畢業(yè)論文（設(shè)計）design of dc motor control system based on microcontroller

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　中英文摘要I</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 選題背景及實際意義1</p><p>　　1.2 選題的研究現(xiàn)狀1</p><p

2、>　　1.3 本文研究的內(nèi)容1</p><p>　　2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理3</p><p>　　2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.2 直流電機(jī)調(diào)速方法3</p><p>　　2.3 PWM調(diào)速原理4</p><p>　　3 調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計5</p><p

3、>　　3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計5</p><p>　　3.2 AT89S52單片機(jī)芯片簡介5</p><p>　　3.3 供電電源設(shè)計5</p><p>　　3.3.1 控制電路電源5</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動電路電源6</p><p>　　3.4 單片機(jī)外圍電路設(shè)計6</p>

4、<p>　　3.4.1 時鐘電路6</p><p>　　3.4.2 復(fù)位電路6</p><p>　　3.4.3 ISP下載調(diào)試接口7</p><p>　　3.5 H橋電路設(shè)計分析7</p><p>　　3.6 邏輯電路及驅(qū)動電路設(shè)計8</p><p>　　3.6.1 邏輯電路設(shè)計8</p

5、><p>　　3.6.2 光耦隔離設(shè)計9</p><p>　　3.6.3 驅(qū)動電路設(shè)計10</p><p>　　3.7 測速模塊12</p><p>　　3.8 按鍵和顯示電路設(shè)計12</p><p>　　3.8.1 按鍵電路設(shè)計12</p><p>　　3.8.2 顯示電路設(shè)計13&l

6、t;/p><p>　　4 調(diào)速系統(tǒng)程序軟件設(shè)計14</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計14</p><p>　　4.2 初始化子程序14</p><p>　　4.3 按鍵與顯示子程序設(shè)計15</p><p>　　4.3.1 顯示子程序15</p><p>　　4.3.2 按鍵處理程序

7、16</p><p>　　4.4 PWM脈寬調(diào)節(jié)程序設(shè)計17</p><p>　　4.4.1 階躍PWM脈寬調(diào)節(jié)17</p><p>　　4.4.2 諧波PWM脈寬調(diào)節(jié)18</p><p>　　4.5 測轉(zhuǎn)速脈沖程序設(shè)計19</p><p><b>　　5 實驗研究20</b></

8、p><p>　　5.1 硬件電路實物20</p><p>　　5.2 波形測試21</p><p>　　5.3 測速及顯示23</p><p><b>　　6 總結(jié)25</b></p><p>　　6.1 工作總結(jié)25</p><p>　　6.2 不足和展望25&l

9、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　附錄28</b></p><p>　　附錄一：器件清單28</p><p>　　附錄二：原理圖29</p>

10、<p>　　附錄三：PCB圖30</p><p>　　基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文利用PWM斬波技術(shù)對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，控制芯片采用AT89S52單片機(jī)，描述了直流電機(jī)的調(diào)速原理和PWM脈沖寬度調(diào)制的方法。此外，設(shè)計了IR2104的自舉驅(qū)動電路。文中也一并對

11、IR2104的工作原理進(jìn)行了介紹與應(yīng)用分析。</p><p>　　在理論分析的基礎(chǔ)上對電路的硬件部分進(jìn)行了設(shè)計，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、驅(qū)動模塊、按鍵模塊、測速模塊、顯示模塊。</p><p>　　最后對系統(tǒng)進(jìn)行了實驗研究，給出了實驗波形和實際運(yùn)行情況圖，實驗結(jié)果較為理想，證明本文所設(shè)計的調(diào)速方法和驅(qū)動電路滿足直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT8

12、9S52單片機(jī)；PWM；IR2104；H橋</p><p>　　Design of DC Motor Control System Based on Microcontroller</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this paper, PWM chopper technology control

13、 the DC motor speed and control chip by AT89S52 microcontroller. The speed regulation principle and PWM pulse width modulation method of DC motor are described. In addition, the bootstrap drive circuit of IR2104 is desig

14、ned. In this paper, the working principle of IR2104 is introduced and analyzed.</p><p>　　On the basis of theoretical analysis, the hardware of the circuit is designed, including MCU system, drive module, key

15、 module, speed measurement module and display module.</p><p>　　At last, the experimental study of the system is given, the experimental waveform and the actual operation diagram are given, the experimental r

16、esults are ideal, proves that the speed control method and drive circuit designed in this paper meet the requirements of DC motor speed control system.</p><p>　　Keywords：AT89S52 microcomputer; PWM; IR2104; H

17、 bridge</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 選題背景及實際意義</p><p>　　當(dāng)今社會快速發(fā)展，直流電機(jī)被廣泛應(yīng)用到各種控制系統(tǒng)中[1]。小到生活用品，大至工業(yè)制造、航天航空等不同的領(lǐng)域。隨著單片機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)開始往數(shù)字化、高速化發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)的要求伴隨著自動控制技術(shù)的

18、發(fā)展也越來越高[2]。直流電機(jī)調(diào)速簡單方便是因為只要調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的電壓就可以。在電機(jī)調(diào)速的方法中，PWM調(diào)速是最常見的，只要調(diào)節(jié)PWM占空比就能夠改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　直流電機(jī)在許多控制領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛，因為電機(jī)具有良好的起動性能[3]。早期的直流電機(jī)拖動調(diào)速系統(tǒng)多采用的模擬電路，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，而且操作相對不方便和功能單一，使直流電機(jī)不能得到很好的發(fā)展[4]。不過隨著單片機(jī)技術(shù)和電力電子領(lǐng)域

19、的快速發(fā)展，現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)得到了非常大的提升，所以研究直流電機(jī)調(diào)速還是很有研究意義的。</p><p>　　1.2 選題的研究現(xiàn)狀</p><p>　　下面列幾個常見的直流電機(jī)調(diào)速方案。第一種方法：早期的電機(jī)調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)電機(jī)串聯(lián)的電阻大小來調(diào)速的，這個方法雖然簡單且可以進(jìn)行調(diào)速，但是調(diào)速非常不平滑，跳躍性太大。第二種方法：發(fā)電機(jī)—電動機(jī)調(diào)速，這種方法調(diào)速性能相較調(diào)電阻的方法好，但是所使

20、用的電力拖動系統(tǒng)較大，而且組成復(fù)雜，操作不便利。第三種方法：用晶閘管組成的調(diào)速系統(tǒng)。這種調(diào)速方法精度高、體積小，是未來很長時間內(nèi)的主要應(yīng)用方向[5]。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)和微型計算機(jī)的快速發(fā)展，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展越來越趨向高精度和低成本的方向發(fā)展。</p><p>　　我國的直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)發(fā)展較國外發(fā)展較慢，特別是西門子、通用電氣等大公司更是取得了非常大的優(yōu)勢地位。在直

21、流電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，我國發(fā)展較晚，但是這并不影響我們后來居上，現(xiàn)在我國的調(diào)速技術(shù)也有了質(zhì)的飛躍。我國在直流電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域也投入了大量的精力，例如，一些研究所、高校和企業(yè)都有在研究這個領(lǐng)域，也取得了不錯的成果。</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計的控制對象是直流電機(jī)，以AT89S52單片機(jī)為主控芯片，驅(qū)動電路采用半橋驅(qū)動芯片IR2104搭建的自舉電路，控制方法采

22、用PWM脈寬調(diào)制，利用U型光電傳感器測速[6]，實現(xiàn)了直流電機(jī)的調(diào)速、測速以及顯示，具體研究內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）對直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和調(diào)速原理進(jìn)行分析。</p><p>　　（2）通過對NMOS管組成的H橋電路原理的分析，深入研究IR2104自舉驅(qū)動電路的工作原理。</p><p>　　（3）研究U型光電測速傳感器的測脈沖原理，實現(xiàn)直流電機(jī)測速以及轉(zhuǎn)速

23、的實時刷新顯示。</p><p>　?。?）在了解PWM脈寬調(diào)速原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序。</p><p>　?。?）在以上工作的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)進(jìn)行了實驗，記錄實驗結(jié)果并分析。</p><p>　　2 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與調(diào)速原理</p><p>　　2.1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　

24、　圖2-1 直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　直流電機(jī)是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。直流電機(jī)運(yùn)行時，定子是靜止不動的，轉(zhuǎn)子相對定子運(yùn)動。下面簡略介紹幾個部分：</p><p>　?。?）主磁極的作用是產(chǎn)生建立磁場，主要由主磁極鐵心和勵磁繞組組成[7]。</p><p>　?。?）換向極可以有效減少電機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生的有害火花。</p><p

25、>　?。?）電樞繞組是直流電機(jī)的電路部分，產(chǎn)生磁場和電動勢就是在這里，也是電能轉(zhuǎn)換的部分[8]。</p><p>　　（4）換向器起整流的作用。</p><p>　　2.2 直流電機(jī)調(diào)速方法</p><p>　　眾所周知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為:</p><p><b>　　(2-1)</b></p>

26、<p>　　式中:U-電樞端電壓</p><p><b>　　I-電樞電流</b></p><p><b>　　R-電樞電路總電阻</b></p><p><b>　　Φ-每極磁通量</b></p><p>　　K-與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)</p>&l

27、t;p>　　由上式可知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法有三種:</p><p>　?。?）調(diào)壓，調(diào)節(jié)電樞繞組電壓調(diào)速，可以用于范圍較大的平滑調(diào)速；</p><p>　?。?）弱磁，調(diào)速范圍較?。?lt;/p><p>　?。?）變阻，只能有級調(diào)速，平滑性差。</p><p>　　這三種方法里面，變阻的方式效果最差，很少采用。弱磁調(diào)速范圍不大。因此，

28、本設(shè)計采用調(diào)壓的方式。</p><p>　　改變電樞電壓的方式主要有3種：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（PWM）變換器[9]。</p><p>　　其中，脈寬調(diào)制通過改變開關(guān)頻率，使占空比發(fā)生變化，電樞繞組的平均電壓也就相應(yīng)的改變，就達(dá)到了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。這也是本設(shè)計所使用的方法。</p><p>　　2.3 PWM調(diào)速原理</p><p

29、>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制半導(dǎo)體器件的開關(guān)通斷狀態(tài)，如果開關(guān)通時，電壓為高電平，開關(guān)關(guān)時，電壓為低電平。通過控制電子器件開關(guān)的通斷來可以改變PWM的脈沖寬度，也就改變了直流電壓的平均值，這就是PWM調(diào)速的主要原理[10]。也正是因為這樣，PWM也有“開關(guān)驅(qū)動裝置”的叫法。</p><p>　　PWM脈沖信號占空比關(guān)系如圖2-2。占空比Duty=t1/T，假設(shè)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為VM，則電機(jī)的平均轉(zhuǎn)速V

30、D=Duty*VM。</p><p>　　由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比Duty的大小時，電機(jī)平均轉(zhuǎn)速VD也會隨之改變，也就實現(xiàn)了調(diào)速的目的。如果從實際情況來看，VD和占空比并不是完全線性的關(guān)系，但是在精度要求不是很高的情況下，也不失為一種好方法。</p><p>　　圖2-2 PWM占空比關(guān)系</p><p>　　3 調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計</p>&

31、lt;p>　　3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計</p><p>　　圖3-1 調(diào)速系統(tǒng)硬件總框圖</p><p>　　本設(shè)計以AT89S52單片機(jī)為主控芯片，PWM信號由單片機(jī)定時器產(chǎn)生，經(jīng)過邏輯變換電路分成2路完全對稱的PWM，再通過光耦隔離將信號傳遞至驅(qū)動芯片IR2104，利用驅(qū)動電路控制H橋，從而實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)功能通過獨(dú)立按鍵來實現(xiàn)。最后利用U型光電傳感

32、器測得轉(zhuǎn)速脈沖，將脈沖信號送至單片機(jī)進(jìn)行處理，把轉(zhuǎn)速顯示在LCD1602上面。</p><p>　　3.2 AT89S52單片機(jī)芯片簡介</p><p>　　AT89S52是ATMEL公司所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH[11]。</p><p&g

33、t;　　3.3 供電電源設(shè)計</p><p>　　為了保證單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，本設(shè)計使用了光耦隔離電路，所以控制部分和驅(qū)動部分的電源是各自獨(dú)立的。詳細(xì)介紹如下：</p><p>　　3.3.1 控制電路電源</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)的控制核心是單片機(jī)，其工作電壓是+5V，為了使單片機(jī)能正常工作，保證電源穩(wěn)定是很重要的。除了單片機(jī)，邏輯電路所使用的74HC00芯片和

34、LCD1602液晶顯示也是使用的+5V電源，+5V電源采用三端穩(wěn)壓管LM7805經(jīng)過+9V電源穩(wěn)壓提供[12]。LM7805三端穩(wěn)壓管采用TO-220A封裝，最大輸出電流1A，滿足系統(tǒng)要求。電源模塊原理圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 +5V供電電源原理圖</p><p>　　3.3.2 驅(qū)動電路電源</p><p>　　本設(shè)計采用的是+12V驅(qū)動電

35、源和電機(jī)供電電源POWER分開供電的方式。原因如下：</p><p>　?。?）若使用同一路電源供電，當(dāng)電源的容量較低時，電源電壓可能因為電機(jī)起動時大電流造成電壓降落，容易造成驅(qū)動芯片IR2104供電電源不穩(wěn)，甚至燒毀芯片。</p><p>　　（2）電源分開供電，可以解放POWER電源的范圍。通過查找數(shù)據(jù)手冊資料，了解到由于IR2104芯片的工作電壓為10-20V，而光耦6N135的最高

36、工作電壓為15V，光耦TLP521-1的最高工作電壓為24V，因此這里取12V電壓為它們供電。如果不是分開供電，而是使用LM7812穩(wěn)壓得到12V電壓，那么POWER至少要16V以上。如果分開供電，POWER電源可以是0以上的任意值（當(dāng)然還要考慮輸入電容和MOSFET的耐壓值）。</p><p>　　3.4 單片機(jī)外圍電路設(shè)計</p><p>　　3.4.1 時鐘電路</p>

37、<p>　　單片機(jī)內(nèi)部帶有時鐘電路，構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器需要在片外XT1和XT2引腳跨接晶振和電容[13]。單片機(jī)的時鐘電路如圖3-3所示：</p><p>　　用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。C1和C2選擇范圍通常為10~30pF。本設(shè)計采用12M的晶振，33pF的瓷片電容，起振狀況良好。</p><p>　　3.4.2 復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位電

38、路是單片機(jī)最小系統(tǒng)的一個重要組成部分，主要功能是使單片機(jī)恢復(fù)到初始狀態(tài)，也就是讓PC或者一些寄存器恢復(fù)到0000H或一些特定的狀態(tài)。</p><p>　　如果沒有復(fù)位電路，當(dāng)程序運(yùn)行出錯時，無法解決單片機(jī)內(nèi)部的鎖死狀態(tài)，也就無法使單片機(jī)重新開始工作，這是一個穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)所不允許的。</p><p>　　本設(shè)計使用的單片機(jī)內(nèi)部沒有復(fù)位電路，所以需要外接復(fù)位電路，本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位電路，

39、當(dāng)時鐘頻率選用6MHz時，E取10uF，R1取為10K。其原理圖如圖3-4所示，部分復(fù)位狀態(tài)如表3-1所示：</p><p>　　表3-1 特殊功能寄存器和復(fù)位狀態(tài)</p><p>　　3.4.3 ISP下載調(diào)試接口</p><p>　　本設(shè)計在單片機(jī)外圍加入了ISP下載口，主要是為了方便程序的燒寫和調(diào)試。而且這樣就不用經(jīng)常拔插單片機(jī)，單片機(jī)也就不容易損壞。圖中的P

40、15、P16、P17、RST口對應(yīng)單片機(jī)的相應(yīng)IO口，電源和單片機(jī)使用的同一套電源。下載口接線原理圖如圖3-5所示：</p><p>　　3.5 H橋電路設(shè)計分析</p><p>　　本設(shè)計所使用的直流電機(jī)只要調(diào)整電機(jī)兩端電壓的極性，就能控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。圖3-6是H橋驅(qū)動等效原理圖。從圖中可以看到，H橋有4個開關(guān)，當(dāng)K1和K4導(dǎo)通時，M1左端電壓高于右端，電流從M1左端流向右端，定義此方

41、向為正轉(zhuǎn)。反之，K2、K3打開，那就是反轉(zhuǎn)。這便是利用H橋控制正反轉(zhuǎn)的原理[14]。</p><p>　　圖3-6 H橋驅(qū)動等效原理圖</p><p>　　可以作為H橋開關(guān)的電力電子器件有許多，常見的有晶閘管，三極管和MOS管。晶閘管雖然可以應(yīng)用在大電壓、大電流的場合，但是開關(guān)頻率上限不高。三極管屬于電流型器件，無論是耐壓還是能通過的電流能力，都比較弱，主要應(yīng)用在弱點方面，對于較大電壓和電

42、流的設(shè)備難以驅(qū)動。MOS管作為新型電力電子器件，是電壓控制的器件，能量的損失僅是MOS管開通和關(guān)閉時寄生電容充放電的損失，作為新型的全控型器件，MOS管開關(guān)頻率高，耐壓高，特別是N溝道的MOS管，導(dǎo)通電阻非常小。</p><p>　　綜合考慮，本設(shè)計使用4個NMOS管來搭建H橋，MOS管選用N溝道的IRF540。NMOS組成的H橋模型如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 NMOS

43、管構(gòu)成的H橋模型</p><p>　　結(jié)合圖3-6來分析討論H的驅(qū)動問題。用N溝道MOS管搭建的H橋存在一個很明顯的問題，那就是上管和下管之間的A點電位是懸浮，不確定電位會導(dǎo)致上管不能正常開通，也就無法實現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)N1和N2開通時，A點電位是無法確定，也就不能保證N1的柵源電壓差保持在10-20V之間，會使上管開通失敗。為了解決這個，可以使用自舉電路來解決，讓上管柵源電壓差保持在10-20V之間，使電機(jī)正轉(zhuǎn)

44、時可以保證上管的飽和導(dǎo)通。</p><p>　　現(xiàn)在有許多集成的半橋驅(qū)動芯片，可以很方便的用來驅(qū)動同一橋臂的MOS開關(guān)管，不僅解決了單片機(jī)驅(qū)動能力不足的問題，也解決了浮地的問題，而且使用非常方便，只需要在驅(qū)動芯片的外圍搭建自舉電路，僅只要一路電源就可以方便的驅(qū)動H橋。綜合多方面的考慮，本設(shè)計最終選擇了IR2104來搭建H橋的自舉電路。</p><p>　　3.6 邏輯電路及驅(qū)動電路設(shè)計&l

45、t;/p><p>　　3.6.1 邏輯電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計的PWM信號是由單片機(jī)的T2定時器產(chǎn)生的，為了保證控制兩個橋臂的PWM信號可以對稱，所以本設(shè)計使用了邏輯與非門芯片74HC00將一路PWM信號分成2路，為了使信號前后同相，又將與非門搭成非門，將信號反向。本設(shè)計通過與非門加入了兩個控制信號，LSD和RSD，原理圖如圖3-8所示：</p><p>　

46、　圖3-8 邏輯電路原理圖</p><p>　　邏輯信號與電機(jī)狀態(tài)關(guān)系如表3-2所示：</p><p>　　表3-2 邏輯信號與電機(jī)狀態(tài)關(guān)系表</p><p>　　3.6.2 光耦隔離設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計為了達(dá)到在電機(jī)運(yùn)行時單片機(jī)不受干擾，加入了光耦隔離電路。光耦僅起到隔離和傳遞信號的作用，沒有驅(qū)動能力。</p>&

47、lt;p>　　由上面的邏輯關(guān)系可以知道，單片機(jī)的控制信號有L和R兩個信號，由于IR2104還有使能端SD，所以總共有3個控制信號需要傳遞到驅(qū)動芯片。也就是需要用到3個光耦。因為控制電機(jī)的開關(guān)管開關(guān)頻率一般較高，所以這里選擇2個高速光耦和一個普通光耦，高速光耦采用的是6N135，普通光耦采用的是TPL521-1。</p><p>　　本設(shè)計所使用的2種光耦的輸入端壓降莫約1.8V上下，正常工作電流為8~10m

48、A,本系統(tǒng)所使用的單片機(jī)芯片工作電壓是5V，IO口輸出高電平時也是5V，經(jīng)過計算，限流電阻取300Ω左右。</p><p>　　為了使光耦輸出高電平時能保證12V的電平 ，本設(shè)計在光耦輸出加入了10K的上拉電阻，實際使用時上拉效果顯著，電平能達(dá)到11.6V左右，滿足本設(shè)計的需求。原理圖如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 光耦隔離原理圖</p><p>　

49、　由于兩個高速光耦是完全對稱的，所以只列出了一個光耦原理圖，另外一個同理。</p><p>　　3.6.3 驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　由于單片機(jī)輸出的PWM波形不能直接驅(qū)動大功率MOS管，所以要在單片機(jī)和MOS管之間建立驅(qū)動電路，來驅(qū)動MOS管。邏輯電路與隔離電路在上面已經(jīng)詳細(xì)介紹，所以這里就直接跳過，直接介紹光耦輸出信號到驅(qū)動電路的信號INL、INR和SD。</p>

50、<p>　　（1）功率驅(qū)動芯片IR2104介紹</p><p>　　在本系統(tǒng)，芯片采用的是IR公司專門為驅(qū)動MOS管設(shè)計的半橋芯片，驅(qū)動能力強(qiáng)，驅(qū)動信號延時短，開關(guān)頻率高。其主要特點是集成度高，所需外部電路少，工作電壓最大600V，電流130/270mA，柵壓范圍10V~20V，開關(guān)時間680/150ns（典型值），死區(qū)時間520ns（典型值）；具有欠壓鎖定功能；單電源工作，高壓側(cè)和低壓側(cè)只需要一路1

51、0~20V電源。其芯片引腳圖如圖3-10所示。</p><p>　　想要正確使用IR2104芯片去驅(qū)動MOS管，最主要的是要看懂工作時序圖，其時序圖如圖3-11所示。</p><p>　　根據(jù)時序圖，可以發(fā)現(xiàn)輸入口除了IN口外，還有一個SD使能信號端，當(dāng)SD=0時，封鎖輸出。當(dāng)SD=1時，正常工作?？梢钥闯鰜?，HO輸出信號與輸入信號IN是同相的，而LO輸出信號與HO是互補(bǔ)的。這樣只要一路P

52、WM信號，就可以很方便的控制同一橋臂的MOS管。</p><p>　　2個IR2104芯片就可以控制4個NMOS管組成的H橋，左右橋臂分別使用一個芯片。通過控制使能端SD，和兩個芯片的IN端口信號，便能控制MOS管的通斷，從而實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速和轉(zhuǎn)向。</p><p>　　由于IR2104自帶硬件死區(qū)，死區(qū)時間是520ns（典型值），所以不用擔(dān)心直臂導(dǎo)通的問題。IR2104的硬件死區(qū)延時時

53、間如圖3-12所示。</p><p><b>　?。?）驅(qū)動電路設(shè)計</b></p><p>　　本驅(qū)動電路設(shè)計的核心就是設(shè)計好自舉電路，左側(cè)橋臂的自舉電路如圖3-13所示，兩側(cè)對稱電路見附錄。</p><p>　　圖3-13 左橋臂自舉電路原理圖</p><p>　　IR2104的工作電壓取12V。D10是自舉二極管，

54、E10和C11是自舉電容，R10、R11是柵極電阻，D11、D12是快速放電二極管，D13、D14是18V穩(wěn)壓管，防止MOS管因為太高的浪涌電壓而擊穿。當(dāng)INL=0時，HO=0，LO=1；下管N2飽和導(dǎo)通，12V電源電壓通過D10、E10、N2對E10進(jìn)行充電。當(dāng)INL=1時，下管關(guān)閉，上管導(dǎo)通。導(dǎo)通瞬間柵源電壓差大約等于12V，滿足N1管飽和導(dǎo)通的電壓條件，當(dāng)N1導(dǎo)通后，N1的S極電壓等于電機(jī)的供電電壓，由于電容不會突變，所以VB端的

55、電壓也會被抬升，VB=VS+12V。只要高端自舉電容的電壓在下管導(dǎo)通，上管關(guān)閉的時間內(nèi)能夠快速充電，達(dá)到12V的電壓，循環(huán)往復(fù)，這樣就能一直滿足VGS=12V，也就能夠使N1管在下管關(guān)閉時也能保持飽和導(dǎo)通。為了使自舉電容兩端電壓能夠滿足開關(guān)管飽和導(dǎo)通所需的條件，要么給自舉回路提供快速充電的通道，所以要么選擇小容量的電容，以提高充電電壓。當(dāng)然，電容的選擇與開關(guān)頻率和占空比也是有關(guān)系的。當(dāng)PWM頻率較低時，N2導(dǎo)通脈寬較寬，自舉電壓容易滿足

56、條件；反之無法自舉。并且PWM的占空比不能達(dá)到100%，否則無法給自</p><p>　　a、自舉電容的選擇最好是選擇漏電流較小的鉭電容。</p><p>　　b、當(dāng)PWM占空比較高時，充電時間短，電容要選擇小一點的。</p><p>　　c、選擇自舉二極管時，要考慮二極管的耐壓，防止N1導(dǎo)通時，電機(jī)側(cè)的高壓串入IR2104的VCC端，燒毀芯片。二極管的恢復(fù)時間也非

57、常重要，這能減小能量的損耗。這里選擇的是快速恢復(fù)二極管UF4007。在MOS管關(guān)閉之前，其柵極電壓必須足夠高，才能保證MOS飽和導(dǎo)通。</p><p>　　d、在MOS管的柵極和驅(qū)動之間串接一個電阻，就是圖3-14的R10和R11。這個叫做“柵極電阻”，其作用是調(diào)節(jié)開關(guān)管的開關(guān)頻率，對開關(guān)管內(nèi)部電容的充放電起限流作用，防止電流過大損壞MOS管內(nèi)部的寄生電容。為了使MOS管能夠快速關(guān)斷，本設(shè)計在“柵極電阻”上反并聯(lián)

58、了一個二極管，如圖3-14的D11、D12。當(dāng)MOS管關(guān)斷時，二極管IN4148導(dǎo)通，將柵極電阻短路從而減少放電時間，使MOS管快速放電，更加了保證了上下橋臂不會同時導(dǎo)通。此外在電機(jī)電源處加了一個去耦電容E3，保證電源穩(wěn)定。</p><p><b>　　3.7 測速模塊</b></p><p>　　本設(shè)計測速采用的是U型光電測速傳感器模塊，如圖3-14所示。此模塊工作

59、電壓是3.3V-5V，比較器輸出波形，信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強(qiáng)，超過15mA。輸出形式是開關(guān)量0和1。實際使用的方法是制作一個圓形碼盤，在上面剪一個缺口，然后固定在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)式，就會測到一系列脈沖，通過脈沖就可以計算轉(zhuǎn)速[16]。模塊的使用說明如下：</p><p>　?。?）U型凹槽中無遮擋時，接收二極管導(dǎo)通，端口D0輸出低電平，U型凹槽中有遮擋時，D0口輸出高電平。</p><

60、;p>　?。?）D0輸出接口可以與單片機(jī)IO口直接相連，本設(shè)計是接到外部中斷1端口處，可以測得轉(zhuǎn)速脈沖。</p><p>　　（3）VCC接電源，GND接地，A0不接。</p><p>　　3.8 按鍵和顯示電路設(shè)計</p><p>　　在控制系統(tǒng)中，通過顯示輸出，能實時知道系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過人工輸入，可以隨時調(diào)整系統(tǒng)所需的參數(shù)。所以本系統(tǒng)加入了按鍵輸入和轉(zhuǎn)

61、速顯示環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.8.1 按鍵電路設(shè)計</p><p>　　電機(jī)的起動、停止、正反轉(zhuǎn)、階躍給定調(diào)速和諧波給定調(diào)速都是通過獨(dú)立按鍵控制，采用掃描按鍵處理方式。9個按鍵分別接到單片機(jī)的IO口，當(dāng)某個按鍵按下時，就會產(chǎn)生相應(yīng)的按鍵程序。按鍵電路原理圖如圖3-15所示：</p><p>　　圖3-15 按鍵電路原理圖</p><p&g

62、t;　　3.8.2 顯示電路設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計使用的是LCD1602液晶顯示，其功能簡單，使用方便。顯示的內(nèi)容為，即可以顯示兩行，每行16個字符顯示，因為本系統(tǒng)只需要顯示轉(zhuǎn)速和占空比，所以2行顯示的已經(jīng)足夠使用了。而且，LCD1602內(nèi)部有一些常用的字符，可以方便本設(shè)計的使用[11]。本設(shè)計的LCD1602原理圖如圖3-16所示。各端口與單片機(jī)IO口相連。</p><p>　

63、　具體引腳功能說明如表3-3所示：</p><p>　　表3-3 LCD1602引腳說明</p><p>　　單片機(jī)的P2.5與RS相連，P2.6與R/W相連，P2.7與E相連。當(dāng)使能端使能時，再通過命令選擇端來控制寫命令、寫數(shù)據(jù)?？刂瓶赑0與LCD1602的數(shù)據(jù)端口相連，傳輸數(shù)據(jù)。通過按鍵調(diào)整PWM占空比大小，并將其顯示在LCD1602上，轉(zhuǎn)速通過外部中斷測脈沖，在單片機(jī)里面處理后將轉(zhuǎn)速

64、也顯示在LCD1602上。</p><p>　　4 調(diào)速系統(tǒng)程序軟件設(shè)計</p><p>　　控制系統(tǒng)如果僅有硬件，是完全不夠的，還需要有軟件的控制才能是一個完整的控制系統(tǒng)。軟件可以說是一個系統(tǒng)的靈魂，如果軟件設(shè)計處理不好，硬件做得再好也是無用武之地。本系統(tǒng)設(shè)計軟件采用順序結(jié)構(gòu)。主要包括初始化、按鍵、PWM脈寬調(diào)節(jié)、測速、以及顯示模塊。</p><p><b&

65、gt;　　4.1 主程序設(shè)計</b></p><p>　　本程序的功能是通過調(diào)用各個子程序，使程序循環(huán)運(yùn)行，以達(dá)到控制電機(jī)啟停、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)、測速、顯示的功能。本系統(tǒng)的各個功能模塊都是通過調(diào)用子程序和中斷函數(shù)來實現(xiàn)的。其主程序流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 初始化子程序</p>

66、<p>　　初始化是一個系統(tǒng)正常運(yùn)行所不可或缺的。本系統(tǒng)的PWM波形是由定時器T2產(chǎn)生的，T1控制諧波的間隔[17]，外部中斷1和T0用來測轉(zhuǎn)速脈沖和1S定時脈沖間隔，以便計算出轉(zhuǎn)速，可見，要使這些定時器都能夠正常工作，各個定時器是必須要進(jìn)行初始化的。LCD1602也需要初始化，這是顯示器正常工作的前提。當(dāng)然，還有各個端口、參數(shù)也是必須初始化的，不然影響系統(tǒng)正常工作。初始化流程圖如圖4-2所示：</p><

67、;p>　　圖4-2 初始化流程圖</p><p>　　4.3 按鍵與顯示子程序設(shè)計</p><p>　　4.3.1 顯示子程序</p><p>　　顯示子程序分為兩個部分，分別為轉(zhuǎn)速顯示和占空比顯示，其中轉(zhuǎn)速顯示是動態(tài)的，占空比是靜態(tài)的。</p><p>　　（1）動態(tài)轉(zhuǎn)速顯示。當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)行時，開啟外部中斷1，通過U型光電傳感器測得轉(zhuǎn)

68、速脈沖Z，將Z送入單片機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的計算并將其顯示出來。本設(shè)計自制的碼盤是在圓盤上用剪刀剪一個切口，所以電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周就是一個脈沖。由于我們習(xí)慣將T用秒為單位，實際使用也是以1S為一個周期測量電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖并進(jìn)行轉(zhuǎn)速計算的，而轉(zhuǎn)速是的單位是rad/min，所以實際轉(zhuǎn)速為N=60*1/T。其中1秒的定時是使用的T1定時器，定時器50ms中斷一次，當(dāng)中斷次數(shù)count1==20時，也就是1S時間到了，便將這1S內(nèi)測得轉(zhuǎn)速脈沖Z進(jìn)行計算，得出

69、轉(zhuǎn)速，其流程圖如圖4-3左半部分所示。</p><p>　　（2）靜態(tài)占空比顯示。為了可以精確的知道我們調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時對應(yīng)的占空比是多少，設(shè)置占空比顯示是很有必要的。因為占空比是一個靜態(tài)的值，并不需要隨系統(tǒng)實時改變，所以在掃描按鍵時就可以將占空比確定下來，本系統(tǒng)將PWM分成了50份，調(diào)節(jié)占空比大小的中間比較值是pluse。為了使占空比可以顯示在1-100%的范圍，本設(shè)計將PWM份數(shù)、pluse值各乘以2，每次調(diào)節(jié)間隔

70、是2%的占空比。其流程圖如圖4-3右半部分所示：</p><p>　　圖4-3 顯示子程序流程圖</p><p>　　4.3.2 按鍵處理程序</p><p>　　根據(jù)硬件電路的設(shè)計，本系統(tǒng)控制主要有正轉(zhuǎn)（帶啟動）、反轉(zhuǎn)（帶啟動）、加速、減速、停止5個控制按鍵。由于階躍給定PWM信號給定時，電機(jī)起動的時候電流相對較大，對系統(tǒng)沖擊較大，尤其是換向時尤為明顯，對于一些不

71、需要快速起動和快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)來說這種情況會影響系統(tǒng)工作的穩(wěn)定[18]。所以本設(shè)計系統(tǒng)另外設(shè)置了4個諧波給定的按鍵，PWM設(shè)定值為A，時間間隔由定時器T0中斷產(chǎn)生，通過比較實時T2產(chǎn)生的PWM占空比設(shè)定值pluse與A的大小關(guān)系，自動調(diào)節(jié)占空比數(shù)值，讓其逼近設(shè)定值A(chǔ)。流程圖如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 按鍵子程序流程圖</p><p>　　4.4 PWM脈寬調(diào)節(jié)程序設(shè)計&

72、lt;/p><p>　　4.4.1 階躍PWM脈寬調(diào)節(jié)</p><p>　　本設(shè)計的PWM信號是由單片機(jī)產(chǎn)生的，由于T2帶有16位重裝載功能，定時較為精準(zhǔn)，所以本設(shè)計選用T2定時器產(chǎn)生PWM。本設(shè)計用到的PWM調(diào)速方法是定頻調(diào)寬法，也就是說頻率是固定的，但是占空比是可以調(diào)整的，也就是通過調(diào)節(jié)PWM的高電平持續(xù)時間來改變占空比的大小。其流程圖如圖4-5所示。具體實現(xiàn)方法如下：</p>

73、<p>　　（1）設(shè)定一個中斷計數(shù)變量time和脈寬調(diào)節(jié)變量pluse。time和pluse變量值范圍0-50，初始狀態(tài)time==0，pluse==10。然后對單片機(jī)T2定時器進(jìn)行設(shè)置，RCAP2H=0xff，RCAP2L=0x0e7，即定時25us中斷一次，中斷滿50次時初始化time值，所以周期時間固定為1250us，也就是頻率為800Hz。每中斷一次，time自加1。</p><p>　?。?/p>

74、2）第一個周期保持低電平，給下管充電，防止了電機(jī)不正常啟動。第一個周期結(jié)束時令time==0，PWM=1。后面對time和pluse進(jìn)行比較（假定此時獨(dú)立按鍵都沒有操作，pluse值保持不變），當(dāng)time小于pluse時，PWM引腳輸出高電平脈沖波形信號；當(dāng)time==pluse時，PWM引腳輸出低電平。如此循環(huán)往復(fù)，就形成了可調(diào)的PWM信號。</p><p>　?。?）最后可以通過控制獨(dú)立按鍵來調(diào)節(jié)pluse值

75、的大小，或加或減，也就能相應(yīng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。</p><p>　　圖4-5 階躍調(diào)速子程序流程圖</p><p>　　4.4.2 諧波PWM脈寬調(diào)節(jié)</p><p>　　設(shè)置諧波PWM調(diào)速的原因在4.3.2節(jié)已經(jīng)解釋過，所以這里不再單獨(dú)說明。主要說說諧波控制的原理與方法。諧波調(diào)速的調(diào)速過程有點類似與變頻器的調(diào)速，是一種勻速加或勻速減的過程。這里通過設(shè)置一個給定值A(chǔ)

76、，讓PWM占空比設(shè)定值pluse與A進(jìn)行比較，如果pluse小于A，則在T0定時中斷延時下勻速讓pluse自加1，反之自減1。最終讓pluse逼近給定值A(chǔ)。</p><p>　　關(guān)于諧波給定下的反轉(zhuǎn)，為了讓電機(jī)能夠勻速減速到占空比為0，然后電機(jī)轉(zhuǎn)向，再勻速逼近給定占空比，本系統(tǒng)所設(shè)計的方法如下：</p><p>　　將反轉(zhuǎn)按鍵的A值設(shè)置為負(fù)數(shù)，這樣A恒小于pluse，一開始就會使pluse

77、勻速自減1。當(dāng)pluse減到0時，也就是占空比為0時，將電機(jī)轉(zhuǎn)向邏輯控制位LSD、RSD和A值取反。這樣不僅電機(jī)轉(zhuǎn)向了，由于A取反了，變?yōu)檎?，此時A大于pluse,也導(dǎo)致了pluse又開始勻速自加1到給給定值A(chǔ)。這樣電機(jī)就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向，且不會有很大的沖擊電流和起動電流。流程圖如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 諧波PWM調(diào)速流程圖</p><p>　　Keil uVision4

78、程序調(diào)試界面如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 Keil 4調(diào)試界面圖</p><p>　　4.5 測轉(zhuǎn)速脈沖程序設(shè)計</p><p>　　為了測得電機(jī)的實時轉(zhuǎn)速，本系統(tǒng)設(shè)計了電機(jī)的測速模塊與程序。轉(zhuǎn)速測量有M法、T法、M/T法。因為本設(shè)計使用的是單片機(jī)的定時器T1和外部中斷1測速的，綜合實際情況考慮，選擇用M法測速[19]。M法測速的工作原理其實很簡單

79、，就是在一個固定的時間T內(nèi)測出U型測速傳感器的測速脈沖，用測到的脈沖數(shù)來計算平均轉(zhuǎn)速，這里使用的是單片機(jī)的外部中斷1測得的脈沖。其流程圖如圖4-8所示：</p><p>　　圖4-8 測轉(zhuǎn)速脈沖子程序流程圖</p><p><b>　　5 實驗研究</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計的是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速方法采用了現(xiàn)在最普遍的PWM斬波

80、技術(shù)，可以實現(xiàn)直流電機(jī)較大范圍的平滑調(diào)速[20]。隨著電子集成芯片技術(shù)的快速發(fā)展，如今有許多電機(jī)專用的集成驅(qū)動芯片，如LN298N雖然使用簡單、方便，但是驅(qū)動電流較小，而且驅(qū)動電機(jī)時電壓在三極管上降落很多[21]，導(dǎo)致電機(jī)的工作狀態(tài)不理想。為了解決這個問題，本文設(shè)計了獨(dú)立的H橋電路，開關(guān)管選擇的NMOS管IRF540，因為MOS管飽和導(dǎo)通時的導(dǎo)通電阻非常小，一般是毫歐級別的，而且MOS管能通過的電流較大，相對L298N來說，優(yōu)勢是很明顯

81、的。因此，可以用4個NMOS管搭成的H橋驅(qū)動較大功率的電機(jī)，而且電壓損失小。</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)的數(shù)據(jù)手冊，可以得知其驅(qū)動能力是非常弱的，很明顯，單片機(jī)IO口是無法直接驅(qū)動MOS管的，所以在單片機(jī)與H橋之間必須加入一個功率放大的驅(qū)動電路?，F(xiàn)在常用的半橋驅(qū)動芯片有IR2110和IR2130。IR2110的驅(qū)動能力滿足本設(shè)計的要求，但是本設(shè)計所使用AT89S52單片機(jī)內(nèi)部不帶有生成互補(bǔ)帶死區(qū)PWM信號的功

82、能，如果再設(shè)計一個RC延時電路來產(chǎn)生死區(qū)，不僅調(diào)試難度大，而且死區(qū)不穩(wěn)定，信號容易產(chǎn)生漂移[22]，所以不采用這個方案；IR2130內(nèi)部自帶2us左右的死區(qū)延時時間[23]，雖然也滿足本系統(tǒng)的要求，但是其有6路輸出，可以用來驅(qū)動6個MOS管，用于三相電機(jī)驅(qū)動是不錯的選擇，但是本設(shè)計的H橋電路只需要控制4個MOS管，選擇IR2130就顯得大材小用了，所以也不予考慮。通過查找IR系列半橋驅(qū)動芯片的數(shù)據(jù)手冊和相關(guān)論文、期刊，本設(shè)計最終選擇了I

83、R2104驅(qū)動芯片，其不僅可以通過一路輸入，輸出兩路互補(bǔ)的PWM信號，而且內(nèi)部自帶了520ns（典型值）的死區(qū)延時，完全符合本設(shè)計的要求，所以最終選定了IR2104驅(qū)動芯片。</p><p>　　選對了工具，也需要配合正確的硬件電路，才能是整體功能正常實現(xiàn)。用IR2104搭成的自舉驅(qū)動電路，核心是自舉二極管以及自舉電容的選擇，關(guān)于如何選擇，正文已經(jīng)有介紹，這里便不再述說了。</p><p>

84、;　　5.1 硬件電路實物</p><p>　　圖5-1是本設(shè)計的完整實物圖?？梢钥闯觯驹O(shè)計將驅(qū)動部分和控制部分分成了兩個部分，結(jié)構(gòu)清晰，靈活性強(qiáng)。本設(shè)計所使用的直流電機(jī)工作電壓是12~36V，空載電流0.5A左右。左邊的電路是驅(qū)動電路，右邊是控制電路，可以很明顯的看到4個散熱片，那便是搭建H橋電路所使用的4個NMOS管。</p><p>　　圖5-1 硬件實物圖</p>

85、<p><b>　　5.2 波形測試</b></p><p>　　本系統(tǒng)的控制核心是使單片機(jī)產(chǎn)生一路PWM信號和2路控制信號，經(jīng)過邏輯驅(qū)動芯片74HC00后使控制信號清晰，簡單，最后74HC00只輸出兩路控制信號L和R，這兩個信號經(jīng)過光耦隔離之后，L信號控制左側(cè)橋臂MOS管，R信號控制右側(cè)橋臂MOS管。驅(qū)動芯片的使能信號SD單獨(dú)從單片機(jī)IO口引出。控制信號和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系如表5-

86、1所示：</p><p>　　表5-1 控制信號與電機(jī)狀態(tài)關(guān)系</p><p>　　（1）為方便測試驅(qū)動芯片的輸入信號波形和邏輯關(guān)系是否正確，以及便于實驗的調(diào)試，我在輸入端添加了測試點。通過示波器，觀察測量了L和R的波形圖，發(fā)現(xiàn)兩路信號的邏輯關(guān)系與表5-1所預(yù)想的結(jié)果是一致的。在邏輯關(guān)系正確的基礎(chǔ)上，通過本系統(tǒng)所設(shè)計的按鍵模塊，實現(xiàn)了PWM信號占空比的可調(diào)，其實驗結(jié)果如圖5-2和5-3所示

87、：（其中L接CH1、R接CH2）</p><p>　　圖5-2 正轉(zhuǎn)時IR2104輸入端信號波形關(guān)系</p><p>　　圖5-3 反轉(zhuǎn)時IR2104輸入端信號波形關(guān)系</p><p>　?。?）H橋同一橋臂的上下兩個管子是不能夠在同一時間內(nèi)導(dǎo)通的，必須互補(bǔ)導(dǎo)通，而且要帶有一定延時的死區(qū)時間，否則會短路，燒毀管子。由于本設(shè)計的死區(qū)時間是由IR2104內(nèi)部硬件電路產(chǎn)生

88、的，而且學(xué)校的示波器兩個通道的地是內(nèi)部接到一起的，測量上下管的死區(qū)時只能同一個參考地測量，電壓相差了大約15V左右，實測死區(qū)延時對比數(shù)據(jù)手冊，存在一定的誤差。實際測量的波形如圖5-4所示：（CH1接上管G極，CH2接下管G極，參考地接左橋臂的VS）</p><p>　　圖5-4 互補(bǔ)帶死區(qū)的PWM波形圖</p><p>　?。?）要使自舉電路能夠正常自舉工作，還要注意調(diào)速系統(tǒng)工作時自舉電容

89、兩端的平均電壓是否保持在10-20V之間，本系統(tǒng)設(shè)計的驅(qū)動電源是12V，理論上，自舉電容兩端電壓是11V左右。最后通過示波器觀測自舉電容兩端的波形，是一個快速充放電的波形圖，平均電壓在10.6V左右，符合預(yù)期的效果。波形如圖5-5所示：</p><p>　　圖5-5 自舉電容充放電波形</p><p><b>　　5.3 測速及顯示</b></p>&l

90、t;p>　　測速硬件電路用的是U型測速傳感器模塊，顯示用的是LCD1602。轉(zhuǎn)速顯示是每秒刷新一次，占空比是靜態(tài)的，根據(jù)相應(yīng)的按鍵進(jìn)行設(shè)置。由于單片機(jī)內(nèi)部處理時間較慢，測量轉(zhuǎn)速脈沖和計算轉(zhuǎn)速時會存在一定的誤差。其實際使用安裝及顯示的轉(zhuǎn)速和占空比如圖5-6所示：</p><p>　　圖5-6 測速與顯示模塊實物圖</p><p>　　測速原理是采集信號脈沖。本設(shè)計在自制的碼盤上開了一個

91、小口，當(dāng)電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動時，傳感器的DO輸出口能產(chǎn)生連續(xù)的脈沖信號，將信號輸入單片的外部中斷1端口，設(shè)置下降沿的中斷方式，便能夠通過檢測到的脈沖信號去測量轉(zhuǎn)速。傳感器測得的方波信號如圖5-7所示：</p><p>　　圖5-7 測速脈沖信號波形圖</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p><b>　　6.1 工作總結(jié)&

92、lt;/b></p><p>　　本設(shè)計通過查閱相關(guān)資料，研究設(shè)計了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件和軟件部分。在研究的過程中主要解決了以下幾個方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）通過閱讀大量的文獻(xiàn)和期刊，了解了電機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展史，對直流電機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的了解。</p><p>　　（2）以51單片機(jī)為主控芯片進(jìn)行了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計，其中硬件

93、電路部分包括單片機(jī)模塊、驅(qū)動電路、測速電路、按鍵顯示電路。</p><p>　?。?）根據(jù)硬件電路設(shè)計了軟件程序，使用keil軟件用C語言編程。包括了初始化程序、按鍵程序、PWM脈寬調(diào)節(jié)程序、測速程序、顯示程序。</p><p>　?。?）在上述工作的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量實驗和調(diào)試，本系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的效果，證明了本設(shè)計采用的PWM調(diào)速方式和IR2104設(shè)計的自舉驅(qū)動電路的可行性。&l

94、t;/p><p><b>　　6.2 不足和展望</b></p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計雖然達(dá)到了設(shè)計的要求，但由于本人的實際經(jīng)驗和學(xué)識水平有限，還有一些小問題需要改進(jìn)：</p><p>　　（1）本系統(tǒng)的測速模塊采用的是U型光電測速傳感器，測速方法采用的是M法測速，且碼盤是手工制作，精度與準(zhǔn)度都存在瑕疵。另外，由于單片機(jī)本身的處理速度較慢，一個

95、周期就是1us，當(dāng)采用定時器產(chǎn)生可調(diào)PWM時，開關(guān)頻率上限難以提高。</p><p>　?。?）利用更高級的單片機(jī)處理器，加快處理速度，并采用閉環(huán)反饋，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的精度和實用性。由于本人研究水平有限，此問題待以后研究。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王惠平.基于DSP的直流電機(jī)調(diào)速、測速系統(tǒng)設(shè)計[J].青海

96、大學(xué)學(xué)報(自然科版),2011,06:28-32.</p><p>　　李美艷.基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2016,22:158-160.</p><p>　　錢雨曄.直流電機(jī)調(diào)速與測速系統(tǒng)設(shè)計[J].電子世界,2013,17:139+142.</p><p>　　楊靖.用單片機(jī)控制的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)床電器,2008,01:4

97、5-47.</p><p>　　陳波.一種實用的晶閘管調(diào)速電路[J].電工技術(shù)雜志,1992,03:25-26.</p><p>　　李紅麗,邴曉瑛,陳龍,柴先濤,劉廣.基于光電傳感技術(shù)的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)[J].大眾科技,2011,09:39-40.</p><p>　　李文強(qiáng),張榮剛.關(guān)于直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理分析[J].科協(xié)論壇(下半月),2011,06:34-3

98、5.</p><p>　　戴宇辰.淺析直流電機(jī)基本原理及其無擺動原因與對策[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2011,01:191-192.</p><p>　　姜樹杰.直流調(diào)速系統(tǒng)智能控制策略研究[D].天津大學(xué),2005.</p><p>　　焦玉朋.基于51單片機(jī)的PWM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)[D].內(nèi)蒙古大學(xué),2013.</p><p>　　陳京培,徐

99、永梅.基于AT89S52單片機(jī)的液晶顯示控制電路設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,22:22-25.</p><p>　　王之道,周靖,劉旭.一種基于AT89C2051單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速裝置[J].機(jī)械工程與自動化,2009,05:151-152+155.</p><p>　　陳京培.AT89S52單片機(jī)實驗系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[D].江南大學(xué),2007.</p><p

100、>　　袁濤.H橋功率驅(qū)動電路的設(shè)計研究[D].電子科技大學(xué),2006.</p><p>　　張小鳴,盧方民.基于IR2110的H橋可逆PWM驅(qū)動電路應(yīng)用[J].常州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,04:68-72.</p><p>　　茹占軍.謝家興.基于AT89S52單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].軟件導(dǎo)刊,2010,08:106-107.</p><p&

101、gt;　　劉連鑫,胡琦.MCS-52單片機(jī)的捕捉功能及應(yīng)用[J].山東工程學(xué)院學(xué)報,2000,02:76-78.</p><p>　　鄧燦,張森林.一種新的無刷直流電機(jī)起動方法[J].微電機(jī)(伺服技術(shù)),2002,06:29-31+60.</p><p>　　王翔.趙香桂.基于DSP2812的三種電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法研究[J].電氣傳動自動化,2011,01:54-57+61.</p&g

102、t;<p>　　王瑞蘭,馬守忠.單片機(jī)控制的PWM斬波式交流穩(wěn)壓電源的設(shè)計[J].商場現(xiàn)代化,2006,21:8-9.</p><p>　　孫緒才.L298N在直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].濰坊學(xué)院學(xué)報,2009,04:19-21.</p><p>　　褚旭陽,胡志鵬,許世明.基于RC延時斬波原理的脈沖電源設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2015,23:82-84+91.&

103、lt;/p><p>　　謝運(yùn)祥.IR2130驅(qū)動器及其在逆變器中的應(yīng)用[J].微電機(jī)(伺服技術(shù)),2001,02:50-52.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在我論文的選題、開題到成文全過程，得到導(dǎo)師劉金海老師的悉心指導(dǎo)，特此感謝。劉老師學(xué)識淵博，經(jīng)驗豐富，給我提供了非常多寶貴的指導(dǎo)意見，而且劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘

104、我的工作精神，給我留下了非常深刻的印象。在他的指導(dǎo)下，我得到了非常大的提高。在此謹(jǐn)向?qū)煴硎居芍缘母兄x。</p><p>　　我還要感謝在我課題的研究和論文的撰寫過程中給我提供幫助的同學(xué)，在我研究和實驗的過程中，他們給了我大力的幫助，使我度過重重困難。</p><p>　　最后，要感謝我的家人，我能順利完成學(xué)業(yè)，離不開他們的支持。 </p><p><b>

105、;　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一：器件清單</b></p><p><b>　　附表1器件清單</b></p><p><b>　　附錄二：原理圖</b></p><p><b>　　附表2原理圖</b></p>