直流电动机毕业论文.doc

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1、目录1 绪论.31.1 引言31.2 直流电动机的调速发展：31.3 直流电机的调速方法：41.3.1 调节电枢供电电压U.41.3.2 改变电动机主磁通41.3.3 电枢回路串电阻调速.42 系统方案论证62.1 系统总方案及选择62.2 设计模块方案比较与分析72.2.1 电动机调速控制模块.72.2.2 PWM调速工作方式73 硬件部分93.1 单片机的选择93.1.1 主要特性.93.1.2 管脚说明.113.2 PWM控制技术113.2.1 直流电机PWM调速原理.113.2.2 计时器/计数器.123.3 驱动电路133.3.1 芯片封装图.133.3.2 芯片内部原理图.143.

2、3.3 工作原理143.3.4 L298引脚号与功能143.3.5 L298的逻辑功能.143.3.6 驱动电路接线图.153.4 PWM控制电路153.4.1 LM629结构图.153.4.2 LM629接线图.1735 系统原理图183.6 检测回路183.7 按键及显示电路203.7.1 按键功能203.7.2 显示电路203.8 震荡电路223.9 模块的的原理与应用223.9.1 PWM脉宽方式223.9.2 定时器/计数器.223.10 电源电路设计234 软件设计244.1 忙状态检查模块244.2 LM629复位模块244.3 数字PID控制模块254.4 系统操作流程图275

3、 总结29附录A 电路设计原理图30附录B PCB图31附录C 程序部分32参考文献47致 谢491 绪论1.1 引言直流电动机的定义：直流电动机是将直流电能转换成机械能的电动机。目前，自动化控制系统在各行各业都得到了广泛的应用和发展，其中，直流调速系统更是在现代化生产中起着重要作用。无论是工农业生产、国防、医疗卫生、交通运输、航天航空、还是在日常生活中的家用电器都大量的使用了电气传动系统，车辆，电梯，机床等电气系统都有提调速要求。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要进行调速控制为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速。电机调速系统由控制部分、功率部分和电动机三大部分组成。1957年，

4、晶闸管问世，到20世纪60年代，已产生出成套的晶闸管整流装置，使变流技术产生了根本性的变革。同时，控制电路实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流电机脉冲宽度调制系统PWM产生于20世纪70年代中期，最早用于不可逆、小功率驱动。近十多年来，由于晶体管器件水平的提高和电路技术的发展，同时又因出现了宽调速永磁直流电机。他们之间的结合促使PWM技术高速发展。为设计高性能直流控制系统提供了基础1。本文利用STC12C5A60S2单片

5、机为核心,研究设计了一套基于STC12C5A60S2单片机的直流电机PWM调速系统。从直流调速系统原理出发，逐步建立了PWM调速系统的数学模型。用微机硬件和软件发展的最新成果，探讨一个将微机和电力拖动控制相分展开研究，它包括对实现控制所需要的硬件和软件的探讨。1.2 直流电动机的调速发展： 直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机电

6、动机(也称为旋转变流组)配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等。特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积设备较多、体积大、费用高、效率低、安装需要地基、运行有噪声、维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速

7、响应性是发电机电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力2。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(1000)高10倍;在快速响应性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。因

8、此，目前在直流调速系统中，除某些特大容量的设备而且供电电路容量较小的情况下，仍有采用机组供电、晶闸管励磁系统以外，几乎绝大部分都已改用晶闸管相控整流供电了3。随着微电子技术的发展，微机功能的不断提高以及电力电子、计算机控制技术的发展，电气传动领域出现了以微机为核心的数字控制系统。计算机的发展可以使复杂的控制规律较方便的实现，以计算机为核心的数字控制技术成为自控领域的主流，也给直流电气传动的发展注入了新的活力，使电气传动进入了更新的发展阶段。1.3 直流电机的调速方法：1.3.1 调节电枢供电电压U 改变点数电压主要是从额定电压往下降点数电压， 从电动机额定转速往下变速，属恒转矩调速方法。对于要

9、求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。1.3.2 改变电动机主磁通 改变磁通可以实现无极平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。变化时间遇到的时间常数同遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小4。1.3.3 电枢回路串电阻调速 电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有极调速调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会再调速电阻上消耗大量电能。本文主要研究了利用STC12C5A60S2单片机，通过PWM方式控制直流

10、电机调速的方法。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一5。本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。2 系统方案论证2.1 系

11、统总方案及选择 方案一：直接加直流电源来控制电机的转动速度；根据电动机在其额定电压时，电动机有一定的额定转速。根据其输入电压的减小，其转动速度也相应的减小。从而在传统的改变电动机的转速问题中，就是利用所给电动机的电压的不同，而达到人们所需要的大约速度。 方案二：以单片机STC12C5A60S2为中心通过D/A转换器,将单片机数字量转换为模拟量，从而起到控制电动机的转速问题。其中在单片机控制部分通过按键直接从程序中调出所需要速度的值，同时输到数码显示部分和D/A转换部分以实现电动机的调速6。89c52单片机D/A0832转换电动机液晶显示键盘 图2.1 电路组成框图方案三：采用STC12C5A6

12、0S2单片机进行控制。本设计需要使用的软件资源比较简单，只需要完成编码器采样部分、键盘控制部分以及显示输出功能。采用STC12C5A60S2进行控制比较简单、易控制、可靠性高、抗干扰能力强、精度高且体积大大减小。输出速度的调节是通过键操作，显示速度。STC12C5A60S2是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器.具有8K字节可编程闪烁存储器,可擦除的的只读存储器(PEROM), ATMEL的STC12C5A60S2是一种高效微控制器. STC12C5A60S2单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案. 三级程序存储器锁定、256*8位内部

13、RAM、32可编程I/O线、三个16位定时器/计数器、8个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和 电模式、片内振荡器和时钟电路。电路框图如图二：显示LM629驱动电路电动机单片机增量式光电编码盘键盘 图2.2 电路组成框图方案分析：方案一只能以减小所给电压值而能使电动机的转速有相应的减小，此方案操作性差且不安全。方案二不能及时的从电动机那里得到相应的转动速度，而是直接从程序哪儿调用相应的数值给数码显示。所以，此处的电路在速度的显示上失去了其真实性。方案三在可操作性与实时性方面都都结合了本专业特点，从控制理论与控制技术出发，充分发挥与应用本学科特点。所以，设计采用方案三。2.2 设计模块方案比较

14、与分析2.2.1 电动机调速控制模块方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难7。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H

15、型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术9。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。2.2.2 PWM调速工作方式方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制中，应用相对简单易于实现与操作，所以我们采用了单极性工作制。3 硬件

16、部分3.1 单片机的选择STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏景科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/s，即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。3.1.1 主要特性1. 增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统80512. 工作电压：5.5V-3.5V（5V单片机）3. 工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz4. 用户应用程序空间8K/16

17、K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节5. 片上集成1280字节RAM6. 通用I/O（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双口口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片8. 有EEPROM功能9. 看门狗10. 内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻

18、到地11. 外部掉电路检测电路：在P4.6 口有一个抵押门槛比较器，12. 时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器（温漂为正负5%到10%），用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHZ-17MHZ，3.0V单片机为：8MHZ-12MHZ，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准13. 共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计时器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但又独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可在实现2个16位定时器

19、14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.5/T1输出时钟15. 外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并新增支持上升沿中断的PCB模块，Power Down 模块可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，rXd/P3.0，CCP0/P3.1，CCP1/P1.416. PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）-也可用来当2路D/A使用-也可用来再实现2个定时器-也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)17. A/D转换,10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)

20、18. 通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)20.工作温度范围：-40 +85(工业级)/0 75(商业级)21.封装：LQFP-48, LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, QFN-40I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口,还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还

21、多了串口。图3.1单片机芯片3.1.2 管脚说明P0.0P0.7 P0：P0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0A7，数据线D0D7 P1.0/ADC0/CLKOUT2 标准IO口、ADC输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出P1.1/ADC1P1.2/ADC2/ECI/RxD2标准IO口、ADC输入通道2、PCA计数器的外部脉冲输入脚，第二串口数据接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD2外部信号捕获，高速脉冲输出及脉宽调制输

22、出、第二串口数据发送端P1.4/ADC4/CCP1/SS非SPI同步串行接口的从机选择信号P1.5/ADC5/MOSI SPI同步串行接口的主出从入(主器件的输入和从器件的输出)P1.6/ADC7/SCLK SPI同步串行接口的主入从出P2.0P2.7 P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口（8位准双向口），也可作为高8位地址总线使用P3.0/RxD 标准IO口、串口1数据接收端P3.1/INT0非外部中断0，下降沿中断或低电平中断P3.3/INT1 P3.4/T0/INT非/CLKOUT0 定时器计数器0外部输入、定时器0下降沿中断、定时计数器0的时钟输出3.2 PWM控制技术PWM是Pu

23、lse Width Modulation的缩写,即脉冲宽度调制,是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值). 调速可分为直流调速和交流调速。尽管直流电机比交流电机结构复杂、成本较高、维修保养贵，但是其调速性能好，所以在调速传动领域中一直占主导地位10。3.2.1 直流电机PWM调速原理图3.2 PWM调速原理所谓脉冲宽度调制是指用改变电机电枢电压接通与断开的时间的的占空比来控制电机转速的方法，称为脉冲宽度调制(PWM)11。对于直流电机调速系统，使用FPGA进行调速是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压导通时间与通电时间的比值（即占空比）来控制电机速度。PWM

24、调速原理如图4所示。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制12。设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为 Vd=VmaxD式中，Vd电机的平均速度 Vmax电机全通时的速度（最大） D=t1/T占空比 平均速度Vd与占空比D的函数曲线，如图3.3所示。图3.3 平均速度和占空比的关系由图3.3所示可以看出，Vd与占空比D并不是完全线性关系（图中实线），当系统允许时，可以将其近似地看成线性关系（图中虚线）。因此也就可以看成电机电枢电压Ua与占空比D成正比，改变占空比的大

25、小即可控制电机的速度12。3.2.2 计时器/计数器由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为f，定时器计数器为N位，则定时器初值与定时时间的关系为：式中，TW定时器定时初值；N一个机器周期的时钟数。N随着机型的不同而不同。在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。这样，我们可以通过设定不同的定时初值TW，从而改变占空比，进而达到控制电机转速的目的13。3.3 驱动电路L29

26、8N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机14。3.3.1 芯片封装

27、图 图3.4 芯片管教图3.3.2 芯片内部原理图 图3.5 芯片内部结构图3.3.3 工作原理当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时,电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;IN1与IN2相 同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。在对直流电动机电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式15。半导体功率器件工作在线性区优点是控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小，缺点为功率器件工作在线性区，功率低和散热问题严重。开3.3.4 L29

28、8引脚号与功能 表1. 引脚与功能引脚功能SENSA、SENSB分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地END、ENB使能端，输入PWM信号IN1、IN2、IN3、IN4输入端，TTL逻辑电平信号OUT1、OUT2、OUT3、OUT4输出端，与对应输入端同逻辑VCC逻辑控制电源，4.5-7VVSS电机驱动电源，最小值需比输入的低电平高电压GND地3.3.5 L298的逻辑功能 表2. 逻辑功能表IN1IN2END电机状态XX0停止101顺时针011逆时针000停止110停止3.3.6 驱动电路接线图图3.6 驱动电路接线图3.4 PWM控制电路 本设计采用专用运动控制处理芯片LM629，

29、LM629是美国国家半导体共识的产品，他是全数字式控制的专用运动控制处理器。通过一片单片机 一片LM629 一片功率驱动器 一台直流电动机 一个增量式光电编码盘就可以构成一个伺服系统。LM629N是NMOS结构，采用28引脚双列直插式封装，使用6MHZ或8ZHZ时钟频率和5V电源工作。它适用于直流电机及其他可提供增量式位置反馈信号的伺服机构，可完成高性能数字式运动控制所需的的集中、实时的计算任务，提供8位的PWM调制信号和方向信号直接驱动桥式电路16。通过8位I/O口及5根控制线与微控制器通信，控制其内部的PID调节器及梯形速度发生器。增量式编码器提供闭环控制所需的反馈信号，梯形图发生器计算出

30、位置或速度模式下所需控制的运动轨迹。所有的运动参数均可在运动过程中加以改变。LM629的使用大大简化了系统的硬件和软件，提高了系统的运行速度和可靠性。3.4.1 LM629结构图图3.7 LM629管脚示意图表3.LM629各管脚名称及其功能引脚名称功能描述1/IN接收从增量编码器来的标记(index)信号(标记信号为低)。该引脚如果不使用，必须置高。当引脚1，2和3为低电平时读取INDEX位置。2-3A、 B接收从增量编码器来的两个正交信号。当电机正转时，2脚信号应超前于3脚信号90度。4-11D0-D7连接主计算机或处理器的I/O口。通过控制/cs（12脚）、/ps（16脚）、/rd（13

31、脚）和WR（15脚）的高低电平可向lm629写入指令和数据，或从lm629读出状态字节和数据。12/CS片选输入，由主机用来选用LM629，进行读写操作。13/RD由主机用来读出LM629状态和数据14GND电源，地15/WR用来控制写入指令和数据16/PS用来选择指令入口或数据口。当ps为低电平时，向指令口写入指令，或从指令口读出状态，当ps为高电平时，经数据口写入或读出数据。17HI高电平有效，通知主计算机中断条件已具备18SIGN控制PWM方波符号19MAG控制PWM方波强度26CLK系统时钟输入端27RST复位输入端，低电位有效28VDD电源，电压为+4.55.5V，100mALM62

32、9的系统框图如下：图3.7 系统框图用一个增量式光电码盘来反馈电动机的实际位 置。来自增量式光电码盘的位置信号A 、B 经LM629 四倍频，提高分辨率。A、B 逻辑状态每变化 一次，LM629内的位置寄存器加（减）1。编码盘的A、B、C 信号同为低电平时，就产生1个Index信号送 入寄存器，记录电动机的绝对位置。 LM629的梯形速度图发生器用于计算所需的梯 形速度分布图。在位置控制方式时，单片机送来加 速度、最高转速、最终位置数据，LM629 利用这些数 据计算运行轨迹如图10（a）所示。在电动机运行时， 上述参数允许更改，产生如图8（b）所示的轨迹。在 速度控制方式时，电动机用规定的加

33、速度加速到规 定的速度，并一直保持这个速度，直到新的速度指令 执行。如果速度存在扰动，LM629可使其平均速度 恒定不变17。图3.8 两种典型的运动轨迹3.4.2 LM629接线图图3.9 LM629线路接线图35 系统原理图根据设计要求，由89C52单片机、运动专用处理器、功率驱动器LMD18200、一个增量式广电编码盘和一只流电动机组成的伺服系统原理图如下： 图3.10系统原理图LM629I/O口与89c52的P0口相连，用来从单片机传送数据和控制指令、从LM629传送电动机的状态和运动信息。89c52的P2.0管脚与LM629的CS相连，作为选中的地址线。管脚P2.1与LM629的PS

34、相连，作为另外一个地址线。LM629的中断引脚经一个非门与89c52的INTO相连，LM629的6个中断源都通过该引脚申请中断，一旦有中断申请，单片机必须通过读LM629的状态字来识别哪一个中断发生18。89c52单片机的主要工作就是向LM629传送运动数据和PID数据，并通过LM629对电动机的运行进行监控。LM629则根据单片机送来的数据生成速度图，进行位置跟踪，生成PID控制和PWM信号输出。LM629的2个输出PWMS和PWMM光电隔离与驱动芯片相连，以避免LMD18200的驱动电路对控制信号的干扰。在直流电动机输出轴上安装增量式广电编码盘作为传感器，它的输出与IN、A、B相连，形成位

35、置反馈。3.6 检测回路增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号19。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。增量式光电编码器主要由光

36、源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图12 所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。增量式光电编码器输出信号波形如图1

37、3 所示。增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息20。 图3.11增量式广电编码盘组成图3.11 增量式光电编码盘的输出波形3.7 按键及显示电路3.7.1 按键功能图3.12 按键设计系统的控制主要通过4个按键来控制，如图3.12所示，S1、S2、S3、S4、，按键功如下： (1)当按键S1被按下时（单片机P2.3脚检测到高电平）表示启动电路,电动机开始工作。 (2)当按键S1再次被按下时（单片机P2.3脚检测到低电平），表示关闭电路，电动停止。(

38、3)当按键S2被按下时（单片机P2.2脚检测到高电平），表示改变电动机的转动方向。(4)当按键S3被按下时（单片机P2.1脚检测到高电平），表示电机加速运行,所按的次数越多，速度加得越快。(5)当按键S4被按下时（单片机P2.0脚检测到高电平），表示电机减速运行，所按的次数越多，速度减得越快。3.7.2 显示电路液晶显示器以其微功耗、小体积、显示内容丰富、使用灵活等诸多优点低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。液晶显示器通常可分为两大类，一类是点阵型，另一类是字符型。点阵字符型液晶显示模块包括控制器、字符发生器、译码驱动器等部分，可以直接与微处理器接口，或者挂在计算机总线上，接口电路较为简单。

39、这里介绍的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器，根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等。LCD 1602的外形及管脚排列如图15所示：图3.13 LCD1602管教图管教描述：第1脚：GND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，电平(0)时进行写操作。第6脚：E(

40、或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。本设计中，LCD1602的接线图如下： 图3.14 LCD1602接线图3.8 震荡电路主控芯片需要震荡电路来起振时钟频率。震荡电路的实现可采用单片机利用软件实现，也可直接采用外部时钟电路。单片机处理程序中需要处理中断、查询等，这耗费单片机的资源，为了减少单片机内部硬件资源，满足设计要求，提高系统时钟的稳定性，本设计采用了外部震荡电路，振荡电路如图17所示，在单片机的XTAL1脚和XTAL2脚（第18引脚和第19引脚）

41、间外接入震荡电路，根据要求，选取晶振大小为12MHz，C5 C6两个电容容量为33pF，两个电容作用是稳定频率和快速起振21。图3.15 震荡电路3.9 模块的的原理与应用3.9.1 PWM脉宽方式调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在产生PWM脉冲的实现上比较方便。3.9.2 定时器/计数器由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时

42、初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为f，定时器计数器为N位，则定时器初值与定时时间的关系为： 式中，TW定时器定时初值；N一个机器周期的时钟数。N随着机型的不同而不同。在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。这样，我们可以通过设定不同的定时初值TW，从而改变占空比，进而达到控制电机转速的目的22。本设计中，PWM控制信号通过引脚3输入。根据PWM控制信号的占空比来决定直流直流电动机的转速和转向。当占空比为50%时，输出平均电压U为0，电机不转；当占空比大于50%时，平均电压大于0，电机正转；当占空比小于50%时，平均电压小于0，电机反转。3.10 电源电路设计 图3.16 电源电路设计图4 软件设计4.1 忙状态检查模块“忙”状态的检测是软件设计的首要部分，贯穿于整个程序中。“忙”状态位位于状态字节的最低位，在主处理器向LM629 写命令或读写数据字后，“忙”状态位会立刻被置位，此时，会忽略一切命令或数据传输，直至信息被接受，“忙”状态位会复位，所以在每次写命令或读写数据前