基于单片机的直流电机调速控制系统设计_毕业设计(论文)(4)

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统简单，所以采用一般的单片机即可胜任，本系统采用廉价耐用的STC单片机。

2.测控环节硬件选型

SPGT62C19B电机控制模组是为学生以及单片机爱好者研究直流电机控制而设计的学习套件。模组采用凌阳SPGT62C19B电机驱动芯片，配置直流电机。模组可以方便地用排线与SPCE061A 精简开发板（即“61板”）连接，可作为单片机教学、产品开发前期验证等辅助工具使用。直流电机型号为310CA，工作电压 3V~12V。在直流电机的转轴上安置了光栅转盘，光栅转盘的两侧分别装有鼠标用红外发射和接收管。当直流电机转动时，光栅将不断改变红外对管的通断状态，从而实现对直流电机转速的测量。SPGT62C 19B是低电压单片式电机驱动器集成电路芯片，由输入的逻辑电平来决定输出脉冲的宽度及频率，所以由这款芯片组成的电机驱动系统将脉冲发生器、脉冲分配器、脉冲放大器合为一体，省去了很多外围器件。总之，该模组囊括了直流电机、控制芯片、测速环节，保障了硬件兼容性，缩短了系统设计开发时间。若采用L298、TD340等其他驱动芯片和霍尔元件等其他测速装置，则各部分硬件接口组装调试需耗费大量时间，而且可能得不到预期匹配效果，降低调速系统性能。

3.输入输出设备选型

输入设备采用4*4矩阵键盘，不仅原理简单，节省成本；而且对比加减置数方案，矩阵键盘设置方式更加快速便捷。输出设备采用八段数码管动态扫描显示方式，较之LCD显示方式，数码管成本低，编程简单。 3.4 测速环节 3.4.1 光栅转盘

直流电机转轴上加装了光栅转盘，可用来测量电机的转速，也可便于观察电机的转动情况。光栅转盘遮挡在红外发射管和红外接收管之间。光栅转盘的圆面上开了4个通光槽，电机每转动一周，红外接收管将接收到4次红外光，从而可以实现电机测速功能。

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图3.2 转速测量环节示意图

图3.3 光电转换电路原理图

3.4.2 光电转换电路

当红外发射管与红外接收管之间被直流电机光栅转盘的不透明部分遮挡时，红外接收管处于截止状态，此时图中的SPEED输出高电平。反之，当光栅转盘的通光槽转至红外对管之间时，红外接收管处于导通状态，此时SPEED输出低电平。将SPEED连接到单片机INT1口，speed端口电平变化恰好引发INT1下降沿的产生，设置中断服务函数进行计数，即可通过计数值计算出电机转动速度。 3.5 凌阳电机驱动芯片——SPGT62C19B芯片

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3.5.1 芯片简介

SPGT62C 19B是低电压单片式电机驱动器集成电路芯片，SPGT62C19B输出电压可达40v，输出电流可达750mA，由输入的逻辑电平来决定输出脉冲的宽度及频率，所以由这款芯片组成的电机驱动系统将脉冲发生器、脉冲分配器、脉冲放大器合为一体，省去了很多外围器件。SPGT62C19的内部由两组完全相同的控制电路组成了两路输出通道。其中一路通道的控制电路原理如图所示。输入控制信号经前级缓冲后送入片内控制器，然后由控制部分进行处理并驱动晶体管，最后由OUT端输出驱动信号以控制电机的运行。控制引脚功能介绍如下：

图3.4 电机驱动芯片原理图电路图

以通道1为例，控制口IO1与Ill的不同逻辑组合可使通道1输出端产生不同大小的电流输出;PHASE1的逻辑电平值决定了该通道的电流输出方向。PHASEI与电流方向的对应关系为:

表3.1 控制引脚功能表

引脚 20 17 16 8 9 10 名称 IO1 II1 PHASE1 IO2 用途 通道1电流大小控制 通道1电流大小控制 通道1电流方向控制 通道2电流大小控制 通道2电流大小控制 通道2电流方向控制

II2 PHASE2

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表3.2 电流输出控制表

IO1逻辑值 0 1 0 1 II1逻辑值 0 0 1 1 输出电流 Imax 0.67Imax 0.33Imax 0 1 OUTA->OUTB PHASE1逻辑值 0 输出电流方向 OUTB->OUTA 3.5.2 SPGT62C19B控制直流电机的方法

SPGT62C 19B的两个输出通道可以分别控制一台直流电机。以通道1为例，只需设定PHASE1的逻辑电平，即可实现电机的正反转控制。而电机调速可以通过不断改变I01和IIl的高低电平状态，使输出通道产生PWM波形信号，从而利用PWM的占空比来调节电机转速。

图3.5 电机驱动芯片控制原理图

3.6 控制系统核心——单片机 3.6.1 STC单片机最小系统

1、主要特性：

4K字节可编程闪烁存储器 128*8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源

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片内振荡器和时钟电路 2、部分管脚说明： VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口， P0能够用于外部程序数据存储器。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流， P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为STC的一些特殊功能口:P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3 单片机最小系统的实现 时钟电路

系统的时钟电路设计采用内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。STC单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、震荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值约为22μF。

复位电路

复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的

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