《第三章规格非郭德纲.docVIP

第3章 硬件系统设计 本设计是基于单片机控制的PWM直流电机调速系统设计。本章将基于上一章为基础对硬件系统各部分作进一步分析，并且对硬件各部分电路加以呈现和分析。本系统控制对象是55LCX-1永磁式直流力矩电动机，主要技术指标如表3-1。针对要求分别对电源、PWM波形产生部分、电机驱动部分、键盘输入部分及测速显示部分进行设计。 表3-1 55LCX-1主要技术指标 55LCX-1 峰值堵转 连续堵转 最大空载转速r/min 转矩Nm 电流A 电压V 转矩Nm 电流A 电压V 0.42 4.2 27 0.14 1.4 9 2000 3.1 AT89S51单片机特性及管脚说明 上一章在系统总体方案设计中已经对微控制器AT89S51简单介绍了，本节将在上一章的基础上对微控制器作详细地阐述。 1）ATMEL公司的AT89S51芯片具有以下特性： ●低功耗的闲置和掉电模式Intel公司的8051兼容； ●4KB片内在系统可编程Flash程序存储器； ●时钟频率为0～33MHz； ●128字节片内随机读写存储器（RAM）； ●32个可编程I/O引脚； ●2个16位定时/计数器； ●6个中断源，2级优先级； ●全双工串行通信接口； ●监视定时器； 。 图3-1 AT89S51引脚图 2）AT89SS51引脚功能介绍，AT89S51引脚如图3-1所示： ●Vcc：AT89S51电源正端输入，接+5V； ●Vss：电源接地端； ●XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端； ●XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端； ●RST/VPD：RST是复位信号，高电平有效，在此引脚上出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。RST的第二功能是备用电源VPD的输入端。 ●：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端（enable address/voltage pulse of programming）。当端保持高电平时，单片机复位后访问片内存储器ROM。当程序计数器PC的值超过4KB时，将自动转去执行片外存储器ROM内的程序。当端接地保持低电平时，则只访问片外程序存储器，而不管内部是否有程序存储器。 ●：地址锁存允许信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许(address latch enable)信号的输出用于锁存低8位地址的控制信号，此信号频率为振荡器的1/6信号可用作对外输出时钟或定时信号。端可驱动8个LS型TTL负载。 ●：程序存储器允许输出信号端（program store enable）。此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。AT89S51可以利用及引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。端同样可驱动8个LS型TTL 外部RAM写选通信号 P3.7 外部RAM读选通信号 3.2 直流电源部分 在直流电机调速系统中逻辑元件需要+5V直流电源，而小型直流电动机的额定电压为12V，由此可见在本设计中需要两个直流电源，所以可以选用双路稳压电源。直流稳压电源又分成线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源，因为线性直流稳压电源电路成熟，稳定度高，文波小，干扰小而且有很多是成熟集成元件可选择，电路十分简单。所以本设计中采用双路输出的线性直流稳压电源，如图3-2所示： 由图3-2可见，这个双路输出的线形直流稳压电源只用了一个220V变12V的变压器，一个整流桥，两块稳压集成电路（7812和7805）和四个电容。图中C4是一个大容量的电解电容，起到低频滤波的作用。由于C4本身的电解比大，对高频交流成分的滤波效果比较差，所以为了改善滤波电路的高频抑制特性，在C4旁边并联一个高频滤波性能良好的小电容C5。而直流稳压电路输出端的电容C6和C7是用作改善稳压电源电路的瞬态负载响应特性。 图3-2 双路输出的线性直流稳压电源 3.3 PWM波形发生原理 本设计中PWM波形是用AT89S51单片机编程实现的，这部分硬件比较少，主要保证AT89S51正常工作的最少模式就行了，AT89S51的P3.7引脚作为PWM波的输出口。 3.4 电机驱动电路 在上一章已经选定了使用L298作为电机的驱动芯片，表3-3是L298的引脚功能介绍，图3-3是电机驱动的硬件电路图。 表3-3 L298的引脚功能 引脚 符号 功能 1 SENSEA 此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动 芯片反馈检测到的信号 15 SENSEB 2 OUT1 此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端， 用来连接负载 3 OUT2 4 Vs 电机驱动电源输入端 5 IN1 输入标准的TTL逻辑电平信号，用来 控制全