基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第II頁共64頁設計總說明在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。據(jù)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在有的90%以上的動力源自于電動機，電動機與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進，人們對自動化的需求越來越高，使電動機控制向更復雜的控制發(fā)展。近年來由于微型機的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達到實用階段由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響，且單片機具有功能強、體積小、可靠性好和價格便宜等優(yōu)點，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動化和各控制領(lǐng)域的支柱之一。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機數(shù)字控制系統(tǒng)在各個方而的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應用越來越廣泛?，F(xiàn)在市場上通用的電機控制器大多采用單片機和DSP。但是以前單片機的處理能力有限，對采用復雜的反饋控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，實時性和精度要求高，往往不能滿足設計要求。近年來出現(xiàn)了各種單片機，其性能得到了很大提高，價格卻比DSP低很多。其相關(guān)的軟件和開發(fā)工具越來越多，功能也越來越強，但價格卻在不斷降低?，F(xiàn)在，越來越多的廠家開始采用單片機來提高產(chǎn)品性價比。本論文要求使用單片機進行電路設計，同時單片機部分應帶有顯示功能。單片機對某個位置進行溫度監(jiān)控，當外部溫度245℃時，電動機加速正轉(zhuǎn)，當溫度275℃時，電動機全速正轉(zhuǎn)；當外部溫度W10℃時，電動機加速反轉(zhuǎn)，當溫度W0℃時，電動機全速反轉(zhuǎn)；當溫度回到10℃~45℃之間時電動機逐漸停止轉(zhuǎn)動。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復檫寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MSC-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。溫度采集模塊可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設計要求。利用單片機的一個I/O口的弓［腳，通過軟件對這個引腳不斷地輸出高低電平來實現(xiàn)PWM波的輸出，51系列單片機無PWM輸出功能，可以采用定時器配合軟件的方法輸出。對精度要求不高的場合，非常實用。MCS-51系列典型產(chǎn)品8051具有兩個定時器T0和T1。通過控制定時器初值T0和T1,,從而可以實現(xiàn)從8051的任意輸出口輸出不同占空比由于PWM信號軟件實現(xiàn)的核心是單片機內(nèi)部的定時器，而不同單片機的定時器具有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同，選擇的定時器工作方式不同，其定時器的定時初值與定時時間的關(guān)系也不同。溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中對溫度的測量及控制具有重要意義。本設計將介紹一種基于單片機的溫度控制直流電機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機為核心，通過AT89C51單片機驅(qū)動數(shù)字溫度傳感器DS18B20,進行溫度數(shù)據(jù)采集，通過溫度的比較和溫度范圍設定的程序控制產(chǎn)生PWM(脈寬調(diào)制)信號；通過L298驅(qū)動芯片來控制直流電機的啟動、速度、方向的變化；通過LM016L顯示溫度。所謂脈沖寬度調(diào)制是指用改變電機電樞電壓接通與斷開的時間的占空比來控制電機轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)。PWM驅(qū)動裝置是利用全控型功率器件的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間的長短，改變直流電動機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。對于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，其方法是通過改變電機電樞電壓導通時間與通電時間的比值（即占空比）來控制電機速度。本次設計可以作為簡單控制向復雜控制的過度，實現(xiàn)直流電機啟動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進行轉(zhuǎn)速控制。為以后復雜控制設計做基礎。關(guān)鍵詞：PWM；單片機；溫度；控制基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第VI頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第IV頁共64頁引言在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，無論在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備，還是在日常生活中的家用電器，都在大量地使用著各式各樣的電動機。據(jù)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在有的90%以上的動力源來自于電動機，我國生產(chǎn)的電能大約有60%用于電動機。電動機與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進，人們對自動化的需求越來越高，使電動機控制向更復雜的控制發(fā)展。研究意義對電動機的控制可分為簡單控制和復雜控制兩種，簡單控制是對電動機進行啟動、制動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制，復雜控制是對電動機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流等物理量進行控制。本次設計可以作為簡單控制向復雜控制的過度，實現(xiàn)直流電機啟動、制動、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制外，還要進行轉(zhuǎn)速控制。為以后復雜控制做為基礎學習。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及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，可以實現(xiàn)復雜的控制，控制靈活性和適應性好，無零點漂移，控制精密高，可提供人機界面，多機聯(lián)網(wǎng)工作。采用智能功率電路驅(qū)動比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅(qū)動體積小，功能強；減少了電路元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；監(jiān)控更容易實現(xiàn)；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號傳輸?shù)难訒r，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。系統(tǒng)設計內(nèi)容本設計將介紹一種基于單片機的溫度控制直流電機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用AT89C51單片機為核心，通過AT89C51單片機驅(qū)動數(shù)字溫度傳感器DS18B20,進行溫度數(shù)據(jù)采集通過溫度的比較和溫度范圍設定的程序控制產(chǎn)生PWM（脈寬調(diào)制）信號；通過L298驅(qū)動芯片來控制直流電機的啟動、速度、方向的變化；通過LM016L顯示溫度。論文包括對單片機的功能及各個管腳和晶振復位電路的介紹，整個電路設計包括溫度采集模塊，單片機控制模塊，溫度顯示模塊，和電機及電機驅(qū)動模塊。2系統(tǒng)方案設計系統(tǒng)的設計要求及主要技術(shù)指標本論文要求使用單片機進行電路設計，同時單片機部分應帶有顯示功能。單片機對某個位置進行溫度監(jiān)控，當外部溫度245℃時，電動機加速正轉(zhuǎn)，當溫度275℃時，電動機全速正轉(zhuǎn)；當外部溫度W10℃時，電動機加速反轉(zhuǎn)，當溫度W0℃時，電動機全速反轉(zhuǎn)；當溫度回到10℃?45℃之間時電動機逐漸停止轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總體方案設計，如下圖2.1圖2.1系統(tǒng)總體方案圖總體方案論述該系統(tǒng)采用AT89C51單片機為核心，通過DS18B20進行溫度采集，送入單片機，經(jīng)過軟件編程進行溫度的比較和范圍劃定，然后通過程序控制由單片機產(chǎn)生不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號，送給電機驅(qū)動芯片L298的使能端口，通過L298驅(qū)動芯片來控制直流電機的啟動、速度、方向的變化；單片機將溫度數(shù)據(jù)傳送給LM016L顯示溫度。整個電路設計包括溫度采集模塊，單片機控制模塊，溫度顯示模塊，和電機及電機驅(qū)動模塊?；趩纹瑱C的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第X頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第VIII頁共64頁3硬件電路設計AT89C51單片機AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復檫寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MSC-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領(lǐng)域。89C51單片機基本組成包括有：一個8位的微處理器；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM有128B，21個特殊功能寄存器SFR；片內(nèi)程序存儲器FlashROM有4KB,?可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的ROM，可尋址片外64KB的RAM；4個8位并行I/O接口（P0—P3）；一個全雙工通用異步串行接口UART；兩個16位的定時器/計數(shù)器；五個中斷源、兩個優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)；具有位操作功能的布爾處理機及位尋址功能；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。

PLCCPDIPINDEXCORNERPl.5匚Pl.6匚Pl7匚RST匚PLCCPDIPINDEXCORNERPl.5匚Pl.6匚Pl7匚RST匚(RXD)P3.0匚NC匚(TXD)P3I匚(INTU)P32匚(]NT1)P33匚(T0)P3.4匚rri)P3.5匚910ll]21314151617654321444342414039383736353433323130291819202122252425262728=>P0.4(AD4)=>PO.5(AD5)=>P0.6(AD6)=iP0J(AD7)=i而片=1NC □ALE/FROG=IPSEN=iP2J(A15)□P2.6(A14)=iP2.5(A13)uuuuuuuuuumid二aezdswIndfev)UNONDLTV1XriTVIX1EdlnH)?EdlgM)P1.0C1 40二%P1Jc2 39nPO.O(ADO)P1.2匚3 3S□POJ(AD1)P1.3□4 37□P0.2(AD2)P1.4匚5 36□P03(AD3)P1.5匚6 35□PO.4(AI>1)PL6匚7 34=iP05(AD5)P1.7匚R 33=>P0.6(AD6)RST匚9 32=>P0.7(AD7)(RXD)P30c10 31=iEA/F；f(TXD)P3Jc11 3。=1ALE/PRDGffNT①P32c12 29=1PSEN(TNTT)P3.3e13 28=>P25(A15)(T0)P3.4□14 273P2.6(A14)(T1)P3.5匚15 26口P2.5(A13)(麗P工6E16 253P2.4(A12)(RB1P3.7匚17 243P23(AU)XTAL2匚18 23口P".(AIO)XTALI匚19 2221P2A(A9)GNDc20 21口P2.0(A8)圖1單片機管腳圖管腳介紹如圖1所示：⑴電源引腳:Vcc（40腳）：電源端，接+5V電源。Vss（20腳）:接地端，接+5V電源地端。⑵時鐘振蕩器外接晶體引腳：XTAL1和XTAL2AT89C51內(nèi)部有一個振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路。XTAL1（19腳）：片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸入。XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩電路反相放大器輸出。（3）控制信號引腳：RST、ALE、PSEN、EARST（9腳）：復位信號輸入端，高電平有效。保持兩個機器周期高電平時，完成復位操作。ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許輸出端/編程脈沖輸入端，正常時,連續(xù)輸出振蕩器頻率的1/6正脈沖信號。訪問片外存儲器時：作為鎖存P0口低8位地址的控制信號。對89C51片內(nèi)ROM編程寫入時：作為編程脈沖輸入端。PSEN（29腳）：外部程序存儲器讀選通輸出信號訪問片外ROM時，輸出負脈沖作為讀ROM選通常連接到片外ROM芯片的輸出允許端（OE）作外部ROM的讀選通信號。EA/Vpp（31腳）：外部程序存儲器地址使能輸入/編程電壓輸入端。平常接“1”時，CPU訪問片內(nèi)4KB的ROM，當?shù)刂烦?KB時，自動轉(zhuǎn)向片外ROM中的程序。當接“0”時，CPU只訪問片外ROM。第2功能Vpp對8751編程時，編程電壓輸入端。（4）輸入/輸出端口引腳P0、P1、P2、P34個8位的并行輸入/輸出端口，共32個引腳。作為通用輸入/輸出端口，P0、P2和P3端口又各自有第2功能。①通用輸入/輸出端口準雙向口:作輸入時要先對鎖存器寫“1”。P0端口^0.0—P0.7，第39—32腳）：漏極開路的準雙向口，輸出能驅(qū)動8個74LS類型的負載。P1端口^1.0—P1.7，第1—8腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向口輸出能驅(qū)動4個74LS負載。P2端口^2.0—P2.7，第21—28腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向口，輸出能驅(qū)動4個74LS負載。P3端口（P3.0—P3.7,第10—17腳）：內(nèi)部帶上拉電阻的準雙向口，輸出能驅(qū)動4個74LS負載。②P0、P2、P3端口的第二功能P0端口：在CPU訪問外部存儲器或I/O接口時，P0口分時提供低8位地址（A0-A7）和8位數(shù)據(jù)（D0-D7）總線。這時，需要一個8位鎖存器利用ALE（地址鎖存允許）來鎖存P0口低8位地址信號。P2端口：在CPU訪問外部存儲器或I/O接口時，P2口提供高8位地址（A8-A15）的總線信號。P3端口：在CPU訪問外部存儲器或I/O接口時，P3口提供讀、寫控制總線信號。還提供串行通信、外部中斷、計數(shù)器的外部計數(shù)輸入信號等。如表1所示。表1P3口的第二功能口線信號功 能P3.0RXD串行口數(shù)據(jù)輸入（接收數(shù)據(jù)）P3.1TXD串行口數(shù)據(jù)輸出（發(fā)送數(shù)據(jù)）P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0定時器0的外部輸入（計數(shù)輸入）P3.5T1定時器1的外部輸入（計數(shù)輸入）P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出控制基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XIV頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XII頁共64頁單片機晶振電路單片機系統(tǒng)里都有晶振，如圖2所示（左圖為內(nèi)部振蕩方式，右圖為外部振蕩方式）在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。圖2晶振電路在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。當采用內(nèi)部時鐘時，片外連接石英晶體（或陶瓷振蕩器）和微調(diào)電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。雖然沒有十分嚴格的要求但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦使用30pf土10pf，而如使用陶瓷振蕩器最好選擇40pf±10pf，產(chǎn)生原始的振蕩脈沖信號。采用外部時鐘時,XTAL1輸入即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端外部時鐘脈沖信號,XTAL2懸空。仿真如圖3所示。單片機復位電路復位是單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，都需要先復位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部電路才能實現(xiàn)。當MCS-5l系列單片機的復位引腳區(qū)5丁（全稱RESET）出現(xiàn)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)。根據(jù)應用的要求，復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和手動復位。上電復位：上電瞬間，電容充電電流最大，電容相當于短路，RST端為高電平，自動復位；電容兩端的電壓達到電源電壓時，電容充電電流為零，電容相當于開路，RST端為低電平，程序正常運行。手動復位：首先經(jīng)過上電復位，當按下按鍵時，RST直接與VCC相連，為高電平形成復位，同時電解電容被短路放電；按鍵松開時，VCC對電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然是復位，充電完成后，電容相當于開路，RST為低電平，正常工作，仿真如圖3所示。C2HF22PFR1■■--10kC3-D2-IOuF嚴八.1 C2HF22PFR1■■--10kC3-D2-IOuF嚴八.1 1LUP0.1/AD1I-1nn/Ar-it41戶d一■1LU Sonjd.-1LU白o|-|C/AI_1CLUO/ALJbOjSTLULjjALJuon-77iI-U FP2.O/A00-1TAQnz.1/AUP2.2/A10F3ENAi匚P2.3j'A11□OAi'Zl-i9CIAiq匕41A1dI- 叫L￡.CA?口5-19is92^三:口迎.mm重3S_95"94'33212223紅25202729圖3Protues仿真的晶振及復位圖3.2溫度采集模塊設計溫度是一種最基本的環(huán)境參數(shù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中對溫度的測量及控制具有重要意義。本模塊的功能是進行溫度采集，獲取溫度數(shù)據(jù)然后經(jīng)過單片機處理，由單片機來控制PWM的輸出。方案論證：方案一由于本模塊是測溫電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其中還涉及到電阻與溫度的對應值的計算，感溫電路比較麻煩。而且在對采集的信號進行放大時容易受溫度的影響出現(xiàn)較大的偏差。方案二進而考慮到用溫度傳感器，在單片機電路設計中，大多都是使用傳感器，所以這是非常容易想到的，所以可以采用一只溫度傳感器DS18B20，此傳感器，可以很容易直接讀取被測溫度值，進行轉(zhuǎn)換，電路簡單，精度高，軟硬件都以實現(xiàn)，而且使用單片機的接口便于系統(tǒng)的再擴展，滿足設計要求。從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡單，費用較低，可靠性高，軟件設計也比較簡單，故采用了方案二。DS18B20的主要特征：全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。先進的單總線數(shù)據(jù)通信。最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒?？蛇x擇寄生工作方式。檢測溫度范圍為-55℃~+125℃(—67°F~+257°F)內(nèi)置EEPROM，限溫報警功能。64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。該模塊通過AT89C51單片機驅(qū)動數(shù)字溫度傳感器DS18B20，進行溫度數(shù)據(jù)采集、讀取、處理，并通過LCD顯示出來。溫度傳感器是該模塊的關(guān)鍵器件，本系統(tǒng)選用的是美國Dallas半導體公司生產(chǎn)的數(shù)字化溫度傳感器DS18B20。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為-55℃~+125℃,被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出，在-10~+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃。DS18B20采集到的現(xiàn)場溫度直接以先進的單總線數(shù)據(jù)通信方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DS18B20可程序設定9~12位的分辨率，精度可達±0.5℃。DS18B20具有內(nèi)置的EEPROM,用戶設定的分辨率和報警溫度都可基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XVIII頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XVI頁共64頁存儲在其中，且掉電后依然存在。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)由64bit閃速ROM、溫度傳感器、非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL配置寄存器等4個數(shù)字器件組成，如圖4。溫度傳感器DS18B20是通過溫度對振蕩器的頻率影響來測量溫度，如圖5。DS18B20內(nèi)部有2個不同溫度系數(shù)的振蕩器，低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘脈沖信號在高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期內(nèi)進計數(shù)。計數(shù)初值被預置-55℃相對的基數(shù)值，如計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩器輸出的門周期結(jié)束前計數(shù)為零，表示測量溫度值高于-55℃，被預置在-55℃的溫度寄存器的值加1,重復該過程，直到高溫度系數(shù)振蕩器門周期結(jié)束止，溫度寄存器中的值就是被測的溫度值。該值由主機通過發(fā)讀存儲器命令讀出，經(jīng)取補和十進制轉(zhuǎn)換，得到實測的溫度值。斜率累加器用于補償和修正溫度振蕩器的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測量。通過改變溫度每升高1℃，計數(shù)器須經(jīng)計數(shù)值實行補償。為獲得所需分辨率，必須知道該數(shù)值及在給定溫度處每1℃的計數(shù)值（斜率累加器O面勺,0??存儲耨和控制退蚪O面勺,0??存儲耨和控制退蚪64住

ROM

和單踐便簽式溫度傳感器S住CRC發(fā)生器圖4DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

rm低溫度系載振蕩器＞比較H溫I寄存苗加rm低溫度系載振蕩器＞比較H溫I寄存苗加［汁盤器LSB設高溫應系數(shù)根藉器| 固計數(shù)器:圖5DS18B20測溫原理圖DS18B20的管腳排列如下圖6所示圖6管腳及實物圖圖6管腳及實物圖DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端；GND為電源地,?VCC為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CROX8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉(zhuǎn)化為例:用16位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以Q0625C7LSB形式表達，其中S為符號位。

圖7DS18B20的RAM這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中如圖7所示，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0,這5位為0,只要將測到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1,測到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。例如+125℃的數(shù)字輸出為07D0H，+25.0625℃的數(shù)字輸出為0191H，-25.0625℃的數(shù)字輸出為FF6FH，-55℃的數(shù)字輸出為FC90H，溫度代碼對照如圖8所示。TEMPERATiJHEDiGITAS.OUTPUT(Binary)DIGITALOUTPUT(Hei)+125cle000001!J]101&OOQ07I?[iOflOGflIOI010100000550114-25.0625℃加momlooioooi0191b+!0.125℃0000€00010100010OOA211-05℃OflOO€00000001000OCOShoac0000{)00000000000omuC.5C91IE1IIJHH1000FFFNhHIE1H101D3E110fmeii-2多兆2TCnIE11100110HHFE6FI1-55BCIlli11001C0J0000rewh圖8溫度代碼對照DS18B20溫度傳感器的存儲器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的E2RAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié)如圖7所示，前兩個字節(jié)是測得的溫度信息，第一個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低八位，第二個字節(jié)是溫度的高八位。第三個和第四個字節(jié)是TH、TL的易失性拷貝，第五個字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性拷貝，這三個字節(jié)的內(nèi)容在每一次上電復位時被刷新。第六、七、八個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第九個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié)。―存器內(nèi)釋■節(jié)地.TOC\o"1-5"\h\z溫度質(zhì)低數(shù)字位 U溫理最高數(shù)字位 1鬲里限值 2也溫限值 3保留 4保密 5W數(shù)剩余值 6每度計數(shù)值 彳CRC校驗 $圖9DS18B20的寄存器該字節(jié)各位的意義如下：TMR1R0低五位一直都是LTM是測試模式位，用于設置DS18B20在工作模式還是在測試模式。在DS18B20出廠時該位被設置為0，用戶不要去改動。R1和R0用來設置分辨率，如下表2所示：（DS18B20出廠時被設置為12位）分辨率設置表：表2DS18B20分辨率設置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16?60微秒左右，后發(fā)出60?240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。CPU只需一根端口線就能與DS18B20進行通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與前一代產(chǎn)品（DS1820溫度傳感器）不同，DS18B20支持3.0V?5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設計更靈活、方便，而且DS18B20價格更便宜，體積基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第乂乂第乂乂11頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XX頁共64頁更小。（1）DS18B20芯片存儲器操作指令表：WriteScratchpad（向RAM中寫數(shù)據(jù)）[4EH]這是向RAM中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)將會被存到地址2（報警RAM之TH）和地址3（報警RAM之口）。寫入過程中可以用復位信號中止寫入。ReadScratchpad（從RAM中讀數(shù)據(jù)）[BEH]此指令將從RAM中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址0開始，一直可以讀到地址9,完成整個RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。CopyScratchpad（將RAM數(shù)據(jù)復制到EEPROM中）[48H]此指令將RAM中的數(shù)據(jù)存入EEPROM中，以使數(shù)據(jù)掉電不丟失。此后由于芯片忙于EEPROM儲存處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持10MS,來維持芯片工作。ConvertT（溫度轉(zhuǎn)換）[44H]收到此指令后芯片將進行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入RAM的第1、2地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持500MS,來維持芯片工作。RecallEEPROM（將EEPROM中的報警值復制到RAM）[B8H]此指令將EEPROM中的報警值復制到RAM中的第3、4個字節(jié)里。由于芯片忙于復制處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。另外，此指令將在芯片上電復位時將被自動執(zhí)行。這樣RAM中的兩個報警字節(jié)位將始終為EEPROM中數(shù)據(jù)的鏡像。ReadPowerSupply（工作方式切換）［B4H］此指令發(fā)出后發(fā)出讀時間隙，芯片會返回它的電源狀態(tài)字，“0”為寄生電源狀態(tài)，“1”為外部電源狀態(tài)。b.DS18B20芯片ROM指令表：ReadROM（讀ROM）［33H］（方括號中的為16進制的命令字）這個命令允許總線控制器讀到DS18B20的64位ROM。只有當總線上只存在一個DS18B20的時候才可以使用此指令，如果掛接不只一個，當通信時將會發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。MatchROM（指定匹配芯片）［55H］這個指令后面緊跟著由控制器發(fā)出了64位序列號，當總線上有多只DS18B20時，只有與控制發(fā)出的序列號相同的芯片才可以做出反應，其它芯片將等待下一次復位。這條指令適應單芯片和多芯片掛接。SkipROM（跳躍ROM指令）［CCH］這條指令使芯片不對ROM編碼做出反應，在單總線的情況之下，為了節(jié)省時間則可以選用此指令。如果在多芯片掛接時使用此指令將會出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突，導致錯誤出現(xiàn)。SearchROM（搜索芯片）［F0H］在芯片初始化后，搜索指令允許總線上掛接多芯片時用排除法識別所有器件的64位ROM。AlarmSearch（報警芯片搜索）［ECH］在多芯片掛接的情況下，報警芯片搜索指令只對附合溫度高于TH或小于TL報警條件的芯片做出反應。只要芯片不掉電，報警狀態(tài)將被保持，直到再一次測得溫度什達不到報警條件為止。（2）DS18B20芯片存儲器操作指令表：WriteScratchpad（向RAM中寫數(shù)據(jù)）[4EH]這是向RAM中寫入數(shù)據(jù)的指令，隨后寫入的兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)將會被存到地址2（報警RAM之TH）和地址3（報警RAM之口）。寫入過程中可以用復位信號中止寫入。ReadScratchpad（從RAM中讀數(shù)據(jù)）[BEH]此指令將從RAM中讀數(shù)據(jù)，讀地址從地址0開始，一直可以讀到地址9,完成整個RAM數(shù)據(jù)的讀出。芯片允許在讀過程中用復位信號中止讀取，即可以不讀后面不需要的字節(jié)以減少讀取時間。CopyScratchpad（將RAM數(shù)據(jù)復制到EEPROM中）[48H]此指令將RAM中的數(shù)據(jù)存入EEPROM中，以使數(shù)據(jù)掉電不丟失。此后由于芯片忙于EEPROM儲存處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持10MS,來維持芯片工作。ConvertT（溫度轉(zhuǎn)換）[44H]收到此指令后芯片將進行一次溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的溫度值放入RAM的第1、2地址。此后由于芯片忙于溫度轉(zhuǎn)換處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。在寄生工作方式時必須在發(fā)出此指令后立刻超用強上拉并至少保持500MS,來維持芯片工作。RecallEEPROM（將EEPROM中的報警值復制到RAM）[B8H]

此指令將EEPROM中的報警值復制到RAM中的第3、4個字節(jié)里。由于芯片忙于復制處理，當控制器發(fā)一個讀時間隙時，總線上輸出“0”，當儲存工作完成時，總線將輸出“1”。另外，此指令將在芯片上電復位時將被自動執(zhí)行。這樣RAM中的兩個報警字節(jié)位將始終為EEPROM中數(shù)據(jù)的鏡像。ReadPowerSupply（工作方式切換）[B4H]此指令發(fā)出后發(fā)出讀時間隙，芯片會返回它的電源狀態(tài)字，“0”為寄生電源狀態(tài)，“1為外部電源狀態(tài)。3.2.5溫度采集模塊的電路連接DS18B20有三個管腳：GND為電源地，DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端，VCC為外接供電電源接入端（用寄生電源方式時接地）。在硬件上，DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是VCC接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時VCC、GND接地，1/0接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，1/0口線要接5KQ左右的上拉電阻。本系統(tǒng)中DS18B20的DQ口與單片機的P3.3口連接，GND接地。Protues軟件仿真圖如圖10所示。P2.4/A12P25/A13P26/A14P2.7/A15=3.0/RXDP3.1/TXD=32/INTO=>33INT1P3.4/T0P2.4/A12P25/A13P26/A14P2.7/A15=3.0/RXDP3.1/TXD=32/INTO=>33INT1P3.4/T0P3.5/T1戶3.6/WHP37/RD1()11運■137415正77R2

47k2_7U2VCCDQGNDDS18B20圖10DS18B20的Protues仿真圖基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計MMXXVIM共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XXIV頁共64頁3.3轉(zhuǎn)速控制模塊設計3.3.1直流電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)原理直流電動機的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為：（公式1）Ua-IaRan（公式1）C。E式中Ua 電樞供電電壓（V）；Ia 電樞電流（A）；中一一勵磁磁通（Wb）；Ra——電樞回路總電阻（。）；PNCE——電勢系數(shù)，CE=PN,p為電磁對數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，N為導體數(shù)?？芍{(diào)速方法：⑴改變電樞回路總電阻Ra；（2）改變電樞供電電壓Ua；（3）改變勵磁中。由第二種方法知道，直流電機轉(zhuǎn)速與加在電機兩端電壓有關(guān)，故可選用單片機產(chǎn)生PWM方波，經(jīng)驅(qū)動電路放大后驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。3.3.2電機調(diào)速控制方案論證方案一：采用電阻網(wǎng)絡或數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。方案二：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。方案三采用專用芯片L298的PWM控制。用單片機控制PWM信號的輸出給L298驅(qū)動芯片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。這種電路效率非常高；單片機和芯片L298保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設計采用方案三。PWM系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需用的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應性能好，動態(tài)抗干擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率高；直流電源采用不控三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高。3.3.3PWM方式選擇在PWM調(diào)速時，占空比D是一個重要的參數(shù)。以下3種方法都可以改變占空比的值。（1）定寬調(diào)頻法：這種保持t1不變，只改變t2，這樣使得周期T也隨之改變。（2）調(diào)寬調(diào)頻法：這種是保持t2不變，而改變t1 這樣使得周期T或頻率也隨之改變(3)定頻調(diào)寬法：這種是周期T不變，而改變t1和t2前兩種方法由于在調(diào)速是改變了控制脈沖的周期或頻率，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起震蕩，因此這2種方法用得很少。目前在直流電機的控制中，主要用定頻調(diào)寬法。PWM控制信號的產(chǎn)生方式⑴分立電子元件組成的PWM信號發(fā)生器這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號發(fā)生器，其為早期的方法，現(xiàn)在逐漸被淘汰。(2)專用PWM集成電路從PWM控制技術(shù)出現(xiàn)以來就有芯片制造商生產(chǎn)專用PWM集成電路芯片，現(xiàn)在市場上有多種這樣的芯片，這些芯片除了具有PWM發(fā)生器以外，還具有死區(qū)調(diào)節(jié)功能，保護功能。在用單片機直接控制的電路中，使用專用的PWM芯片可以減輕單片機的負擔，工作可靠。(3)軟件模擬法利用單片機的一個I/O口的弓［腳，通過軟件對這這個引腳不斷地輸出高低電平來實現(xiàn)PWM波的輸出，51系列單片機無PWM輸出功能，可以采用定時器配合軟件的方法輸出。對精度要求不高的場合，非常實用。MCS-51系列典型產(chǎn)品8051具有兩個定時器T0和T1。通過控制定時器初值T0和T1,,從而可以實現(xiàn)從8051的任意輸出口輸出不同占空比由于PWM信號軟件實現(xiàn)的核心是單片機內(nèi)部的定時器，而不同單片機的定時器具有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同，選擇的定時器工作方式不同，其定時器的定時初值與定時時間的關(guān)系也不同。直流電機PWM調(diào)速原理所謂脈沖寬度調(diào)制是指用改變電機電樞電壓接通與斷開的時間的占空比來控制電機轉(zhuǎn)速的方法，稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。PWM驅(qū)動裝置是利用全控型功率器件的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”與“斷開”時間的長短，改變直流電動機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，這種裝置又稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。對于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，其方法是通過改變電機電樞電壓導通時間與通電時間的比值（即占空比）來控制電機速度。PWM調(diào)速原理如圖11所示。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律改變通、斷電時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。設電機永遠接通電源時，其轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設占空比為D=t1/T，則電機的平均速度為Vd=Vmax?D （公式2）式中，Vd——電機的平均速度Vmax——電機全通時的速度（最大）D=t1/T——占空比平均速度Vd與占空比D的函數(shù)曲線，如圖11所示基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計MMXXXM共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計MMxxviiiM共64頁圖11平均速度和占空比的關(guān)系由圖11可以看出，Vd與占空比D并不是完全線性關(guān)系（圖中實線），理想情況下，可以將其近似地看成線性關(guān)系（圖中虛線）。因此也就可以看成電機電樞電壓Ua與占空比D成正比，改變占空比的大小即可控制電機的速度。占空比決定輸出到直流電機電樞電壓的平均電壓，進而決定了直流電機的轉(zhuǎn)速。如果能夠?qū)崿F(xiàn)占空比的連續(xù)調(diào)節(jié)即可實現(xiàn)直流電機無級調(diào)速。由以上敘述可知：電機的轉(zhuǎn)速與電機電樞電壓成比例，而電機電樞電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機的速度與占空比成比例，占空比越大，電機轉(zhuǎn)得越快，當占空比a=1時，電機轉(zhuǎn)速最大。3.4直流電機直流電機主要有直流有刷電機和無刷直流電機兩種。3.4.1有刷直流電機直流電機以良好的啟動性能、調(diào)速性能等優(yōu)點著稱，其中屬于直流電機一類的有刷直流電機采用機械換向器，使得驅(qū)動方法簡單，其模型示意圖如圖12所示。電機主要由永磁材料制造的定子、繞有線圈繞組的轉(zhuǎn)子（電樞）、換向器和電刷等構(gòu)成。只要在電刷的A和B兩端通入一定的直流電流，電機的換向器就會自動改變電

機轉(zhuǎn)子的磁場方向，這樣，直流電機的轉(zhuǎn)子就會持續(xù)運轉(zhuǎn)下去圖12有刷直流電機模型由些可見，換向器和電刷在直流電機中扮演著重要的角色，雖然它可以簡化電機控制器的結(jié)構(gòu)，但是，它自身卻存在一定的缺點：結(jié)構(gòu)相對復雜，增加了制造成本；容易被環(huán)境（如灰塵等）影響，降低了工作的可靠性；換向時會產(chǎn)生火花，限制了使用范圍；容易損壞，增加了維護成本等。3.4.2無刷直流電機圖13無刷直流電機模行無刷直流電機（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）的誕生，克服了有刷直流電機的先天性缺陷，以電子換向器取代了機械換向器，所以無刷直流電機既具有直流電機良好的調(diào)速性能等特點，又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單、無換向火花、運行可靠和易于維護等優(yōu)點。圖13所示無刷直流電機模型，它是從圖12轉(zhuǎn)化過來的模型。它主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器（可有可無）組成?？梢?，它和直流電機有著很多共同點，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多（原來的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ樱?，繞組的連線也基本相同。但是，結(jié)構(gòu)上它們有一個明顯的區(qū)別：無刷直流電機沒有直流電機中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。這樣，電機結(jié)構(gòu)就相對簡單，降低了電機的制造和維護成本，但無刷直流電機不能自動換向（相），犧牲的代價是電機控制器成本的提高（如同樣是三相直流電機，有刷直流電機的驅(qū)動橋需要4只功率管，而無刷直流電機的驅(qū)動橋則需要6只功率管）。圖13所示為其中一種小功率三相、星形連接、單副磁對極的無刷直流電機，它的定子在內(nèi)，轉(zhuǎn)子在外，結(jié)構(gòu)和圖12所示的直流電機很相似。另一種無刷直流電機的結(jié)構(gòu)和這種剛剛相反，它的定子在外，轉(zhuǎn)子在內(nèi)，即定子是線圈繞組組成的機座，而轉(zhuǎn)子用永磁材料制造。無刷直流電機有以下的特點：無刷直流電機的外特性好，能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩，使得它可以提供大的起動轉(zhuǎn)矩；無刷直流電機的速度范圍寬，任何速度下都可以全功率運行；無刷直流電機的效率高、過載能力強，使得它在拖動系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn)；無刷直流電機的再生制動效果好，由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料，制動時電機可以進入發(fā)電機狀態(tài)；無刷直流電機的體積小，功率密度高；無刷直流電機無機械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，可以防止塵土進入電機內(nèi)部，可靠性高；無刷直流電機比異步電機的驅(qū)動控制簡單。無刷直流電機的工作原理無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流，則電機只能產(chǎn)生不變的磁場，電機不能轉(zhuǎn)動起來，只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場，電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。如圖14所示為無刷直流電機的轉(zhuǎn)動原理示意圖，為了方便描述，電機定子的線圈中心抽頭接電機電源POWER，各相的端點接功率管，位置傳感器導通時使功率管的G極接12V，功率管導通，對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，會依次導通，使得對應的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化，電機轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來。這就是無刷直流電機的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。F0隼H圖14無刷電動機轉(zhuǎn)動原理基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計直流電機驅(qū)動模塊的選擇方案選擇方案一：采用繼電器對電動機的開和關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對電機的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，實現(xiàn)容易；缺點是繼電器的響應速度慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短。方案二：采用DSP芯片，配以電機控制所需要的外圍功能電路，通過數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機運行速度，實現(xiàn)控制物體的運動軌跡。該方案優(yōu)點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復雜、成本高。方案三：采用專用芯片L298°L298是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應頻率高，且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。基于上述理論分析和實際情況，擬定選擇方案三。L298驅(qū)動芯片L298為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋直流電機專用驅(qū)動芯片(DualFull-BridgeDriver)，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相電機，內(nèi)含二個H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的I/O端口來提供模擬時序信號，但在本驅(qū)動電路中用L297來提供時序信號，節(jié)省了單片機I/O端口的使用。L298N之接腳如圖15所示，Pin1和Pin15可與電流偵測用電阻連接來控制負載的電路；OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個步進電機；input1~input4輸入第XXXII頁共64頁

控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)；Enable則控制電機停轉(zhuǎn)。CLR.RENTSENSIHO日OUTPUT。OUTPUT1INPUT4ENABLEBINPUT3LO3ICSLFFLYMOLTAOEV==ON口IHPLFT2ENABLEAINlPLFT1SUPPLYVOLTA3EOUTPUT2OUTPUTtCURRENTS-ENSaNBA rGN口|_i za2 TS3 US4 17& PowerscaaieB 157 14B 139 +NIQ 11|仁川口s-enMA| ISenseBIM.C.1__|N.C.Out1|IOtft4O-ut2I|Out3Vs1 1 Iloptit4inpur1I_IEHAL>l6PEnable-A|__JInput3Iriput工|IVSSGNDCZ ISND圖151298引腳圖其實物圖如下圖16所示：圖16L298實物圖(1)L298內(nèi)部的原理如圖17基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XXXIV頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XXXIV頁共64頁OUTl OUT2Q QlODitFIniO—.k?>>■-ctn麗宜lOOriFIn2

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注；x>—ct-In4r-Q1MlIn3-3-O圖17L298內(nèi)部邏輯圖(2)L298的邏輯功能如下表3表3L298的邏輯功能IN1IN2ENA電機狀態(tài)XX0停止101順時針011逆時針000停止110停止(3)用protues仿真的電路如圖18基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計MMXXXVIM共64頁電機及驅(qū)動模塊電路連接A(INI)、B(IN2)分別與AT89C51單片機的P1.0、P1.1相連接，輸入控制電位來控制電機的正反轉(zhuǎn)。ENA與單片機的P1.2口相連接，P1.2口輸出控制電動機轉(zhuǎn)速的PWM信號，來控制電動機的加速、減速，啟動、停止。由于我們使用的電機是線圈式的，在從運行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止狀態(tài)和從順時針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用就是在產(chǎn)生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。上面接電源那個是當VS斷電后，電機的產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生很大的電動勢保護電機(因為電機可能正傳或者反轉(zhuǎn)，所以兩個方向均要設計二極管)，接地那個作用在于保護單片機等元件。溫度顯示模塊設計液晶顯示簡介(1)液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。(2)液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(Static)、單純矩陣驅(qū)動(SimpleMatrix)和主動矩陣驅(qū)動(ActiveMatrix)三種。（3）液晶顯示器各種圖形的顯示原理:a.線段的顯示點陣圖形式液晶由MXN個顯示單元組成，假設LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16X8=128個點組成，屏上64X16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3FFH）二FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。b.字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由6X8或8X8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。LM016L的結(jié)構(gòu)及功能LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）

忙標志(BF),顯示數(shù)RAM(DDRAM),字符發(fā)生器ROMA(CGOROM)字符發(fā)生器RAM(CGRAM),地址計數(shù)器RAM(AC)°IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關(guān)系,CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM但愿，LM016L液晶模塊的引腳功能如下表3.6.2(1)所示：LM016L字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線，模型如圖19所示：\\ \r]-卜卜**5￡卜X1予二一l.卜/V圖19LM016L模型VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。LCD的引腳功能表，如下表4所示基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XL頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XXXVIII頁共64頁表4引腳功能表腳符功能說明1VSS一般接地2VD接電源（+5V）

3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平（1）時進行讀操作，低電平（0）時進行寫操作。6EE（或￡明端為使能（enable^，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）（也是busyflang）15BLA背光電源正極16BLK背光電源負極寄存器選擇控制如表5表5寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busyflag（DB7），以及讀取位址計數(shù)器（DB~DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖一一開始時初始化E為0,然后置E為1,再清0.busyflag（DB7）:在此位為被清除為0時，LCD將無法再處理其他的指令要求。液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表6所示：表6控制命令表序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)至ijCGRAM或DDRAM)10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容LM016L液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3:光標和顯示模式設置I/D:光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示C:控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標B:控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位S/C:高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6:功能設置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N:低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7:字符發(fā)生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址BF:為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。respack-8是protues仿真軟件中的片組，P0口要上拉電阻原因有：P0□片內(nèi)無上拉電阻P0為I/O口工作狀態(tài)時，上方FET被關(guān)斷，從而輸出腳浮空，因此P0用于輸出線時為開漏輸出。由于片內(nèi)無上拉電阻，上方FET又被關(guān)斷，P0輸出1時無法拉升端口電平。P0是雙向口，其它P1，P2，P3是準雙向口。單片機在讀準雙向口的端口時，現(xiàn)應給端口鎖存器賦1，目的是使FET關(guān)斷，不至于因片內(nèi)FET導通使端口鉗制在低電平。上下拉一般選10k，上拉就是將不確定的信號通過一個電阻嵌位在高電平！電阻同時起限流作用！接在51單片機的P0□，因為P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻。排阻就是好多電阻連載一起，他們有一個公共端，1端為公共端接VCC或地?；趩纹瑱C的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XLII頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XLII頁共64頁3.6.3液晶顯示模塊的電路連接數(shù)據(jù)手冊中可能介紹LM1602內(nèi)部D0?D7已有上拉，可以使用P0口直接驅(qū)動。I3D1LMD1GL在Proteus里LM016LI3D1LMD1GLCurrentTenp;1ENP:4￡?日OCiN-卓.1.,X.1h:■.1a-3_-c_*39dajFlrtl_IFu.ueuuPO1JAD1PO.2JAD2P0.3JAD3P0.4JADflPO.5JAD5POiN-卓.1.,X.1h:■.1a-3_-c_*39dajFlrtl_IFu.ueuuPO1JAD1PO.2JAD2P0.3JAD3P0.4JADflPO.5JAD5POBJAD6PO.7JAD7■3Bdi/■37N3yXTAL2■35*34tiSy■3207/hiI■21-RS/P2JD/M■22U1I圖20液晶顯示模塊仿真圖4系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件構(gòu)架系統(tǒng)軟件構(gòu)架如圖21基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XLIV頁共64頁開始■圖21系統(tǒng)軟件總框圖溫度控制電機轉(zhuǎn)速軟件構(gòu)架如圖22圖22溫度控制電機轉(zhuǎn)速各模塊程序說明4.2.1溫度采集模塊⑴DS18B20初始化程序ucharInit_DS18B20(){ucharDQ=1;Delay(8);DQ=0;Delay(90);DQ=1;Delay(8);status=DQ;Delay(100);DQ=1;returnstatus; //初始化成功返回0}(2)溫度字符ucharcode_temperature_char[8]={0x0C,0x12,0x12,0x0C,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,};(3)溫度小數(shù)位對照表ucharcodedf_Table[]={0,1,1,2,2,3,3,4,4,5,6,6,7,8,8,9,9};ucharCurrenT=0; //當前讀取的溫度整數(shù)部分charSigned_Temp=0; //有符號溫度值ucharTemp_Value口={0x00,0x00}; //從DS18B20讀取溫度值ucharBack_Temp_Value[]={0xFF,0xFF};//溫度數(shù)據(jù)備份ucharDisplayDigit={0,0,0,0}; //待顯示的各溫度數(shù)位bitDS18B20_IS_OK=1; //傳感器正常標志unittCount=0;4.2.2電動機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向控制模塊T0定時器控制電動機正/反轉(zhuǎn)，并輸出PWM信號控制轉(zhuǎn)速VoidT0_INT()interrup1{TH0=-50000/256;TL0=-50000%256;基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XLVI頁共64頁基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計基于單片機的溫度控制直流電動機轉(zhuǎn)速系統(tǒng)設計第第XLVI頁共64頁Read_Temperature(); //讀取溫度if(!DS18B20_IS_OK)return;//讀錯時退出//讀取正常且溫度發(fā)生變化則刷新顯示if(Temp_Value[0]!=Back_Value[0]||Temp_Value[1]!=Back_Value[1]){Back_Temp_Value[0]=Temp_Value[0];Back_Temp_Value[1]=Temp_Value[1];Disply_Temperature();}//275℃或＜=0℃時，電動機全速轉(zhuǎn)動，占空比為100%.if(Signed_Temp27