直流电机PWM控制实现.doc

1、直流电机 PWM 控制实现 摘 要 本文介绍了一种基于单片机控制的PWM直流电机调速系统，系统以89C51单片机 为核心,以小型直流电机为控制对象,实现双闭环PI控制。系统包括转速给定、转速 显示、转速检测、电流检测、PWM脉宽信号产生电路以及直流电机驱动电路。从直流 调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流PWM调速系统的数学模型，给出了该系统 的详细设计思路、软硬件设计、电路结构和采用PI控制算法的控制程序流程。在芯 片选择方面，以89C51为控制核心，分别采用了AD574电流模/数转换、8253转速M/T 法测量、8279转速设定/显示、DAC1208/TL494PWM波形产生、LDM18

2、200电机驱动等芯 片和一些外围电路。该系统具有较好的控制精度,可以在中小功率直流电动机上广泛 使用。 关键词 单片机；直流电机；调速系统；PWM；双闭环控制 Abstract A kind of PWM direct current motor speeding control system by this paper is introduced based on Single-Chip Computer control.In this system, taking the single- chip computer89C51 as the core part and the small-t

3、ype of DC motor as the control object.a double closed-loop PI control is implemented.This system consists of rotation setting,display and detection, current sensing, PWM pulse signals generator circuit and the DC drive circuit.Beginning with the theory of the DC timing system,this article has built

4、up the maths model of the reversible DC-PWM timing system with a dual-converter and dual-closed-loop,Given the details of the system design, software and hardware design, circuit structure and control algorithms using the PI process control proce- dures. In the chip selection, to 89C51 for the contr

5、ol of the core,By using the AD574 current A/D converter, 8253 Speed M/T measurement, 8279 speed settings/Show, DAC1208/TL494PWM waveform generator, LDM18200 motor drive, such as chips and some external circuit.The system has better control accuracy, in small and medium-sized power on the wider use o

6、f DC motor. Key words single-chip computer；DC motor； adjustment speed system；PWM；double closed-loop control 目 录 摘 要 I Abstract.II 目 录 III 第 1 章 绪论 1 1.1 序言 1 1.2 直流调速系统发展概况 1 第 2 章 直流脉宽调速系统的理论研究 2 2.1 直流电动机的调速方案 2 2.2 直流电机 PWM调速原理 2 2.3 双闭环可逆直流 PWM调速系统原理 4 2.3.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 .4 2.3.2 稳态结构图和静特性 .5

7、 2.3.3 双闭环脉宽调速系统的动态性能 .6 第 3 章 双闭环可逆直流 PWM 调速系统的硬件设计 9 3.1 单片机的选择 .10 3.2 电流检测电路 .13 3.2.2 AD574的工作原理 14 3.2.3 AD574和 89C51单片机的接口电路 14 3.3转速测量电路 15 3.3.1 M/T法测速原理 15 3.3.2 转速测量硬件电路 17 3.4 转速设定/显示电路 17 3.4.1 8279可编程键盘、显示接口芯片 .17 3.4.2 键盘/显示接口电路 .19 3.5 PWM调制信号产生电路 20 3.5.1 DAC1208内部结构和引脚功能 20 3.5.2 专

8、用 PWM集成电路芯片 TL494 21 3.5.3 TL494电路实现 22 3.6 直流电机 PWM驱动电路 .23 3.6.1 LMD18200驱动电路原理 .24 3.6.2 专用直流电动机驱动芯片 LMD18200 .26 第 4 章 双闭环可逆直流 PWM 调速系统的软件设计 .28 4.1 软件的结构设计 .28 4.2 主程序设计 .30 4.3 电流调节器和转速调节器的算法及软件实现 .31 全文总结 .35 致 谢 .36 参考文献 .37 附 录 .38 第 1 章 绪论 1.1 序言 在现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，生产工艺、产品质量 的要求不断提

9、高和产量的增长，使得越来越多的生产机械要求能实现自动调速。对可调 速的电气传动系统，可分为直流调速和交流调速。直流电动机具有优良的调速特性，调 速平滑、方便，易于在大范围内平滑调速，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实 现频繁的无级快速起制动和反转，能满足生产过程自动化系统中各种不同的特殊运行要 求，至今在金属切削机床、造纸机等需要高性能可控电力拖动的领域仍有广泛的使用， 所以直流调速系统至今仍然被广泛地使用于自动控制要求较高的各种生产部门，是截止 到目前为止调速系统的主要形式。 1.2 直流调速系统发展概况 五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。首先，实现了整流器件的更新换代， 从 5

10、0年代使用已久的直流发电机电动机组（简称 GM 系统）及水银整流装置，到 60 年代的晶闸管电动机调速系统（简称 VM 系统） ，使得变流技术产生了根本的变革。 再到脉宽调制（Pulse Width Modulation）变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有 所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。 80年代随着计算机技术和通信技术的发展，832 位单片机相继出现并使用于控制系统， 控制电路已实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。由于系统的调速精度高，调速 范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。技术迅速发 展，走向成熟化、完善

11、化、系统化、标准化，在可逆、宽调速、高精度的电气传动领域 中一直居于垄断地位。 第 2 章 直流脉宽调速系统的理论研究 2.1 直流电动机的调速方案 直流电动机转速 n的表达式为： n= (2-1) 式(2-1)中 U为电枢端电压，I 为电枢电流，R 为电枢电路总电阻， 为每极磁通量，K 为电动机结构参数。 由(2-1)式可知，直流电机转速 n的控制方法有三种： KIU t U0sUi T t2t10 t 0 Ust (1)改变电枢电路电阻 R在电动机电枢外串电阻进行调速，只能有级调速，平滑性差、机 械特性软、效率低。 (2)改变电机主磁通 只能减弱磁通，使电动机从额定转速向上变速，属恒功率调

12、速方法， 动态响应较慢，虽能无级平滑调速，但调速范围小； (3)调节电枢电压 U,改变电枢电压从而改变转速，属恒转矩调速方法，动态响应快，适用 于要求大范围无级平滑调速的系统； 2.2 直流电机 PWM 调速原理 变电压调速要有可调的直流电源。根据供电电源的种类分两种情况 1：一是采用可控 硅变流装置，将交流电转变为可调的直流电。二是采用直流斩波器，将交流电通过整流 提供直流电源，实现脉冲调压调速。随着电力电子全控器件的成熟，采用全控电力晶体 管 IGBT、MOSFET 等全控式电力电子器件组成的直流脉宽调制（PWM）型的调速系统近年 来已发展成熟，用途越来越广。 大多数直流电机的驱动采用开关

13、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。图 2.1是利用开关 管对直流电动机进行 PWM调速控制的原理图。当开关管 的栅极输入高电平时，开关管D1 导通，直流电动机电枢绕组两端有电压 。 秒后，栅极输入变为低电平，开关管截止，Ust 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t2 的过程。这样，对应着输入的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图 2.2 所示。 图 2.1 PWM调 速控制原理图 图 2.2 输入输出电压 波形图 电动机的电 枢绕组两端的电压平 均值 为： Si D

14、1V 直流 电机 UsTt1= = = (2-2)U0 其中， 称为占空比， = 。 占空比 表示了在一个周期 T里开关管导通的时间和周期的比值。 的变化范围为 0 1。由式(2-2)可知，当电源电压 不变的情况下，电枢的端电压的平均值s 取决于占空比 的大小，改变 值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，U 这就是 PWM调速原理。 在 PWM调速中，占空比 是一个重要参数。改变 的方法有三种： (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。t1t2 (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。t2t1

15、 (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 。t12 PWM控制信号的产生方法有 4种 2： (1)分立电子元件组成的 PWM信号发生器 (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。 (3)专用 PWM集成电路 (4)单片机的 PWM口 后 2种方法是目前获得 PWM信号的主流方法，本系统采用方法(3)产生 PWM脉冲信号。 2.3 双闭环可逆直流 PWM 调速系统原理 2.3.1 转速、电流双闭环调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别是 转速和电流，二

16、者之间实行串级联接，如图 2.3 所示 3。 + Uct RIdI0E n_ iUi + _ n ASR ACR KPWMCe 1R 图 2.3 双闭环调速系统稳态结构图 2.3.2 稳态结构图和静特性 t2s 为了分析双闭环调速系统的静特性，绘出了它的稳态结构图，如图 2.3所示。分析 静特性的关键是掌握这样的 PI调节器的稳态特征。一般存在两种状况，饱和：输出达到 限幅值；不饱和：输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不 再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI 作用使 输入偏差电压 在稳态时总是为零。U 实际上，在正常运行时，电流调节器

17、是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来 说，只有转速调节器饱和和不饱和两种情况 4。 (一)转速调节器不饱和 这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。因此 = =Un = =iId 由第一个关系式可得： n= = (2-3)n0 从而得到图 2.4静特性的 -A段。和此同时，由于 ASR不饱和， ，从上述第 二个关系式可知： 。这就是说， -A段静特性从 0（理想空载状态）一直IdmId 延续到 = ，而 一般都是大于额定电流 的。这就是静特性的运行段。I Inom (二)转速调节器饱和 这时，ASR 输出达到限幅值， 转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生 影响。

18、双闭环系统变成一个电流无静差的单闭环系统。稳态时 = = (2-4)IdI 其中，最大电流 是设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最Idm 大加速度。式(2-4)所描述的静特性是图 2.4中的 A-B段。这样的下垂特性只适合于 n 的情况。因为如果 n ，则 ，ASR 将退出饱和状态。n00Un 2.3.3 双闭环脉宽调速系统的动态性能 考虑到双闭环控制的结构，可绘出双闭环调速系统的动态结构图，如图 2.5所示。 图中 和 分别表示转速和电流调节器的传递函数。为了引出电流反馈，WASR)s(C)s( 电机的动态结构图中必须把电流 显露出来。Id B n 0 IdnomIdId

19、 A iUi Uim 图 2.4 双闭环调速系统的静特性 E+ Ui innctUd0Idl nsWASR）（ sWACR1sTKPMsmTRCe11sl/TR 图 2.5 双闭环脉宽调速系统的动态结构图 在这里，先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速 调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。 流调节器的设计 由双闭环系统动态结构图可看出外环通过反电动势 E对内环产生影响，但是由于实 际系统中处于外环的系统机电时间常数 比内环的时间常数大得多，机构经 ACR对内环Tm 效 + sdIsiU ACR 1sil/TRKPWM 图 2.6 电流环的动态简化结构图 正后其输出

20、量 的动态过程变化很快，而反电动势 E的变化过程 E(t)相对来说是缓taI 慢的。反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程 中可以近似地认为 E基本不变。因此在设计电流环时可以简化计算略去反电动势 E对内 环的影响，将电流闭环的动态结构简化为单位负反馈形式并将脉宽调制器和 PWM变换器 的滞后时间 T和电流反馈滤波时间 两个小的时间常数所对应的两个小惯性合并为一个Ti0 小惯性时间环节，即 =T+ ，于是得到如图 2.6的电流简化动态结构图。 电流环即可设计成典型 I型系统也可设计成典型 II型系统。在一般情况下，当控制 对象的两个时间常数之比 时，典型 I系统

21、的抗扰恢复时间还是可以接受的，因10 此，效正成典型 I型系统，显然采用 PI调节器，其传递函数为： = (2-5)sWACR 电流调节器的参数包括 和 ，为了让调节器零点对消掉控制对象的大时间常数极点，Ki 取 = 。按二阶最佳系统效正，在一般情况下，希望超调量 % 5%时，查表得阻尼比iTl =0.707， =0.5，因此 = (2-6)i 转速调节器的设计 iTili1iI TRis2l 转速 输出 设定 转速 由自动控制基本理论推导可得，电流环不论是典型 I型或是典型 II型化，在一定的 近似条件下都可以等效为一个惯性环节，写成通式为： =scliW 若典型 I型化且 =0.707，

22、=0.5，则 a=2。若典型 II型化 h=5,m=0.1，则 a=5/6。 由上式画出转速闭环的动态结构图，将它简化为单位负反馈形式并将两个小惯性合 并为一个小惯性，即将转速给定及转速反馈的滤波时间常数 和电流环等效时间常数 a Ton 合并为转速环小惯性时间常数 。由于要求转速对负载扰动无静差，则在 ASR中必 须含有积分环节，取 ASR为 PI调节器，因此转速环按典型 II型系统设计。若只考虑给 定信号的作用则得到简化的转速环的动态结构图如图 2.7所示，这里有 = +a (2-7)Ton n（s ） snU 1s2menCRK + 图 2.7 转速调节闭环等效动态结构图 可见，上图已具

23、备典型 II型系统的标准形式，ASR 调节器的参数按以下各式计算即 可 = = (2-8)KN = (2-9)n = (2-10) 第 3 章 双闭环可逆直流 PWM 调速系统的硬件设计 本系统采用 8 位单片机 89C51 作主控制器，辅以脉宽调制（PWM）器和电机驱动器 等环节实现单片机控制电动机双闭环可逆直流 PWM 调速系统，原理框图如图 3.1 所示， 其内环是电流反馈及控制环，外环是电动机转速反馈及控制环，内环和外环的调节都是 由 89C51 单片机软件完成数字 PI 控制规律的运算。 负载扰动单片机控制器 转速 调节 器 PI1 电流 调节 器 PI2 DAC120 8 数模转

24、换 TL494P WM 信 号产生 LMD 18200 电机 驱动 直流 电动 机 AD574 电流反馈 8253转速反馈测量 8279 转速设 定/显示 图 3.1 单片机控制双闭环直流调速系统原理框图 由图 3.1 可知,系统中设置的转速和电流两个调节器，不是将它们的输出加在一起象 单环系统那样共同作为 PWM 调制器的控制电压，而是将两个调节器实行串级连接。 1ia/TKI TiTNiT2nh1Th RC2me1 下面将对系统中各个硬件的功能和工作原理作简要介绍。 3.1 单片机的选择 在详细的系统分析、实用性、经济性分析的基础上，选用了 MCS-51 系列的 89C51 单片机 5，其

25、主要特点是： 一个 8 位 CPU； 128 字节 RAM 数据存储器，4K 字节 ROM 程序存储器； 21 个特殊功能寄存器； 4 个 8 位并行 I/O 口，其中 、 为地址/数据线，可寻址 64KB ROM 和 64 KB P01 RAM； 一个可编程全双工串行口； 具有 5 个中断源，可编程两个优先级，嵌套中断结构； 两个 16 位定时器/计数器； 一个片内振荡器及时钟电路。 89C51 单片机功能引脚如图 3.2 所示。 图 3.2 89C51单片机功能引脚 其各引脚功能如下： 1.电源引脚 Vcc和 Vss (1)Vcc：电源端，接+5V 电源。 (2)Vss：接地端(GND)。

26、 2.外接晶体引脚 XTAL1和 XTAL2 (1)XTAL1：片内振荡电路的输入端，是外接晶体的一端。 (2)XTAL2：片内振荡电路的输出端，是外接晶体的另一端。 3.控制信号引脚 RST、ALE、 和PSENA (1)RST/Vpd：RST 是复位信号输入端，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 引脚的第二功能是备用电源 Vpd的输入端。当主电源 Vcc发生故障，降低到规定值时，此引脚可接备用供电，由 Vpd向内部 RAM提供备用供电， 以保持片内 RAM中的数据。 .2367RTVpd9(XD)IOWLGcC (2)ALE/ ：地址锁存允许信号端。

27、PROG (3) ：片外程序存储器读选通信号输出端。SEN (4) /Vpp：片内、片外程序存储器选择端/编程电压输入端。A 在 Flash存储器编程期间，使用该引脚的第二功能，用于提供编程电压。 4.输入/输出(I/O)引脚 (1)P0口（P0.0P0.7）：P0 口的第一功能是作为通用的 I/O口，用来输入/输出数 据，输出数据有锁存功能。P0 口的第二功能是当 CPU访问片外存储器时，分时提供低 8 位地址和 8位数据的复用总线。 (2)P1口（P1.0P1.7）：P1 口一般作为通用的 I/O口使用，用于传送用户的输入/ 输出数据。 P1 口的第二功能是在对片内 ROM编程或校验时输入

28、片内 ROM的低 8位地址. 。 (3)P2口（P2.0P2.7）：P2 口的第一功能是当不扩展片外存储器时，作为通用 I/O 口。第二功能是当 89C51扩展片外存储器时，和 P0口配合，输出片外存储器的高 8位地 址，共同形成 16位片外地址总线。 (4)P3口（P3.0P3.7）：P3 口除了作通用的 I/O口外，作为控制用的第二功能如 表 3.1所示。 表 3.1 P3 口的第二功能 P3口引脚 第二功能 P3.0 RXD(串行数据输入口) P3.1 TXD(串行数据输出口) P3.2 （外部中断 0输入）0INT P3.3 （外部中断 1输入）1 P3.4 T0（定时器/计数器 0外

29、部输入） P3.5 T1（定时器/计数器 1外部输入） P3.6 （外部数据存储器写选通信号输出）WR P3.7 （外部数据存储器读选通信号输出）D 3.2 电流检测电路 目前,电流检测分为直流检测和交流检测两种方法。本系统采用AD574芯片进行电流 检测,利用一个低阻值大功率电阻和直流电机串联,将该电阻两端的电压作为电流检测的 输入信号,再将检测到的电流信号作为电流环的反馈信号,参和转速调节控制。 AD574芯片是一种有 28个引脚双列直插式的芯片，其功能管脚如图 3.3所示。 图 3.3 AD574芯片功能管脚图 各主要管脚功能如下: ：CS 芯片选择线。 =0，芯 片被选中。 CE：控

30、制时钟输入 端。 R/ ：C 功能选择。 R/ 低电平 时，启动转 换；R/ 高 电平时读出。 当 =0、CE=1，R/ =0时，启动 A/D进行转换。CSC 当 =0、CE=1，R/ =1时，允许数码读出。 ：控制转换时间。A0 线通常接计算机地址总线的最低位。 进行转换时，若 为低电平，完成 12位转换； 为高电平，则进行 8位转换。A0A0 在读数据时， 位低电平，高 8位数据有效； 为高电平，低四位数据有效。 12/ ：决定数据输出格式。8 12/ 接低电平时，数据输出由两个 8位字节构成。 12/ 接高电平时，数据输出由一个 12位字节构成。 STS：状态输出信号。 3.2.2 AD

31、574 的工作原理 AD574其内部控制逻辑是用来发出转换启动/停止信号，时钟信号和复位 SAR信号， 并且控制转换过程，这个控制逻辑受外部 5个信号控制，当 AD574控制部分接到开始转 换命令时，它将使时钟有效，并使 SAR复位为零，一旦转换周期一开始，便不再被重新 启动，此时内部输出缓冲器没有数据输出 6。AD574 逻辑控制真值表如表 3.2所示。 表 3.2 AD574 逻辑控制真值表 CE CSR/ 12/8A0工作状态 0 禁止 1 禁止 1 0 0 0 启动 12位转换 1 0 0 1 启动 8位转换 1 0 1 接 1脚（+5V） 12位并行输出有效 1 0 1 接 15脚（

32、0V） 0 高 8位并行输出有效 1 0 1 接 15脚（0V） 1 低 4位并行输出有效 表中 0为低电平，1 为高电平， 为任意状态 其工作过程：当 =0、CE=1，R/ =0时，转换开始，当 =0、CE=1，R/ =1时，CSCCSC 允许读出数据。在转换开始时，R/ 应由高电平转换为低电平。转换结束后 R/ 应为高 电平以便读出转换结果。 3.2.3 AD574 和 89C51 单片机的接口电路 如图3.4所示, AD574的 片选端接锁存器的Q7端, A0端接锁存器的Q1端, R/ 接锁存器CS C 的Q0端,89C51的 和 经和非门和AD574的CE端相接, AD574进行12位

33、数字转换，12/WRD 接地表示89C51要分两次从AD574读出A/D转换的12位数字量。BIP的接法表示10VIN或8 20VIN被设定为双极性电压输入 7。 图 3.4 AD574和 89C51单片机接口电路图 3.3 转速测量电路 转速检测的精度和快速性对电机调速系统的静、动态性能影响极大。为了在较宽的 速度范围内获得高精度和快速性，本设计使用每转 1024线的光电编码器作为转速传感器， 它产生的测速脉冲频率和电机转速有固定的比列关系，单片机对该频率信号采用 M/T法 测速处理。 3.3.1 M/T 法测速原理 M/T法测速原理是在对光电编码器输出的测速脉冲数 进行计数的同时，对时钟脉

34、m1 冲的个数 也进行计数。 m2 89C51 +5V 测速时间 由测速脉冲来同步，即由图 3.7硬件电路实现 等于整 个脉冲周期。Td Tdm1 设从图 3.5上 a点开始，计数器分别对 和 计数，到达 b点，预计的测速时间 到，m12Tc 微机发出停止计数指令，但因为 不一定恰好等于整数个编码器输出脉冲周期，所以计Tc 数器仍对时钟脉冲计数，直到 c点时，可以利用下一个转速脉冲上升沿（即 c点）触发 数字 Td T c c ba tm2 S m1 时钟脉冲 测速脉冲 发生器 脉冲 GATE0 GATE1 图 3.5 M/T测速原理图 测速硬件电路使时间计数器停止计数。这样， 就代表了 个测

35、速脉冲周期的时间。m21 设时钟脉冲频率为 ，光电编码器每转发出 P个脉冲，则电动机转速的计算公式为：fo n = = = r/min 在本系统中，由于选用 2MHz，P1024 ，所以转速计算公式有：f0210 n= =117188 r/min 3.3.2 转速测量硬件电路 M/T法转速测量硬件电路如图 3.7所示。途中 8253的 0号、1 号计数器分别对 和m1 进行计数，D 触发器 用来使 的计数和测速脉冲计数同步，由于 8253为下降沿m2F1m2 计数，故使用反向器 G，启动测速和停止测速信号由 89C51单片机的软件向 P1.2口输出， P1.3口用于测速电路软件输出复位脉冲信号

36、。 为实现 和 同步计数，8253 的 0号和 1号计数器使用方式 2工作。上电初始化12 进入这种方式后，可用 GATE电平对计数过程进行监控。当 89C51单片机在图 3.5上 s点 时 测速脉冲发生器脉冲 F1 1 D0 D7 89C51 CLK0 D0 GATE0 CLK1 D7 GATE1 CP Q D 时钟脉冲 2MHz P1.3复位 脉冲 P1.2 启动停止测速信号 图 3.7 M/T法转速测量硬件电路 刻向 P1.2口输出高电平，发出启动测速信号，即置 为高电平，0 号测速脉冲计数GATE 器立即从初始值开始计数直至在图 3.5上 b点时刻向 P1.2口输出低电平。这样从测速启

37、 动点 s到停止点 b时间间隔内， 为高电平，则输入 8253 端口的测速脉冲计GATE0CLK 数值即为 。m1 3.4 转速设定/显示电路 3.4.1 8279 可编程键盘、显示接口芯片 f06m2P121K4 8279芯片有 40条引脚，由单一5V 供电。主要由以下几个部分组成： (1)I/O控制和数据缓冲器； (2)控制和定时寄存器及定时控制部分； (3)扫描计数器； (4)回送缓冲器和键盘去抖动控制电路； (5)FIFO(先进先出)寄存器和状态电路； (6)显示器地址寄存器和显示 RAM。 各引脚的功能见表 3.2所示： 表 3.2 8279 各引脚功能 引脚符号 引脚号 引脚名称和

38、功能 VCC 40 电源的+5V 端 VSS 20 电源的 0V端 RESET 9 复位信号输入端RD 10 读信号输入端W 11 写信号输入端A0 21 系统地址总线最低位输入端CS 22 片选端 CLR 3 时钟输入端 IRQ 4 中断请求信号输出端 -D701912 双向数据总线，在 CPU和 8279间传送命令、状态 和数据 -SL33532 扫描输出端，对键盘/传感器矩阵和显示器进行扫 描 -R7085、2、1、 39、38 键盘/传感器矩阵的信息输入端 SHIFT 36 换挡输入端，使键盘上每键有上、下两档不同的功 能。传感器方式和选通方式时，该信号无效。 CNTL/STB 37

39、控制/选通输入端，高电平有效。键盘工作方式时， 时控制端；选通输入方式时，是选通端；传感器方 式时，该信号无效。 OUTA3-OUTA0 2427 A组显示信息输出端。和 B组显示信息输出端一样， 都是 16*4显示寄存器的输出端。两组可独立使用， 也可合并使用。 OUTB3-OUTB0 2831 B组显示信息输出端BD 23 显示消隐输出端，低电平有效。消隐命令时，或显 示信息切换时，使显示消隐（不亮） 3.4.2 键盘/显示接口电路 8279芯片和 89C51单片机的硬件接口电路如图 3.8所示。该系统选用 28键盘和 8位显示器，工作于 8位显示和键盘输入工作方式，均为编码扫描，其组成可

40、分为三个部 分： 图 3.8 8279和 89C51的硬件接口 1.显示接口：由 8个 7段 LED显示器组成。 经 74LS138(1)译码扫描控制位SL02 选口，显示字符的段选码由 8279芯片的两个 4位输出口 、 同步输OUTA3B30 出实现，并且经 74LS06非门轮流驱动 7段 LED显示器。消隐显示信号输出线 和D 74LS138(1) 的使能端 相连，当显示转换时， 输出低电平关闭 74LS138(1),从而达E3BD 到显示消隐的目的。 2.键盘接口：键盘中的复位键不用扫描，其余 16个键排成 2行 8列的矩阵。通过 “改参键”进入转速调整程序,利用“左移/右移键”选择需

41、要改变数值的数码管位置, “09”为 10个数字键,通过“确定键”完成转速设定，其他键为备用键。8279 工作于 键盘输入方式，8 根列扫描线由 经 74LS138（2）译码获得，2 根行信号线由SL02 、 引入。由于 8279的输入线 内部有上拉电阻，当无键按下时均为高RL01RL7 电平，而当有键按下时则被键盘上的按键拉成低电平，该键的行、列号信息被读入 FIFO RAM缓冲器中。同时 8279的中断请求信号 IRQ为高电平，可向 CPU申请中断，读取键值 代码。 P.WIN659CKQHFVG位Y()abcdefg 3.8279和 89C51的接口：在图 3.8硬件连线中，单片机 89

42、C51的 P2.7脚经反相器接 片选信号 ,8279的 端用于控制读写命令/状态和数据， 和地址锁存器 74LS373输CSA0 A0 出的最低位地址线 相连， 8279 的 CNTL、SHIFT 引脚接地，89C51 的 P2.5脚、P2.6B 脚接地。 3.5 PWM 调制信号产生电路 在晶体管功率放大和电源电路中，脉冲宽度调制器（Pulse Width Modulate）以其 功耗低、效率高得到了越来越广泛的使用。本系统采用专用 PWM集成电路芯片 TL494，通 过 D/A转换器 DAC1208，把数字量转换成模拟电压量，供 TL494电压驱动。 3.5.1 DAC1208 内部结构和

43、引脚功能 DAC1208系列芯片内部由两个锁存器、一个寄存器、一个D/A转换器构成 8。 内部结构框图如图3.9所示。 芯片中 DI0DI11 为数字量输入，Rfb 为反馈电阻输入，VREF 为参考电压,Vcc 为+5V 电源。DAC1208 为 12位数模转换,采用二级缓冲(即二级锁存)工作方式，内部有: 高 8位 和低 4位锁存器(一级锁存),12 位 DAC寄存器,12 位乘法 DAC转换。转换计算公式: Vout=VREF * Din/2e12。其中: VREF 为参考电压；Din 为输入二进制数字量的十进制数 值,如 1B=917D；2e12=4096。 AGND为模拟量地,DGND

44、 为数字地,即接地。 图 3.9 DAC1208内部框图 : 为字节顺序控制信号,高电平(二进制数信号为 1)时开启高 8位和低2/1BYTE 4位锁存器,低电平(二进制数字信号位 0)时只开启低 4位,数字量输入时必须先送高 8位,再 送低 4位,不然会出错。 和 :两者相结合(接在一起)为一级锁存控制,低电平有效,即输入锁存器接受CS1WR 数字信号,高电平时锁存。 和 ：结合二级锁存控制,低电平有效,即将数字信号从输入锁存器送到 DAC2XFE 寄存器,再送到 DAC转换器进行转换,高电平锁存。 Iout1为转换电流输出 1,Iout2为转换电流输出 2。两者关于某常数互补，即 Iout

45、1+Iout2=常数。 3.5.2 专用 PWM 集成电路芯片 TL494 TL494是美国德州仪器公司的产品，原本是为开关电源设计的一种性能优良的脉宽调 制控制电路。该芯片具有能够任意调节死区时间、驱动能力强、性能稳定等优点。 TL494的结构框图如图 3.11所示 9，包括两个误差放大器、片内可调锯齿波振荡器、 死区时间控制比较器、PWM 比较器、触发器、5V 基准电压以及输出控制电路(两个晶体管 Ql和 Q2)。5、6 脚外接振荡电阻 TR和振荡电容 CT，它们决定了振荡器的工作频率，频 率范围为 1kHz3O0kHz，振荡器的输出被分别送到死区时间控制比较器和 PWM比较器的 反相输入

46、端，需进行脉冲调宽的电压被送到 PWM比较器的同相输入端，通过 PWM比较器 进行比较，在 PWM比较器的输出端得到一串具有一定宽度的矩形脉冲，当脉冲调宽电压 变化时，TL494 输出的脉冲宽度也随之改变，从而改变开关管的导通时间，达到调节、稳 定输出电压的目的。脉冲调宽电压可由 3脚直接送入的电压来控制，也可分别从两个误 差放大器的输入端送入，通过比较、放大，经隔离二极管后输出到 PWM比较器的正相输 入端。PWM 比较器的输出电压和死区时间控制比较器的输出电压同时被送到和门的输入端， 和门的输出脉冲经 D触发器分频后被分别送到两个和非门去控制功率放大晶体管的开关 工作状态，在输出方式控制端

47、 13的控制下，TL494 的输出三极管可接成共发射极及射极 跟随器两种方式，当该端为高电平时输出方式为双端推挽输出，当该端为低电平时输出 方式为单端输出，在推挽输出方式时，就可以在晶体管的输出端 9、10 脚得到相位差 180 度的两路驱动脉冲；而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同频同相，若将两路输出并联 就可以增大其输出电流。另外，TL494 的基准电源输出端 14脚可以向外提供 5V参考电源。 图 3.11 TL494的结构框图 3.5.3 TL494 电路实现 本系统所设计的 TL494使用电路图如图 3.12所示，下面介绍其功能实现过程: 首先通过电阻 R3和可调电阻 R7得到给定电压

48、 Vg，Vg 经 R5、C3 低通滤波之后输入 到 TL494误差放大器 1的正端，再通过 DAC1208输出的电压 Vo，经 R2、Cl 滤波后输入 TL494误差放大器 1的负端，经误差放大器 1后得到两者的误差 Ve，由 TL494的工作原 理知，此误差 Ve对应一定占空比的 PWM输出信号，当输入电压改变时，Vo 的变化引起 Ve的变化，进而使 TL494输出信号的占空比也发生变化。 由 TL494的内部框图知，两个误差放大器之间由隔离二极管连接，为了使系统正常 工作，需要封闭误差放大器 2的输出，如图 3.12所示，将误差放大器 2的正端接地，而 将其负端接+5V，这样，误差放大器 2的输出便为负，从而封锁了其输出；电阻 R4、R6 及电容 C2构成了误差放大器的负反馈环节；电阻 R9和电容 C7用来实现软启动功能，可 有效地避免电机启动过程中的电流过冲。电容 C4和电阻 R10用来控制振荡器的振荡频率。 图 3.12 TL494电路实现图 3.6 直流电机 PWM