基于H桥驱动直流电机调速系统电路的设计解读

1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕 业 设 计（论 文）题目：基于H桥控制的直流电机调速系统电路的设计 （英文）： Based on the H-bridge driver circuit of DC motor speed control system design 院 别： 自动化学院 专 业：电气工程及其自动化（师范） 姓 名： 李玲弟 学 号： 28 指导教师： 杨 宁 日 期： 2013年5月 基于H桥控制的直流电机调速系统电路的设计摘要本文介绍了基于H桥驱动的直流电机调速系统，系统采用芯片LN298搭建H桥驱动电路，PWM调速信号由单片机AT89AC52提供，电机的驱动运转控制由单片机

2、控制H桥，H桥再驱动直流电机。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片LN298作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。关键词：PWM调速；H桥驱动；直流电机测速；数码管显示Based on the H-bridge driver circuit of DC mot

3、or speed control system designABSTRACTThis article describes the DC motor speed control system based on the H-bridge driver, the system uses the chip LN298 build H-bridge driver circuit, PWM speed control signal is provided by the microcontroller AT89AC52 control H-bridge motor drive operation is co

4、ntrolled by a microcontroller, H-bridge DC motor drive. Articles using a specialized chip composed of a PWM signal generating system, and on the principle of the PWM signal generating method, and how to adjust the duty cycle of the PWM signal by software programming, thereby controlling the input si

5、gnal waveform are made. elaboration. In addition, this paper also uses a chip LN298 as a forward speed of a DC motor power amplifier circuit driver module. In addition, the present system uses a tachogenerator to measure the rotational speed of the DC motor, after the filtering circuit, the measured

6、 value to the A / D converter, and, ultimately, as a feedback value PI operator input to the microcontroller, thus realizing the DC motor speed control.Key words：PWM speed control; H bridge driver; DC Motor Speed; digital display目 录专心-专注-专业1绪论1.1基于H桥控制的直流电机调速系统设计目的和意义1.1.1选题的目的和意义：在电气时代的今天，电动机一直在现代化

7、的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活中的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。以前电动机大多使用继电器实现双向转动以及由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在普遍使用单片机控制H桥驱动电路实现电机正反转取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器。1.1.2国内外研究现状简述：电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发

8、展成果。正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机和H桥驱动模块为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。而国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。1.1.3毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：根据市场需求和发展趋势，本设计将介绍一种基于H桥驱动作为基础、单片机内部时钟产生PWM调速的直流电机转速控制系统。首先对直流调速控制电路进行设计来实现对速度的控制、检测、显示；再对直流调速控制主回路进行设计，其采用了三相桥式全控整流电路；然后进行系统的软件设计。1.2利

9、用H桥控制直流电机转速系统的设计项目发展目前使用的电机模拟控制都比较复杂，测量范围与精度不能兼顾，且采样时间较长，难以测得瞬时转速。本文介绍的电机控制系统利用PWM控制原理， 同时结合来采集电机转速，并经单片机检测后在显示器上显示出转速值，而单片机则根据输出的脉冲信号来分析转速的过程量本系统同时设置有按键操作仪表，可用于调节电机的转速。直流电机控制系统主要是以AT单片机为核心组成的控制系统，本系统中的电机转速与电机两端的电压成比例，而电机两端的电压与控制波形的占空比成正比，因此，由MCU内部的可编程计数器阵列输出PWM波，以调整电机两端电压与控制波形的占空比，从而实现调速。本系统通过红外传感器

10、来实现对直流电机转速的实时监测。系统的设计任务包括硬件和软件两大部分，其中硬件设计包括方案选定、电路原理图设计、PCB绘制；软件设计包括内存空间的分配，直流电机控制应用程序模块的设计，程序调试等。1.3利用H桥控制的直流电机转速系统的设计原理本系统先由单片机发出控制信号给H桥再驱动电机，同时通过传感器检测电机的转速信号并传送给单片机，单片机再通过软件将测速信号与给定转速进行比较，从而决定电机转速，将当前电机转速值送显示。此外，也可以通过设置键盘来设定电机转速。系统中的转速检测装置由红外传感器组成，并通过反相器将高、低电压互相转换， 再以脉冲形式传给单片机。这种设计方法具有频率响应高(响应频率达

11、20 kHz以上)、输出幅值不变、抗电磁干扰能力强等特点。其中霍尔传感器输入为脉冲信号，十分容易与微处理器相连接，也便于实现信号的分析处理。单片机的T0口可对该脉冲信号进行计数。， 本系统的脉冲宽度调制( Width Modulation)原理是：脉冲宽度调制波由一列占空比不同的矩形脉冲构成 其占空比与信号的瞬时采样值成比例。2直流电机调速控制概述 直流电机调速方法通常有机械的、电气的、液压的、气动的几种，仅就机械与电气调速方法而言，也可采用电气与机械配合的方法来实现速度的调节。电气调速有许多优点，如可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无极调速，便于实现远距离控制和自动控制，因

12、此在生产机械中广泛采用电气方法调速。 由于直流电动机具有极好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易，但是长期以来，直流调速系统一直占据垄断地位。所以，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。在我国许多工业部门，如轧钢、矿山采掘、海洋钻探、金属加工、纺织、造纸以及高层建筑等需要高性能可控电力拖动的场合，仍然广泛采用直流调速系统。而且，直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。2.1直流电机的工作原理 根据电磁学基本知识可知，载流导体在磁场中要受到电磁力的作用。如果导体在磁场中的长度，其中流过的电流为，导

13、体所在处的磁通密度为B，那末导体受到的电磁力的值为式（2-1） (2-1) 如图2-1中N、S极下各根导体所受电磁力的方向，如图中箭头所示。电磁力对转轴形成顺时针方向的转矩，驱动转子而使其旋转。由于每个磁极下元件中电流方向不变，故此转矩方向恒定，称为直流电动机的电磁转矩。如果直流电动机轴上带有负载，它便输出机械能，可见直流电动机是一种将电能够转化成机械能的电气装置。 直流电动机是可逆的，他根据不同的外界条件而处于不同的运行状态。当外力作用使其旋转，驶入机械能时，电机处于发电机状态，输出电能；当在电刷两端施加电压输入电能时，电机处于电动机状态，带动负载旋转输出机械能。图1 直流电动机工作原理图2

14、.2直流电机的调速特性 根据直流电机的结构分析可得到等效的模型，包括电枢绕组及其等效的电阻等。直流电动机的转速n和其它参数的关系可用下式来表示： (2-2)(2-2)式中：UN是电枢电压，IN是电枢电流，Ra是电枢回路总电阻，Ce是电势常数，是励磁磁通。 (2-3)(2-3)式中：p-磁极对数，N是导体数，a是电枢支路数。 (2-4)(2-4)式中：当电机型号确定后，Ce为常数，故式式(2-1)改为 (2-5) 在中小功率直流电机中，电枢回路电阻非常小，式(2-5)中INRa项可省略不计，由此可见，当改变电枢电压时，转速n随之改变，达到直流电机的调速的目的。改变直流电机电枢电压，可通过PWM控

15、制的降压斩波器进行斩波调压。2.3直流电机的几种调速方法 根据直流电机的基本原理，由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知，直流电动机的调速方法有三种： （1）调节电枢供电电压U。改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但是需要大容量可调直流电源。 （2）改变电动机主磁通。改变磁通可以实现无级平滑调速，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变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需

16、电源容量小。 （3）改变电枢回路电阻。在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。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要时把调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用。 调节电枢供电电压或者改变励磁磁通，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种： （1）旋转变

17、流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 （2）静止可控整流器（简称V-M系统）。用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。 （3）直流斩波器（脉宽调制变换器）。用恒定直流电源或不可控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压。旋转变流系统由交流发电机拖动直流电动机实现变流，由发电机给需要调速的直流电动机供电，调节发电机的励磁电流即可改变其输出电压，从而调节电动机的转速。改变励磁电流的方向则输出电压的极性和电动机的转向都随着改变，所以G-M系统的可逆运行是很容易实现的。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量

18、相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，设备多、体积大、费用高、效率低、维护不方便等缺点。且技术落后，因此搁置不用。2.3.1 静止可控整流器（简称V-M系统） V-M系统是当今直流调速系统的主要形式。它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，可实现平滑调速。V-M系统的缺点是晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。它的另一个缺点是运行条件要求高，维护运行麻烦。最后，当系统处于低速运行时，系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流危害附近的用电设备。图2 晶闸管电动机调速系统原理框图（V-M系统） 直流斩波器又称直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直

19、流电源电压断续加到负载上，通过通、断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流直流变换器。它具有效率高、体积小、重量轻、成本低等优点，现广泛应用于地铁、电力机车、城市无轨电车以及电瓶搬运车等电力牵引设备的变速拖动中。 图3为直流斩波器的原理电路和输出电压波型，图中VT代表开关器件。当开关VT接通时，电源电压U。加到电动机上；当VT断开时，直流电源与电动机断开，电动机电枢端电压为零。如此反复，得电枢端电压波形如图2-3（b）所示。 （a）原理图 （b）电压波型 图3 直流斩波器原理电路及输出电压波型 采用晶闸管的直流斩波器基本原理与整流电路不同

20、的是，在这里晶闸管不受相位控制，而是工作在开关状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与电动机断开，电动机经二极管续流，两端电压接近于零。脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。脉冲周期不变，只改变晶闸管的导通时间，即通过改变脉冲宽度来进行直流调速。2.3.2 PWM调速系统的优点 与V-M系统相比，PWM调速系统有下列优点： （1）由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流，电枢电流容易连续，系统的低速运行平稳，调速范围较宽，可达1：10000左右。由于电流波形比V-M系统好，在相同

21、的平均电流下，电动机的损耗和发热都比较小。 （2）同样由于开关频率高，若与快速响应的电机相配合，系统可以获得很宽的频带，因此快速响应性能好，动态抗扰能力强。 （3）由于电力电子器件只工作在开关状态，主电路损耗较小，装置效率较高。脉宽调速系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。脉宽调速也可通过单片机控制继电器的闭合来实现，但是驱动能力有限。目前，受到器件容量的限制，PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统。2.4直流电机调速PWM信号形成原理 PWM信号是由脉宽调制器（一个电压脉冲变换装置）生成的，常用的脉宽调制器有以下几种：用锯齿波或三角波作调制信号的脉宽调制器；用多谐振荡器和单稳

22、态触发器组成的脉宽调制器；数字式脉宽调制器。这里简要介绍一下用三角波作调制信号的脉宽调制器生成PWM波的方法。脉宽调制器由恒频率波形发生器和脉冲宽度调制电路组成。恒频率波形发生器的作用就是产生频率恒定的振荡源作为比较的基准，如三角波。脉冲宽度调制电路，实际上就是电压/脉宽转换电路(简称V/W电路)，是PWM信号的形成电路。调制产生PWM信号的工作原理如图4(a)所示。图4 调制产生PWM信号的工作原理 图4(a)是电压比较器，输入信号为图4(b)中的。在电压比较器的两个输入端输入控制信号和三角波信号，则比较器的输出将按以下规律变化：时，输出正的电压；时，输出负的电压。由此即可产生PWM脉冲信号

23、。2.4.1 直流电机电枢的PWM调压调速原理 直流电机转速n的表达式为式（2-6）： (2-6)式中：U电枢端电压；I电枢电流；R电枢电路总电阻；每极磁通量；K电动机结构参数。 本设计采用电枢控制方法。对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用可分为两种方式：线形放大驱动方式和开关驱动方式。实际生活中，绝大多数直流电动机采用开关驱动方式/开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压，实现调速。2.4.2 脉宽调制占空比调节 脉宽调制即PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进

24、行调制，来等效地获得所需波形。图2-5是利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图和输入输出电压波形。在图2-5(a)中，当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压。秒后，栅极变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应者输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-5(b)所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为式（2-7）： （2-7）式中：占空比，。图5 PWM调速控制原理和电压波形图 占空比表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为。可知，当

25、电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变的值就可以改变电枢两端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。 在PWM调速时，占空比是一个重要的参数，以下三种方法都可以改变占空比的值。 （1）定宽调频法。这种方法是保持不变，只改变，这样使周期T(或频率)也随之改变。 （2）调宽调频法。这种方法是保持不变，而改变，这样使周期T(或频率)也随之改变。 （3）定频调宽法。这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而同时改变和。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法很少用。目前，在直流

26、电动机控制中，主要使用定频调宽法。2.4.3 PWM控制信号产生的方法 （1）分立电子元件组成的PWM信号电路。它是最早期的方法，现在已被淘汰了。 （2）软件模拟法。利用单片机的一个I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM波输出。这种方法要占用CPU大量时间，使单片机无法进行其它工作，因此也逐渐被淘汰。 （3）专用PWM集成电路。从PWM控制技术出现之日起，就有芯片制造商生产专用的PWM集成电路芯片，现在市场上已有许多中。这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、保护功能等。在单片机控制直流电动机中，使用专用的 PWM集成电路可以减轻单片机的负担，工作可靠。

27、（4）单片机的PWM。新一代单片机增加了许多功能，其中包括PWM功能。单片机通过初始化设置，使其能自动地发出PWM脉冲波，只有在改变占空比是CPU才进行干预。 根据直流电动机的转矩（电流）与转速的关系，可以做一个图来表示电动机运行状态，如图6所示。从图中可以看出，第一象限是电动机正转运行状态；第三象限是电动机反转运行状态；第二和第四象限分别是电动机反转和正转时再生制动运行状态。电动机能在几个象限内工作与控制方式和电路结构有关。如果电动机在4个象限上都能运行，说明电动机的控制功能比较强。图6 电动机4个运行象限3系统元器件介绍3.1单片机的选型：Wln$L AT89C52是51系列单片机的一个型

28、号，它是ATMEL公司生产的。 AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。3.1.1主要特性： 1、兼容MCS51 2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断；

29、6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，设置睡眠和唤醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求3.1.2管脚说明 图7 AT89C52引脚 如图7所示AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器如图 所示，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会

30、聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、2

31、7 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出

32、电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表1。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。表1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数器2） P2是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个

33、TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”

34、时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。 P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对

35、Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。 PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VPP外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为000

36、0HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。 XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2振荡器反相放大器的输出端。3.2 电机驱动H桥选型 该驱动电路采用了LN298芯片，LN298是双全桥步进电机专用驱动芯片。 L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯

37、片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L297 来提供时序信号，节省了单片机IO 端口的使用。L298N 之接脚如图8 所示，Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连 接来控制负载的电路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个

38、步进电机；input1input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。图8 L298引脚图3.3红外对管红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式，本设计中红外传感器选用电平驱动方式，如图9所示。图9 红外对管对射管测速传感器一般又红外线发射与接收系统组成。圆盘随被测轴旋转时，光线只能通过因孔或缺口照射到光电管上。光电管被照射时，其反向电阻很低，于是输山一个电脉冲信号。光源被遮挡物遮住时，光电管反向电阻很大，输出端就没有信号输出。这样，根据圆盘上被遮挡次数即可测出被测轴的转速。红外发射管和红外接收管广泛应用于遥控、自控、检测、计数等多个领域已成为备受关注的常用

39、器件之一。红外发射二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发中心波长为830 - 950nm红外光。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。红外发光二极管的伏安特性与普通硅二极管极为相似。当电压越过正向阈值电压（约0.8V左右）电流开始流动，而且是一很陡直的曲线，表明其工作电流对工作电压十分敏感。因此要求工作电压准确、稳定，否则影响辐射功率的发挥及其可靠性。 红外发

40、光二极管辐射功率随环境温度的升高（包括其本身的发热所产生的环境温度升高）会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。红外发光二极管最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。辐射强度为最大值的50%的角度称为半强度辐射角。不同封装工艺型号的红外发光二极管的辐射角度有所不同。 判别红外发光二极管的正、负电极时。可观察红外发光二极管两个引脚长短，通常长引脚为正极，短引脚为负极。因红外发光二极管呈透明状，所以管壳内电极清晰可见，内部电极较宽较大的一个为负极，而较窄且小的一个为正极。将万用表置于R1k挡，测量红外发光二极管的正、反向电阻，通常，

41、正向电阻应在30k左右，反向电阻应在500k以上，这样的管子才可正常使用。要求反向电阻越大越好。红外接收二极管的外形和发射管基本上一样，仅从外观上有时较难分辨，可用观察和测量方法识别管脚极性。若从外观上识别，常见的红外接收二极管外观颜色呈黑色。识别引脚时，面对受光窗口，从左至右，分别为正极和负极。另外，在红外接收二极管的管体顶端有一个小斜切平面，通常带有此斜切平面一端的引脚为负极，另一端为正极。 亦可用万用表来测量，将万用表置于R1k挡，用判别普通二极管正、负电极的方法进行检查，即交换红、黑表笔两次测量管子两引脚间的电阻值，正常时，所得阻值应为一大一小。以阻值较小的一次为准，红表笔所接的管脚为

42、负极，黑表笔所接的管脚为正极。 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，虽然电路比较复杂，体积却很小，还不及一个普通小功率三极管体积大。SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求

43、输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红外信号的理想装置。带遥控功能的家用电器中所采用的红外接收头型号繁多，维修中常遇到无法购得原型号接收头的情况，只能寻找代换品。实际上无论何种型号的接收头均可采用常见型号代换。代换时主要应注意如下几点： 1.安装尺寸。如原接收头尺寸较大，则可方便地选用尺寸与之相当的任一型号代换，亦可用体积更小的型号代换。目前有一种外观像塑封三极管的微型接收头，用于维修代换十分方便。2.引脚顺序。遥控接收头引脚顺序有如下几种：（接收面左侧起）地、信号输出、电源；电源、地

44、、信号输出；地、电源、信号输出等几种形式，代换时应仔细区分。对于引脚顺序相同的可直接按顺序接入，如引脚顺序不对，则可用细导线引接。注意地线与电源线切不可接反，否则通电后会接收立刻损坏。3.接收头中心频率应与遥控发射器频率相同。大多数红外接收头解调中心频率为，但也有一些接收头中心频率为36KHz、37KHz、39KHz、40KHz，如果发射频率与接收频率相差1KHz，大多可以正常遥控，相差2KHz以上则会出现遥控不灵现象，此时可通过更换遥控发射器的晶体振子来解决。常见为455KHz晶振（对应发射频率38KHz），其他有429KHz、432KHz、445KHz、465KHz、480KHz等型号的晶

45、振，相对应的发射频率分别为36KHz、36KHz、37KHz、39KHz、40KHz。4.信号极性。大多数遥控接收头输出信号极性为负极性，即输出端在无信号时为高电位（一般为4.85.0V），接收到信号后信号输出端电压下降。但也有少数接收头输出信号为正极性，如松下TC-2180、M25等彩电的红外接收头，若用常见型号接收头直接代换，则无法遥控，对于此种情况可在信号输出端加接反相器解决，如图10所示。图10 输出端加接反相器3.4 晶振晶振是电路中常用用的时钟元件,全称是叫晶体震荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立

46、在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供

47、。下面我就具体的介绍一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如图11a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图11b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图11c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。 图11 晶振电路图分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E

48、-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。通过晶振的原理图你应该大致了解了晶振的作用以及工作过程了吧。采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。用万用表

49、测量晶体振荡器是否工作的方法：测量两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是51单片机的+5V则是否是2.5V左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电压有明显变化，证明是起振了的。晶振的类型有SMD和DIP型，即贴片和插脚型 。先说DIP：常用尺寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，这些都是MHZ单位的。再说SMD：有0705，0603，0503，0302，这里面又分四个焊点和二个焊点的。不过越小越贵,而且很小的话，做不出频率较高的晶振。 晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起

50、振电路而定，允许不同的电压，但无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路。有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。因价格等因素，实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，除非电路设计时序极其敏感或芯片内部无振荡器的情况（如一些型号的DSP或精密仪器中）。 每种芯片的手册上都会提供外部晶振输入的标准电路，会表明芯片的最高可使用频率等参数，在设计电路时要掌握。与计算机用CPU不同，单片机现在所能接收的晶振频率相对较低，但对于一般控制电路来说足够了。另外说明一点，可能有些初学者会对晶振的频率

51、感到奇怪，12M、24M之类的晶振较好理解，选用如11.0592MHZ的晶振给人一种奇怪的感觉，这个问题解释起来比较麻烦，如果初学者在练习串口编程的时候就会对此有所理解，这种晶振主要是可以方便和精确的设计串口或其它异步通讯时的波特率。3.5 四位数码管 四位（图12所示）是一种半导体发光器件，其基本单元是。能显示4个数码管叫四位数码管。数码管按段数分为和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光单元（多一个小数点显示）；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字

52、段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图12 4位数码管3.5.1 4位数码管的驱动方式1、静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需

53、要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。2、数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

54、通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.5.2 4位数码管的引脚图 4位数码管的引脚图如图13所示图13 4位数码管的引脚图3.5.3 4位数码管的参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平

55、方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。3.5.4 4位数码管区分共阴阳极的方法首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴的，反之共阳的；若公共端接电源，其他端分别接的，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。世面上的四位一体的数码管一般都没有datasheet，所以掌握他们管脚的分布是很重要的一个环节。下面是一张四位一体数码管引脚分布图4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dP为段引脚，1、2、3、4分别表示四个数码管的位。 。 。 。 。 。1 a f 2 3 b。 。 。 。 。 。e d dp c g 4 即：12-9-8-6为公共端，A-11 B-7 C-4 D-2 E-1 F-10 G-5 DP-34直流电机调速系统电路设计 系统采用AT89C52单片机作为控制器，H