基于cvi可视界面的直流电机测控系统的设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于cvi可视界面的直流电机测控系统的设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

FLASH ROM 的 89C51编程写入（固化程序）时，作为编程脉冲输入端。 /PSEN： 程序存储允许输出信号端。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP： 外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压 输入端。 当 /EA 引脚接高 电平时， CPU 只访问片内 FLASH ROM 并执行内部程序存储器中的指令；但当 PC（程序计数器）的值超过 0FFFH（ 4KB）时 ， 将自动转去执行片外程序存储 器内的程序。 当 输入信号 /EA 引脚接低 电平时， CPU 只访问片外 FLASH ROM 并执行内部程序存储器中的指令；而 不管是否有内部程序存储器。 需要 注意 的是，如果保密位 LB1 被编程，则复位时在内部会锁存 /EA 端的状态。 当 /EA 端保持高电平时， CPU 则执行 内部程序存储器 中的程序。 在 FLASH ROM编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程 允许 电 源（ VPP）。 XTAL1： 接外部晶体和微调电容的一端。 在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。 在采用外部时钟时，则该引脚输入外部时钟脉冲。 金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 11 XTAL2： 接外部晶体和微调电容的另一端。 它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路额频率就是晶体的固有频率。 若需采用外部时钟电路，则该引脚悬空。 设计原理图各部分的说明 直流电动机正转、反转以及停转 本设计采用晶体三极管来控制直流电动机的正、反 转以及停转，原理图如 图 6所示： 图 6 直流电动机正转、反转以及停转的原理图 当 PWM1为高电平 ,PWM2为低电平时，三 极管 Q Q Q6均导通 ， 使得直流电动机正 转，同理，当 PWM1为低电平 ,PWM2为高电平时，直流电动机反 转。 当 PWM1和 PWM2同时为低电平时，三 极管 Q Q2均能工作，电路中的其他部分均不工作，直流电动机停转。 当 PWM1和 PWM2同时为高电平时，三 极管 Q Q2均 不能工作 ，直流电机也停转。 该电路板可以直接通过引线或插针的形式与单片机相连。 直流电动机转速检测方法 在应用直流电动机作为执行部件时，如果要很好地控制直流电动机，首先要知道直流电动机的转速。 对于转速的检测，方法有 很多，常用到的传感器有：霍尔传感器、光电传感器、旋转编码器等。 其中霍尔传感器是应用磁感应的方式进金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 12 行检测，由于其安装结构的限制，这种传感器检测的精度很低，所以常常用在高转速并且对精度要求不高的场合；旋转编码器的检测精度非常高，通常旋转一圈可输出几百至几千个脉冲，适用于转速较低的场合，但是这种传感器价格较比其他传感器高很多，一般情况下不予采用；光电传感器的检测精度介于前两种传感器之间，安装简单、价格较低，所以 是设计中的首选。 光电传感器有时又陈为光电开光，具有体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离 远，以及抗电磁干扰能力强等优点，同时由于光电传感器属于非接触式检测器件，对检测对象不会造成损伤，所以被应用到很多领域中。 透射式光电传感器是将砷化镓红外发光管和硅光敏三极管等，以相对的方向装在中间带槽的支架上。 当槽内无物体时，砷化镓发光管发出的光直接照在硅光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，当有物体经过槽内时则挡住光线，光敏管无输出，以此可识别物体的有无。 适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。 利用透射式光电传感器检测 的电路图如 图 7所示： 图 7 透射式光电 传感器检测速度 的电路图 可是当直流电动机高速旋转，并且光电码盘上的 条纹或孔较多时，在示波器上看到的波形对单片机来说，识别起来十分困难。 为了能够让单片机准确识别光电传感器输出的信号，可以在传感器的输出端连接一个具有施密特触发特性的器件或是连接一个比较器。 其原理图如 图 8所示： 金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 13 图 8 应用 74LS14为输出波形整形的电路图 直流电动机的控制方法 直流电动机在使用时需要在电动机的两个接线端上加载电压，电压的高低直接影响电动机的转速，这取决于两者之间的关系： n=(UIR)/CeΦ 上式中 ,U为加 载在电动机两端的直流电压， I为直流电动机的工作电流， R为直流电动机线圈的等效内阻， Ce=PN/(60a)，其中， P为电极的极对数， N为电枢绕组总导体数， a为支路对数，通常表示为 2a，即电刷间的并联支路数，这个参数与电动机绕组的具体结构有关，所以 Ce是一个常数由电动机本身的结构参数有关，φ为每极总磁通。 由于我们买到的直流电动机，其机械结构已经固定，励磁部分为永久磁铁，所以式中的 R、 Ce和φ已经固定，只能改变加载在直流电动机两端的直流电压。 所以，常见的直流电动机转速控制方法是调节直流电压。 电压调节的两种方法 ： D/A转换器输出法和 PWM输出法。 由于 D/A转换器大多是电流输出型，需要外接运算 放大器才能转换成电压，另外由于运算放大器输出的电流有限，如果直接连接到直流电动机将会造成直流电动机的转矩过小和运算放大器过热的现象，所以建议采用 PWM输出方法。 该方法可以利用单片机的一个 I/O引脚作为 PWM的输出端，输出信号控制大功率晶体管 的开启和关闭，以控制电动机的运转和停止，当 PWM的频率足够高时，由于电动机的绕组是感性负载，具有储能的作用，对 PWM输出的高低电平起到了 平波的作用，在电动机的两端可以近似得到直流电压值， PWM的占空比越高，电金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 14 动机获得的直流电压越高，反之， PWM的占空比越低，电动机获得的直流电压越低。 PWM的周期对于控制直流电动机的转速和转动特性有十分重要的作用。 当 PWM的周期较长，占空比较小时，在一个周期内加载 在直流电动机两端电压的时间为100ms，而电动机失去电压的时间为 900ms，在这段时间内，电动机线圈绕组内的电流已经释放完毕（当电动机转速较低时，线圈绕组的性质显现为阻性，感性较少），电动机在内部绕组的转动惯量 下将继续向前转动，如果负载的转矩较大，那么此时电动机的转速跌落很快，甚至出现停转的现象， 只有下一个 PWM周期到来 时，电动机才能重新转动起来，如此循环。 当 PWM的周期较短、占空比仍然为10%时，在一个周期内直流电动机获得电压的时间为 ，而失去电压的时间为，在这段时间内，直流电动机线圈绕组内的电流并不会释放完毕（主要取决于 绕组感性的大小 ） ，直流电动机继续转动，当下一个 PWM周期到来时，直流电动机重新获得电压，如此循环，直流电动机不再有停转的现象。 RS232 通信电路 串行通信与并行通信 在微型计算机系统中， MCU与外围电路通信的基本方式有两种，如 图 9所示：  并行通信 —— 数据的各位同时传送  串行通信 —— 数据一位一位顺序传送 图 9 MCU与外围电路通信的方式 外部 RAM扩展电路、基本“ I/O”扩展电路、实时时钟电路、键盘电路、 LCD接口电路都是采用 并行通信方式，从图上可以看出，在并行通信中，数据有多少位就需要多少条传送线。 而串行通信只需要一对传送线，故串行通信能节省传送线，特别是当数据位数很多和传送距离较远时，这一优点更加突出。 A/D采样电路 就是串行通信的一个应用，当然串行通信还包括许多其他的通信形 MCU MCU 或 外围电路 D1 D2 Dn 状态 控制 D0 金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 15 式，比如 RS23 CAN总线等。 串行通 信的主要缺点是数据的传送速率比并行 通信要慢。 异步串行通信的数据传送格式 串行通信是将构成字符的每个二进制数据位依据一定的顺序逐位传送。 按照数据传送格式可以分为异步串行通信和同步串行通信。 同步串行通信应用在传输速度要求较高的场合，通信开始时需要同步信息，对收发两端时间要求严格，这些条件局限了同步串行通信的应用。 异步串行通信规定了字符数据的传送格式，即每个数据以相同的帧格式传送。 如下图所示。 每一帧由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位构成，字符数据一个接一个的传送，在发送间隙，通信线路上总是处 于逻辑“ 1”状态。 空闲位和起始位：当通信线上没有数据传送时就处于空闲状态，通信线上保持逻辑电平“ 1”，即相当于发送端不断发送空闲位“ 1”，当发送端要发送一个字符数据时，首先发出一个逻辑“ 0”信号，这个低电平就是起始位，接收端检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收数据位信号，所以起始位就表示字符传送开始，起始位只有 1位。 数据位：紧跟在起始位后面的就是数据位，数据位长度可以是 7或 8位数据。 在数据传送过程中，数据从最小有效位开始传送。 奇偶校验 位：数据位发送完后，可以选择是否发送奇偶校验位，奇偶校验用于差错检测，有奇校验和偶校验两种方式。 奇校验是指在所有数据位和校验位中，“ 1”的个数为奇数；偶校验是指在所有数据位和校验位中，“ 1”的个数为偶数。 奇偶校验的方法是：如果采用奇校验，则对所有数据位取异或后求反便是校验位的数值；如果采用欧校验，则对所有数据位取异或即是校验位的数值。 停止位： 在奇偶校验位或数据位之后发送的是停止位，可以是 1位、 1位半0 起始位 第 n+1 个字符 第 n 个字符 起始位 0 空闲位 空闲位 低位 高位 5~8 位数据 奇偶 校验 停止 位 金陵科技学院学士学位论文 第四 章 硬件设计 16 或 2位，表示一个字符的结束。 波特率：通信线路上的字符数据是按位传送的，每一位宽度（位信号持续 时间）由数据 传送速率确定，传送速率越快，每一位的宽度越短。 把数据传送速率称为波特率，其定义是：单位时间内传送的信息量，以每秒传送的位（ bit）表示，单位为波特。 1波特 =1位 /秒 =1bit/s=1bps 在异步串行通信中，发送端和接收端保持相同的传送波特率，相同的起始位、奇偶位和停止位，这样收发两端 才能成功地传送数据。 RS232接口电路图及其功能说明 单片机上有 UART（通用异步接收 /发送）用于串行通信，发送时数据由 TXD端送出，接收时数据由 RXD端输入，片内有两个缓冲器，一个作为发送缓冲器，另一个作为 接收缓冲器。 UART是可编程的全双工串行口，这里的串行口只提供TTL电平 ，可以使用驱动芯片如“ MAX232”把 TTL电平变成 RS232标准接口电平，从而和通用微机通信。 串行通信的 RS232接口电路，包括扩展串行通信的异步收发器以及 RS232电平转换电路。 (1)、 MAX232片介绍 MAX232是一种把电脑的串行口 RS232信号电平（ 10 ， +10v）转换为单片机所用到的 TTL信号点平（ 0 ， +5）的芯片 , MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的接口电路 ,使用 +5v单电源 供电。 内部结构基本可分三个部分： 第一部分是电荷泵电路。 由 6脚和 4只电容构成。 功能是产生 +12v和 12v两个电源，提供给 RS232串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。 由 1 1 1 14脚构成两个数据通道。 其中 13脚（ R1IN）、 12脚（ R1OUT）、 11脚（ T1IN）、 14脚（ T。