任務(wù)8：直流電機(jī)的PWM調(diào)速控制

工作任務(wù)描述：

通過調(diào)節(jié)實驗箱上的電位器旋鈕輸入模擬量，單片機(jī)控制輸出脈沖的脈寬，從而控制直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。學(xué)習(xí)內(nèi)容：一、A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)及分類二、并行ADC0809芯片的引腳功能三、單片機(jī)與ADC0809的典型連線與編程四、常用開關(guān)量的驅(qū)動方法及單片機(jī)系統(tǒng)隔離方法五、PWM控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口（A/D）一、A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)及分類1、A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)2、A/D轉(zhuǎn)換器的分類按照轉(zhuǎn)換原理分位:逐次逼近式、雙積分式、V/F變換式3、ADC0809的芯片引腳及主要性能指標(biāo)主要性能：分辨率8位；轉(zhuǎn)換時間100

s；溫度范圍-40～+85℃；可使用單一的+5V電源；可直接與CPU連接；輸出帶鎖存器；邏輯電平與TTL兼容。ADC0809有28條引腳。OEADC0809共有28個引腳，其主要引腳信號為：

START—為起動模/數(shù)轉(zhuǎn)換引腳，當(dāng)START=1時，開始起動模/數(shù)轉(zhuǎn)換。

EOC—為模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳，轉(zhuǎn)換結(jié)束，該引腳輸出高電平。

OE—為輸出允許控制，該引腳用于控制選通三態(tài)門。當(dāng)OE=1時三態(tài)門打開，模/數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量才可通過三態(tài)門到達(dá)數(shù)據(jù)總線，進(jìn)而被讀入CPU。

CLOCK——為外加時鐘輸入引腳，其頻率為50-800KHZ，使用時常接500-600KZ。

ALE——為模擬通道鎖存信號，當(dāng)此引腳由低電平到高電平跳變時將加到C，B，A引腳的數(shù)據(jù)鎖存并選通相應(yīng)的模擬通道。三、單片機(jī)與ADC0809的典型連線與編程可以用中斷、查詢和延時等待三種方式編制程序。1、中斷方式將ADC0809的EOC端經(jīng)過非門之后和單片機(jī)的外部中斷0連接2、查詢方式

ADC0809的EOC端和P1.0相連。不斷查詢P1.0的狀態(tài)即可得知A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。

3、延時等待ADC0809的EOC端不必和80C51相連接，而是根據(jù)時鐘頻率計算出A/D轉(zhuǎn)換時間，略微延長后直接讀取A/D轉(zhuǎn)換值。（大于128us）試比較三種方式，說出優(yōu)缺點4、ADC0809的應(yīng)用例：將單片機(jī)上0-5V的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果通過指示燈或者LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，調(diào)節(jié)輸入電壓，能夠從指示燈或者LED數(shù)碼管上看到值的變化。5、擴(kuò)展知識：串行A/DADC0832及其接口電路隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，串行接口電路得到越來越多的應(yīng)用，A/D轉(zhuǎn)換電路同單片機(jī)的接口電路除了并行擴(kuò)展之外，還有串行連接方式。四、常用開關(guān)量的驅(qū)動方法及單片機(jī)系統(tǒng)隔離方法1、驅(qū)動發(fā)光二極管常見發(fā)光二極管的驅(qū)動電流一般為5-10mA，而單片機(jī)的I/O口的輸出電流一般為幾十uA，加正向電壓，導(dǎo)通之后的管壓降為1-2V，單片機(jī)驅(qū)動二極管的典型電路如下圖所示：1)驅(qū)動端口可用P0-P3口中任意一端（P0口應(yīng)加上拉電阻），輸出低電平，LED亮，反之則暗。2)驅(qū)動限流電阻R1可取10KΩ-100KΩ，可視驅(qū)動三極管的β值而定，β值大，則R1可略大。R1大，可減小流過80C51的電流，降低功耗。3)驅(qū)動晶體管VT，灌電流驅(qū)動時，應(yīng)選取PNP三極管，一般選取9014、9012.9014的β值較大，Icm較??；9012的β值略小，Icm較大。4)發(fā)光二極管VL限流電阻R2，可根據(jù)VL電流而定，VL電流一般取5-10mA，電流大，亮度高。2、驅(qū)動繼電器驅(qū)動繼電器主要考慮下列兩個因素:1)繼電器線圈額定電壓。若額定電壓為5V、6V，按照圖5-3-2連接，若額定電壓大于6V，則按照圖5-3-3連接，若額定電壓為AC220V，則應(yīng)用光耦合器。2)繼電器線圈驅(qū)動電流。一般來講，額定電壓低，驅(qū)動電流大，觸電容量大，驅(qū)動電流大?？筛鶕?jù)線圈驅(qū)動電流大小，選用有足夠輸出電流的晶體三極管，且三極管的β值要大，β值大時，80C51的驅(qū)動電流可小一些。需要指出的是要適當(dāng)選取R1，R1過大，驅(qū)動電流不足，繼電器會出現(xiàn)“顫抖”。二極管VD的作用是防止換路時，繼電器產(chǎn)生感應(yīng)電壓損壞晶體三極管3、光電隔離接口在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，有時要將強(qiáng)電回路與單片機(jī)弱電供電回路隔離，以有效抑制強(qiáng)電干擾信號，常見的隔離方式是變壓器耦合和光耦合，變壓器耦合只能用于傳送交變信號，且體積大、量重、功耗大，還會產(chǎn)生電磁干擾。光耦合技能用于傳送交變信號，又能用于傳送直流信號，且體積小、量輕、功耗小，抗干擾強(qiáng)。光耦合器件有多種類型，最常用的是光敏二極管構(gòu)成的光耦合器，下圖是80C51與光耦合器的典型連接電路，試分析下列電路中，輸出高低電平時，光耦合器的工作狀態(tài)。需要指出的是：1)光耦合器中的發(fā)光二極管驅(qū)動電流較大，應(yīng)用晶體三極管或者有足夠輸出電流的門電路擴(kuò)大80C51的輸出電流2)既然是隔離，強(qiáng)電回路的接地端與弱點回路的接地端不能連接在一起，否則隔離只是一句空話。4、驅(qū)動晶閘管晶閘管常用于單片機(jī)控制系統(tǒng)中交流強(qiáng)電回路的執(zhí)行元件，一般來講，據(jù)需要光耦合器隔離驅(qū)動，圖5-3-5為驅(qū)動雙向晶閘管典型應(yīng)用電路。

為減小驅(qū)動功率和減小晶閘管觸發(fā)時產(chǎn)生的干擾，用于交流電路雙向晶閘管的觸發(fā)常采用過零觸發(fā)，因此上述電路還需要正弦交流過零檢測電路，在過零時產(chǎn)生脈沖信號引發(fā)80C51中斷，在中斷服務(wù)子程序中發(fā)出晶閘管觸發(fā)信號，并延時關(guān)斷。這就增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，一種較為簡單的方法是采用新型元件，圖5-3-6為過零檢測觸發(fā)晶閘管電路，MOC3041能在正弦波交流過零時自動導(dǎo)通，觸發(fā)大功率雙向晶閘管導(dǎo)通。從而省去了過零檢測及觸發(fā)等輔助電路，并降低了材料成本，提高了可靠性。圖中，R3為MOC3041觸發(fā)限流電阻，R4為BCR門級電阻，防止誤觸發(fā)，提高抗干擾性。五、PWM控制1、PWM介紹PWM意為脈沖寬度調(diào)制，是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在很多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小目的，從而來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。