電刷裝置； （2）轉(zhuǎn)子:電樞繞組,電樞鐵心,換向器,轉(zhuǎn)軸,風扇； （3）氣隙:定子、轉(zhuǎn)子的間隙。直流伺服電動機的分類：小慣量直流伺服電動機、寬調(diào)速直流伺服電動機。2.2.2 直流伺服電動機的調(diào)速原理根據(jù)電機學中電動機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n，為公式2.1所示：（2.1） 式子中：U電

15、樞供電電壓（V）； I 電樞電流（A）； 勵磁磁通（Wb）； R電樞回路總電阻（）； 由電機構(gòu)成結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。由上式可知直流電動機調(diào)速可以有： （1）改變電樞電源電壓； （2）電樞回路中串聯(lián)電阻； （3）將勵磁磁通中的調(diào)節(jié)電阻里勵磁電流改變，來減弱勵磁磁通。 在本文中，用第一種方法及電樞電源電壓來調(diào)節(jié)整個電路的轉(zhuǎn)速，因為這種調(diào)速方法能夠得到很好的調(diào)速性能。故不用后兩種，如果應用了第二種調(diào)速方法，則會使電路中轉(zhuǎn)變速率增大，效率降低，所以此調(diào)速方法一般都很少應用；假如應用第三種調(diào)速方法改變勵磁電流調(diào)速，則就不利于電動機容量的充分利用，故本文設計不應用這兩種方法。2.3 PWM控制技術本次P

16、WM 控制就是電樞電源電壓的調(diào)速方法，由脈沖寬度調(diào)制變換器向系統(tǒng)中的直流電動機提供電源，這種系統(tǒng)稱為脈沖寬度調(diào)制調(diào)速控制系統(tǒng)，簡稱PWM調(diào)速系統(tǒng)。2.3.1 PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點PWM系統(tǒng)主要特點如下： （1）主電路不復雜，需要功率器件少； （2）電流易連續(xù)，諧波較少； （3）穩(wěn)速準確度高，低速性能較好，調(diào)速寬； （4）導通時損耗低，條件是在功率開關器件工作在開關狀態(tài)的時候。2.3.2 PWM變換器的工作原理PWM變換器電路主要分為不可逆與可逆PWM變換電路兩大類。其中不可逆PWM變換電路運行是在第I象限和第II象限內(nèi)活動，轉(zhuǎn)速只能為同一方向；如果需要將方向反轉(zhuǎn)，則在增加VT和VD則就構(gòu)成為可

17、逆的PWM變換電路。因為本設計要實現(xiàn)對電動機的正反轉(zhuǎn)，故采用可逆PWM變換器，并且用橋式H形電路，如圖2.2所示。其中Ug1、Ug2、Ug3、Ug4表示電動機兩端的電壓。圖2.2 橋式PWM變換器電路可逆變換器的控制方式有很多種，本文應用雙極式控制方式，那么電動機的電壓Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。主要用雙極式控制是因為其具有電流一定的連續(xù)性，并且能夠讓電動機在四象限內(nèi)都可以運動、低速穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 由于直流電動機要在電路中進行正反轉(zhuǎn)，其在PWM可逆的調(diào)速系統(tǒng)中有一個緩慢的過渡過程。當系統(tǒng)原來得到的平均電樞電流是正，那么電動機此時就是正向運動；當系統(tǒng)此時得到一個反向運轉(zhuǎn)的命令后，電動機

18、則會經(jīng)過一個過渡過程，其中電流環(huán)控制電樞電流大小。3 總體硬件方案介紹3.1 硬件電路概述本設計系統(tǒng)以51單片機作為電動機控制的核心，系統(tǒng)包括七個模塊，分別為80C51單片機，LED數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤模塊、PWM模塊、轉(zhuǎn)速檢測電路模塊，執(zhí)行電源以及電動機和驅(qū)動器等，其系統(tǒng)基本框圖如3.1所示。 PWM模塊伺服電動機測速模塊顯示模塊鍵盤模塊80C51單片機 圖3.1 系統(tǒng)總體框圖3.2 鍵盤模塊選擇本文采用獨立式鍵盤，分別為K1、K2、K3、K4、K5、這5個功能鍵：K1用來實現(xiàn)直流電動機的正轉(zhuǎn)；K2是來實現(xiàn)直流電動機的反轉(zhuǎn)；K3是實現(xiàn)電動機的旋轉(zhuǎn)速度的增加；K4是實現(xiàn)對電動機的轉(zhuǎn)速的減少；K

19、5是用來控制電路運行后電路中的的停止。當按下K1鍵時，電動機開始為正轉(zhuǎn)，此時D1二極管發(fā)亮；當按下K2鍵的時候，電動機開始從正轉(zhuǎn)往反方向轉(zhuǎn)動，此時的D2二極管發(fā)亮，D1熄滅；當K5鍵被按下，D3二極管發(fā)亮 按鍵K5功能鍵連接到單片機P3.2口，是單片機的外部中斷0輸入端，低電平有效，用來停止運行狀態(tài)下的電動機；按鍵K1、K2、K3、K4分別連接在單片機P3.0、P3.1、P1.2、P1.3口上，因為P3.0和P3.1為80C51單片機上的串行數(shù)據(jù)接收口和串行數(shù)據(jù)發(fā)送口，與單片機的P1.2和P1.3輸入/輸出口串聯(lián)。當有功能鍵按下時，通過單片機接收信號傳送到達下一個程序來執(zhí)行相關的命令。同時，在

20、P1.2、P1.3口各自的輸入端接上電阻，輸出端接入電容。這種采用RC濾波消抖的方法，主要作用則是為了能夠有效的保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，去除在按鍵時產(chǎn)生不穩(wěn)定的抖動現(xiàn)象。 獨立式按鍵與80C51單片機的連接圖如下圖3.2所示。圖3.2 單片機與鍵盤的連接3.3 顯示模塊選擇設計中采用7段LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示方式，數(shù)碼管外形如下圖3.3所示。 圖3.3 LED數(shù)碼管外形圖 LED數(shù)碼管分為共陽極和共陰極：其中共陽極是指把LED上的的陽極連接到一起，而LED每個共陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），當某個陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示如圖3.4（1）所示；共陰極是指把

21、LED的陰極連接到一起，而LED每個共陽極分別為a、b、c、d、e、f、及dp,當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光點亮，相應的段被顯示。如下圖3.4（2）所示。但是此方案耗電流較大，驅(qū)動連接較為復雜。共陽 圖3.4（1）共陽極連接 共陰 圖3.4（2）共陰極連接 在LED顯示器中，分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示則就是由單片機一次輸出顯示后，就能保持該時刻的顯示結(jié)果，直到下一次送入新的顯示數(shù)碼為止；所謂動態(tài)顯示就是單片機定時地對顯示器件掃描。動態(tài)與靜態(tài)顯示相比動態(tài)顯示由于每一次只能有一個器件顯示，而其他各位則就熄滅，但是因為人們的眼睛有視覺暫留的現(xiàn)象，所以會造成多位同時亮的假象，所以此

22、顯示方法一般不常用。本文采用靜態(tài)顯示的方式，如下圖3.5所示。圖3.5 利用MC14513的四位靜態(tài)顯示電路3.4 PWM模塊脈寬調(diào)制（PWM）是控制模擬電路的一種常用且有效的技術，主要是應用微處理器的數(shù)字輸出來控制操作。其中H橋式PWM與單片機如下圖3.6所示。P1.1P1.0圖3.6 H橋功率驅(qū)動回路由上圖可知其驅(qū)動回路工作原理是;當Q1和Q4導通，Q2和Q5關斷時直流電動機為正轉(zhuǎn)；當Q2和Q5導通，Q1和Q4關斷時直流電動機為反轉(zhuǎn)。在直流電動機驅(qū)動如何控制信號方面，本文采用了占空比可調(diào)的周期矩形對信號進行控制。3.4.1 電動機轉(zhuǎn)速的控制電動機轉(zhuǎn)速一般是在直流電動機電樞上電壓來做改變，主

23、要應用是通過調(diào)整“占空比”來控制的。 而 如下圖3.7所示。 圖3.7 PWM產(chǎn)生波形 其中Up為脈沖電壓幅度：在周期T內(nèi)平均電壓為公式3.1所示：（3.1） 此時電機兩端得到的電壓為公式3.2所示：（3.2） 式中的為PWM波形的占空比。調(diào)速時，的可調(diào)范圍是01，定義則：（1）當>0.5時，為正，電動機則正轉(zhuǎn)：（2）當<0.5時，為負，電動機則反轉(zhuǎn)；（3）當=0.5時，=0 ，電動機則停止。3.5 轉(zhuǎn)速的測量3.5.1 測速傳感器的選擇 在測量電動機轉(zhuǎn)速的方面，本設計用測速傳感器及霍爾傳感器A3144?；魻杺鞲衅鲃t是霍爾元件做成的，霍爾元件就是半導體薄片。選擇霍爾傳感器主要是因為

24、它的靈敏度好，穩(wěn)定性高，安裝容易，價格低等優(yōu)點。其中轉(zhuǎn)速的采集則是主要使用傳感器的紅外對管，此紅外對管價格便宜且靈敏度高。轉(zhuǎn)速測量的模塊基本結(jié)構(gòu)如下圖3.8所示。單片機整形隔離霍爾傳感器 圖3.8 測速模塊結(jié)構(gòu)圖 本文選用的A3144系列的單級高溫霍爾效應集成傳感器主要是由穩(wěn)壓電源、霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，施密特觸發(fā)器和輸出放大器組成的磁敏傳感器電路。其輸入為磁感應強度，輸出為數(shù)字電壓訊號。其接線圖如3.9所示。圖3.9 霍爾傳感器連接圖 并且在功率電路的輸入端應用光電耦合器，這樣一來就能夠?qū)崿F(xiàn)更好的信號隔離，從而就阻止了有高電壓大電流進去主控制回路。其中光電耦合器及整形隔離的連接原理圖，

25、如下圖3.10所示。 圖3.10 光電耦合器接線原理圖光電耦合器可以實現(xiàn)輸入信號的電-光和光-電的轉(zhuǎn)換。其工作原理是當電信號輸入輸入端時，發(fā)光二極管就通過電流且發(fā)光，光敏元件此時因為受到光的照射隨后就有電流產(chǎn)生，當輸入端信號消失時，發(fā)光二極管停止發(fā)亮，光敏三極管工作停止。也就是當輸入低電平“0”時，輸出則為高電平“1”，此時光敏三極管工作停止；當輸入為“1”時，輸出為低電平“0”，光敏三極管此時是飽和導通狀態(tài)。 霍爾傳感器的工作原理及其測量方法測速電機的電機速度便是為了能夠讓單片機識別脈沖信號然后方便測量電機轉(zhuǎn)速。其測量的工作過程是霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速的同時與電動機的機軸同軸相連，在機軸轉(zhuǎn)一周的

26、時候，就會有對應的脈沖產(chǎn)生，此過程霍爾傳感器的輸出后，首先要進入光電耦合器，然后才最終形成轉(zhuǎn)數(shù)計數(shù)器的計數(shù)脈沖。在整個過程中霍爾傳感器從輸出幅度為12V的脈沖，降到為5V的脈沖。同時也保持與80C51單片機邏輯電平相位一致，控制計數(shù)時間，就可以實現(xiàn)計數(shù)器的計數(shù)值對應機軸的轉(zhuǎn)速值。經(jīng)過主CPU的數(shù)據(jù)處理后，在LED數(shù)碼管上反應出來。電動機的轉(zhuǎn)速測量方法有很多種，主要的方法有以下幾種：（1）M法及測頻法：是在一定時間T內(nèi)測量取出旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)，用以計算這段時間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速。 （2）T法及測周期法：是測出旋轉(zhuǎn)編碼器兩個輸出脈沖之間的間隔時間來計算轉(zhuǎn)速。 （3）M/T法及頻率周期法：是綜合M

27、法和T法來實現(xiàn)計算。就是在檢測M的個數(shù)同時又檢測同一時間兩個輸出脈沖的間隔時間。本設計中采用M法，將利用80C51單片機的外部中斷引腳來計數(shù)，也就是要通過單片機外部的中斷信號，應用中斷程序?qū)﹄妱訖C轉(zhuǎn)速的脈沖信號進行技術，測量電動機的轉(zhuǎn)速。并且把傳感器電路的輸出端CKMOT與單片機的外部中斷引腳（P3.2/P3.3）連接，此接口用于輸入計數(shù)脈沖。在此期間，要設定單片機的定時器T0為1秒，并且定義一個外部中斷變量作為軟件的計數(shù)器。當電動機旋轉(zhuǎn)一周時，也就是CKMOT將輸出一個脈沖信號時就產(chǎn)生一次中斷請求，CPU響應中斷后在中斷程序中對將軟件計數(shù)器作加1運算。再當定時器T0計時1秒到時，系統(tǒng)將停止中

28、斷計數(shù)，軟件計數(shù)器計數(shù)值為電機當前的轉(zhuǎn)速。如下圖3.11所示。圖3.11 測速模塊的連接3.6 主要控制模塊3.6.1 時鐘電路本文采用80C51單片機來實現(xiàn)對電路的整體控制，其中時鐘控制信號是單片機中最為基本的應用，時鐘頻率是直接影響單片機速度的，而時鐘頻率質(zhì)量的好壞也是能夠影響到單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以時鐘控制信號在單片機中是非常重要的應用。如下圖3.12時鐘電路圖所示，其中電容C1和電容C2典型值一般選擇為30pF左右，電容如果沒有選擇合適，則會影響振蕩器頻率的高低，其中晶振的頻率越高則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。故設置晶振的頻率為12MHz，電容C1和C2為30p

29、F的瓷片電容。 圖3.12 時鐘電路 如果電路發(fā)生異常，那么檢測電路是否正常的方法就是應用萬用表。當萬用表測量18腳對地電壓大約是2.24V，19腳對地電壓大約為2.09V，那么單片機則為正常工作狀態(tài)。3.6.2 穩(wěn)壓電源電路 在整個電路中，對于各種IC芯片的運用，則系統(tǒng)更需要一個穩(wěn)定的電壓源，則就需要特定的穩(wěn)壓器件，來構(gòu)成穩(wěn)壓的電路。其中一般較為廣泛的穩(wěn)壓器件分為兩種： （1）LDC（線性穩(wěn)壓器）：線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運行的晶體管或FET，從應用的輸入點啊中減去超額電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)解的輸出電壓。 （2）DC-DC（開關穩(wěn)壓器）：開關穩(wěn)壓器使用輸出級，重復切換“開”或“關”的狀態(tài)，與能

30、量存貯部件（電容器和感應器）一起產(chǎn)生輸出電壓。其兩種穩(wěn)壓器的區(qū)別在于：DC-DC是具有效率高、并且能夠處理較高的電源密度、低靜態(tài)電流的特點，但是其開關的噪音比較大，成本也較高，瞬時恢復時間較為緩慢；LDC具有噪音低、成本低且結(jié)構(gòu)簡單等的優(yōu)點，但是此電源的效率低并且散熱不好。本設計采用LDC線性穩(wěn)壓器，選用的芯片則是7805，因為7805的結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，調(diào)試方便的優(yōu)點。 已知7805芯片的最大輸出電流為1.5A，輸入電壓為720V，輸出電壓為4.95.1V，靜態(tài)電流典型值為4.2mA，并且輸出與輸入的差至少為2V。穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)如下圖3.13所示。圖3.13 穩(wěn)壓電源電路4 總體軟件方

31、案介紹4.1 基本的軟件原理 本章介紹的內(nèi)容是軟件如何實現(xiàn)各個功能的操作，及其操作的基本步驟。在軟件的應用下，實現(xiàn)對直流電動機的控制，并且能夠正確的反應在LED數(shù)碼管上。 鍵盤的功能在系統(tǒng)中，設置了有5個鍵盤，分別實現(xiàn)各種參數(shù)的設定，來完成實驗的正常進行。其中各個鍵的功能不同，分別為： (1)K1功能鍵：K1功能鍵連接于單片機的P3.0口，其作用是用來控制直流電動機正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)的按鍵；(2)K2功能鍵：K2功能鍵連接于單片機的P3.1口，其作用是控制直流電動機反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)的按鍵；(3)K3功能鍵：K3功能鍵連接于單片機的P1.2口，其作用是在電動機的運行中，增加電動機轉(zhuǎn)速的控制按鍵；(4)K4

32、功能鍵：K4功能鍵連接于單片機的P1.3口，其作用是在電動機的運行過程中，減小電動機轉(zhuǎn)速的控制按鍵；(5)K5功能鍵：K5功能鍵連接于單片機的P3.2口，其作用是在停止電動機的運行。 LED顯示器的功能 在系統(tǒng)中，LED顯示器作為顯示電路中，電動機的轉(zhuǎn)速數(shù)值，數(shù)值的輸入則都是由單片機的P1口經(jīng)過MC14513譯碼器接入到LED數(shù)碼管顯示器中，這樣就更能直觀的了解系統(tǒng)中電動機的運行速度。而其中電動機的旋轉(zhuǎn)方向，則是由P0.0、P0.1口上的二極管顯示，當直流電動機正轉(zhuǎn)為D1二極管亮起，反之D2亮起。4.2 系統(tǒng)軟件流程圖 單片機主程序流程圖在本次的課程設計中，單片機的主要作用是實現(xiàn)各個芯片的連接

33、，并且實現(xiàn)單片機本身的各種功能，為整個設計程序提供良好的運行環(huán)境。在本設計中采用的8051單片機其主要是能夠?qū)崿F(xiàn)堆棧、內(nèi)存、定時/計數(shù)器、LED顯示器，除了單片機80C51本身的作用外，更重要的是能夠發(fā)送指令，使下位機處于初始狀態(tài)，這樣對整個系統(tǒng)的運行，更為簡單。其主要軟件的流程圖如下圖4.1所示。圖4.1單片機主機流程圖途中的系統(tǒng)初始化包括：堆棧初始化、定時/計數(shù)初始化、內(nèi)存單元的初始化、LED顯示器的初始化。系統(tǒng)在的執(zhí)行，本設計軟件采用C語言編制，在主機需要初步完成系統(tǒng)中各個程序的初始化，和鍵盤的識別，還有信息的顯示。其中：K1是電動機正轉(zhuǎn)的開關按鍵；K2是直流電動機的反轉(zhuǎn)按鍵；K3是增加

34、直流電動機轉(zhuǎn)速的按鍵；K4是減小直流電動機轉(zhuǎn)速的按鍵，K5是直流電動機在運行中的停止按鍵。 鍵盤主程序流程圖 當鍵盤上的按鍵按下時是否被確認，則有三種方式來檢測，分別為：查詢工作方式、定時掃描工作方式和中斷工作方式。在這里，我采用查詢工作方式來檢驗按鍵是否按下。其鍵盤掃描子程序的流程圖如下圖4.2所示，子程序的出口狀態(tài)：(A)=鍵碼。圖4.2 鍵盤在主機內(nèi)的流程圖 4.3 系統(tǒng)應用軟件仿真 本設計應用軟件Proteus軟件進行對系統(tǒng)的整個程序仿真。因目前Proteus是功能較為強大的一個軟件，它不僅可以實現(xiàn)原理圖的提供、而且能模擬電路比如數(shù)字電路及MCU器件的混合仿真系統(tǒng)，同時能夠進行PCB設

35、計的一個全面開發(fā)型軟件。在本次設計中，主要利用Proteus軟件能夠提供的各種單片機芯片以及各種外圍的芯片，來構(gòu)成一個從虛擬到實際，從軟件到硬件的一個過多功能的實驗舞臺。4.3.1 Proteus的基本操作在軟件的使用中，首先了解軟件的各個功能鍵的原理及其作用。其中原理圖是在Proteus里編輯窗口中的藍色方框中繪制完成，首先需要建立新的文件及通過軟件中“新建設計”選項來建立，然后選擇繪圖模式，進行電路圖的繪制。下面為基本的軟件操作流程如圖4.3所示。圖4.3 Proteus基本仿真操作圖4.3.2 Proteus軟件繪制電路圖 打開Proteus軟件后，選擇“文件File”里的“新建文件Ne

36、w Design”后，在打開的頁面內(nèi)選擇元件模式，在元件模式下，在窗口內(nèi)輸入“P”按鈕后彈出窗口如圖4.4所示，此窗口為元器件選擇窗口，在窗口的左上方“關鍵字Keywords”欄內(nèi)輸入原理圖中器件的名稱進行查找與選擇。圖4.4 器件選擇窗口 當原理圖內(nèi)的元器件選擇好之后，就可以進行原理圖的繪制。其中步驟如下：(1) 用鼠標把選好的元器件選中，在選中此元器件的同時預覽窗口將會出現(xiàn)該器件的圖標，這樣回到編輯窗口，然后將預覽窗口中的元器件選中，按鼠標左鍵放置在編輯窗口內(nèi)的合理位置。(2) 在原理圖中，要放置電源和地線端等器件，則要選擇“終端”模式按鈕，及為編輯窗口最左側(cè)一欄內(nèi)。(3) 在元器件擺放好

37、后，將鼠標指向要連接的某個和某個元器件中的第一個器件的連接點，這時點擊鼠標左鍵，再將鼠標拖動到另一個器件的連接點上單擊鼠標左鍵，則兩個元器件就連接在一起。如果遇到兩個元器件的連接點相隔較遠時，那么就可以用標號的方式進行對器件與器件之間的連接，這樣就減少了器件之間的連錯問題。其中電動機的正反轉(zhuǎn)仿真如附錄1.5 結(jié)論 在本次設計中，主要設計任務是完成直流電動機的各種有效功能。其中，直流電動機能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的調(diào)速功能、正反轉(zhuǎn)，并且可以將轉(zhuǎn)速顯示在LED數(shù)碼管上。實現(xiàn)這些功能的器件原理如下：1.在系統(tǒng)的設計中，主要采用的是中斷按鍵來運行程序，實現(xiàn)直流電動機的各種功能。2.并且80C51單片機連接鍵盤、LED數(shù)碼管顯示器，來完成對各個芯片的連接和控制。3.直流電動機的驅(qū)動是通過PWM轉(zhuǎn)速的占空比來轉(zhuǎn)換不同大小的控制電壓，這樣就能使80C51單片機產(chǎn)生出電壓模擬量，然后經(jīng)過直流電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)動得到不同的轉(zhuǎn)速。其中當占空比數(shù)值高時，相應的電壓也隨之變化，反之電壓低。