电动机设计方案

1 电动机 设计方案 目背景和意义 电气传动技术以电动机控制为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子 功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成电气传动控制系统。因电 机种类的不同分为直流电动机传动 (简称直流传动 )、交流电动机传动 (简称交流传动 )、步进电机传动 (简称步进传动 )、伺服电动机传动 (简称伺服传动 )等等。众所周知，与交流调速系统相比，由于直流调速系统的调速精度高，调速范围广，变流装置控制简单，长期以来在调速传动中占统治地位。在要求调速性能较高的场合，一般都采用直流电气传动。目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。 三十多年来，直流电机传动经历了重大的变 革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，应用相当普遍，尤其是全数字直流系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。所以，今后一个 阶段在调速要求较高的场合，如轧钢厂、海上钻井平台等，直流调速仍然处于主要地位。 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。 随着计算机控制技术的发展，直流传动系统已经广泛使用微机，实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线全数字化控制系统，能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进 行交换，实现生产过程的自动化分级控制。所以，直流传动控制采用微机实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。 2 内外研究发展现状 电力电子技术是电机控制技术发展的最重要的助推器，电力电机技术的迅猛 发展，促使了电机控制技术水平有了突破性的提高。从 20 世纪 60 年代第一代电力电子器件 明至今，已经历了第二代有自关断能力的电力电子器 件三代复合场控器件 ，如今正蓬勃发展的第四代产品 每一代的电力电子元件也未停顿，多年 来其结构、工艺不断改进，性能有了飞速提高，在不同应用领域它们在互相竞争，新的应用不断出现。同时电机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、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。 早期直流传动的控制器由模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。 20 世纪 70 年代以来，利用单片机作为控制器开始在电机控制系统中被广泛使用， 如 。在单片机控制系统中，单片机作为系统控制的核心，主要用来完成一些算法，同时还要处理一些输入 /输出、显示任务等，单片机的使用使电动机控制系统的性能得到了很大提高。 微机出现于 20 世纪 70 年代，随着大规模及超大规模集成电路制造工艺的 迅速发展，微机的性能越来越高，价格越来越便宜。此外，电力电子的发展，使得大功率电子器件的性能迅速提高。因此就有可能比较普遍地应用微机来控制电 机，完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合使用要求，还可以制造出各种 便于控制的新型电机，使电机出现新的面貌。比较简单的电机微机控制，只要用微机控制继电器或电子开 关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生产流水线中，现在已普 遍采用带微机的可编程控制器，按一定的规律控制各类电机的动作。对于复杂的 电机控制，则要用微机控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等，使电机按给定的指令准确工作。通过微机控制，可使电机的性能有很大的提高。传统的直流电机和交流电机各有优缺点，直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题。交流电机不论是异步电机还是同步电机，结 构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节。 电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方法之一。从80 年代中后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，直流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别是采用了微机及其他先进技术， 使数字式直流调速装置具有很高的精度、优良的控制性能和强大的抗干扰能力，在国内外得 3 到广泛的应用。 数字化直流调速装置作为最新控制 水平的传动方式更显示了强大优势。 数字化直流调速系统不断推出，为工程应用提供了优越的条件。采用微机控制后，整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电机稳态运行时转速精度可达到较高水平。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑，调速范围广，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动、制动和反转，能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。由于微机具有较佳的性能价格比，所以微机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。 4 第 2章 系统设计方案 述 本次毕业设计的主要内容是用单片机做 控制器，完成对直流电动机控制系统的自动控制，系统采用单片机与三相桥式全控整流电路配合的控制方法由单片机键盘输入转速设定值，该数值与数字测速装置采样的转速值进行比较，得到一个差值，再经过转速环和电流环的 节控制程序运算，得到整流电路中可控硅对应的触发时刻，输出可变整流电压。 本课题的设计要达到的目标是以 片机为核心以小型直流电机为控制对象，实现双闭环 制，通过改变三相电路中可控硅的移向触发脉冲来改变整流电路，进而实现调速的目的。 流调速系统的选择 在现代化工业生产中，生产机械都不停的 运动着，几乎无处不使用电力传动装置。由于各种不同的生产机械运动规律不一样，对传动装置性能的要求也不一样。为了提高产品质量，增加产量，提高生产效率，越来越多的生产机械要求能实现转速调节与相应的自动化控制，并且对电力传动装置的拖动性能要求也越来越高。所以直流调速系统也在不断的发展，到现在为止有三种主要的控制系统 统、统和 统。 此系统由原动机 (柴油机、交流异步或同步电动机 )拖动直流发电机 G 实现变流，由 G 给需要调速的直流电动机 M 供电，调节 G 的励磁电流 而调 节电动机的转速 n。 这样的调速系统简称 统，国际上统称 统。这种控制系统有很多缺点，包括设备多、体积大、费用高、效率低和运行有噪声等。 晶闸管 简称 统，又称静止的 统 )， 过调节触发装置 控制电压 5 可改变整流电压 而实现平滑调速。 与 统相比较，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示较大的优越性。晶闸管可控整流器的功率放大倍 数在 104以上，其门极电流可以直接用晶闸管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，交流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。 但是 统也有缺点，由于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。晶闸管对过电压、过电流和高的 dv/di/十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成 “电力公害 ”。 三种可控直流电源， 统在上世纪 60代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统。 此系统用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。在要求快速响应的直流调速场合 换电源具有不可替代的优势。 这种控制系统较前两种控制系统有很多优点，主电路线路简单，需要的功率器件少。开关频率高，电流容易连续，谐波少。低速性能好，调速范围宽，可达 1：10000 左右。若与快速响应的电机配合，动态响应快，动态抗扰能力强。功率开关器件工作在开关状态，道童损耗 小，当开关频率适当时，开关损耗不大，因而装置效率较高。 直流 速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代 统成为主要的直流调速方式。 统总体结构图 比较以上三种控制系统，由于 统缺点，本设计不考虑第一种控制系统。虽然 统比较 统来说也有很多缺点，但是由于本毕业设计的方向是用于大容量系统，而且考虑到经费的问题，所以本设计选择 统作为主控制系统。 闭环调速系统结构图 本设计为了实现转速和电流两种负反馈分别作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。把转速调节器的输出当作电流调节器输入，再用电流调节器的输出去控制触发 6 器。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。结构图如图 图 图 统 整体 结构图 本控制系统的核心是数字控制器，选用 司生产的 其它电路连接组成控制系统。由键盘电路实现转速的设定，显示电路实现转速的实时监控，测速发电机实现速度的检测和反馈，电流传感器实现电流的检测和反馈，过零检测实现零点电压的检测，报警电路实现异常报警， 由 三相全控整流电路 与控制器 相配和实现直流电动机的控制。结构图如图 图 体 结构图 速 度 调节 器电 流 调节 器 全控 整 流电 路直 流电 动机 传 感 器测 速 发 电 机速 度给 定+-+ 机键 盘 电 路显 示 电 路过 零 检 测触 发 器A / 发 电 机电 流 传 感 器 全 控整 流 电 路报 警 电 路 7 第 3章 硬件设计 制器 制器的选择 本设计选用 司生产的 片机， 一个低电压，高性能 单片机带有 4K 字节的可反复擦写的程序存储器（ 和 128字节的存取数据存储器（ 这种器件采用 司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与 列的单片机兼容。片内含有 8 位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的 片机能够被应用到控制领域中。 供以下的功能标准： 4K 字节闪烁存储器， 128 字节随机存取数据存储器， 32 个 I/O 口， 2 个 16 位定时 /计数器， 1 个 5 向量两级中断结构， 1 个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外， 可以进行 0静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时 /计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。单片机引脚图如图 示。 图 引脚说明如下： 源电压 P 1 M O S M I S S C S E R X T X I N T 012P 3 I N T 113P 3 T 014P 3 T 115P 3 W R A L 218X T A L 119G N E E / P R O / V P 8 9 C 5 1 8 9 C 5 1 8 ： 是一组 8 位漏极开路双向 I/O 口，即地址 /数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动 8 个 路。当 “1”被写入 时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。 还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。 在闪烁编程时， 程序校验时，输出指令，需要接电阻。 ： 一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动 4个 路。对端口写 “1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内 部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时， 接收低 8 位地址。 ： 是一个内部带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动 4 个 路。对端口写 “1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时， 送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时， 线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时， 接收高位地址和其它控制信号 。 ： 是一组带有内部电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲故可驱动 4个 路。对 写如 “1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的 将用电阻输出电流。 除作为一般的 I/O 口外，更重要的用途是它的第二功能，如表 示： 表 3口第二功能 还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。 位输入。当震荡器工作时， 脚出现两个机器周期以上的高电平端口引脚 第二功能 行输入口） 行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） 时 /计数器器 0 外部输入） 时 /计数器器 1 外部输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器 读 选通） 9 将使单片机复位。 PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， 出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器， 时钟震荡频率的 1/16 输出固定的正脉冲信号，因此它可对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 冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的 8元的 置禁止 作。这个位置后只有一条 令 会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 效。 PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当 外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次 效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的 号不出现。 部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器， 必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位 编程，复位时内部会锁存 状态。如 为高电平， 执行内部 程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电压 然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 小系统设计 以采用片内震荡或者片外震荡。 片内震荡：芯片中中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚 别是该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石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。外接石英晶体及电容 馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容 然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。用户也可以采用外部时钟。 片外震荡：外部时钟脉冲接到 ，即内部时钟发生器的输入端， 于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 本设计采用的是片内震荡，复位电路采用简单上电 自动复位 和手动复位电路，上电自动复位是在上电瞬间，电压 时间内从 0V 上升到 5V，这一瞬间相当于 交流电 ，电容相当于导线， 5V 的电压全部加在 10K 电阻上，也就是说，这时 平 状态为 高电平 。但是从上电开始，电容自己就慢慢充电，其两端电压呈曲线 10 上升，最终达到 5V，也就是说其正端电位为 5V，负端电位为 0V，其负端也就正好是 时 低电平 ， 单片机 开始正常工作。手动复 位是当按键按下时，电容两端构成回路并放电，使 重新变为 高电平 ，按键抬起时电容又充电使 回 低电平 ，从而达到复位效果。单片机最小系统如图 图 盘电路 键盘电路分为独立式按键和矩阵式按键。 独立式按键是指直接用 I/O 口线构成的单个按键电路。每个独立式按键单独占有一跟 I/O 口线，每根 I/O 口线的工作状态不会影响其他 I/O 口线的工作状态，这是一种最简单易懂的按键结构。独立式按键虽然电路配置灵活，硬件结构简单，但在每个按键必须占用一根 I/O 口线的情况下，在按键较多时， I/O 口线浪费较大。故只在按键数量不多时采用这种按键电路。在此电路中，按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时， I/O 口线有确定的高电平。 矩阵式按键也称行列是按键， 矩阵式键盘中，行、列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉 电阻接到 +5V 上。当无键按下时，行线处于高电平状态；当有键按下时，行、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。这一点是识别矩阵按键是否被按下的关键。然而，矩阵键盘中的行线、列线和多个键相连，各按键按下与否均影响该键所在行线和列线的电平，各按键间将相互影响，因此，必须将行线、列线信号配合起来作适当处理，才能确定闭合键的位置。矩阵式按键适用于按键较多的场合，可以减少对 占用。 1 单片机在开发过程中，常常会因为资源不足而不得不使用扩展接口芯片以满足C R Y 11 2 M H P P U S E T+ 5 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 5 /M O S . 6 /M I S . 7 /S C S E . 0 /R X . 1 /T X . 2 /I N T 012P 3 . 3 /I N T 113P 3 . 4 /T 014P 3 . 5 /T 115P 3 . 6 /W . 7 /R A L 218X T A L 119G N . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E E / P R O /V P . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V C 8 9 C 5 1 8 9 C 5 1 11 应用系统的需要，其中原因之一是人机界面 中的键盘显示占用了系统太多资源，从而造成系统庞大，同时降低了系统的可靠性。在单片机应用系统中，键盘显示通常可采用以下几种方式： 1采用并行接口的键盘显示专用芯片 8279。但 8279 所需外围元件多（显示驱动、译码等）、占用电路板面积大、综合成本高，在中小系统中常常大材小用； 2采用通用并行 I/O 扩展芯片（如用 8155、 8255 等），但此方案同样需要驱动显示，同时键盘显示扫描还需占用 量时间； 3 采用专用显示控制器，并用 I/O 引脚完成键盘输入（如 ，大多是串行接口并有显示驱动能力，I/O 占用少）。这种接口方式省去了显示的扫描，而且电路大多也很简单，通常在系统需要的按键较少时比较适用； 4 采用带 线的键盘显示芯片（如显示用 盘用 不过这种方式对于无 线接口的 说，编程显得有些不便； 5采用串行接口的键盘显示专用芯片，如 81、 。这类芯片占用 资源少，传输速度较快，外围器件要求也较少，在中小系统中都可得到广泛的应用。 综上所述，本设计采用 44 矩阵式键盘和 片组合构成键盘电路。 一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及 P 监控的多功能外围芯片。 置 荡电路，可以直接动态驱动 8 位数码管或者 64 位 有 码或不译码功能，可实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数字独立闪烁等控制功能。 置大电流驱动级，段电流不小于 30电流不小于 160有 16 级亮度控制功能；在键盘控制方面，该器件内置 64 键键盘控制器，可实现 88 矩阵键盘扫描，并内置去抖动电路，可提供按键中断与按键释放标志位等功能；在外部接口方面， 选择简洁的 1 线串行接口或高速 4 线串行接口，且内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效复位两种输出，同时内置看门狗电路 （ 1）显示驱动：内置大电流驱动级，段电流不小于 25电流不小于 150态显示扫描控制，直接驱动 8 位数码管或 64 只发光 选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者 码方式。 数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。各数码管数字独立闪烁控制。任意段位寻址，独立控制各个 者数码管的各个段的亮与灭。支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。扫描极限控制，支持 1 到 8 个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。 （ 2）键盘控制：内置 64 键键盘控制器，基于 8阵键盘扫描。内置按键状 12 态输入的下拉电阻，内置去抖电路。键盘中断，低电平有效输出。提供按键释放标志位，可供按键按下查询释放。 （ 3）其他：高速的 4 线串行接口，支持多片级联，时钟速度从 0 到 10行接口中的 号 线可以与其他接口电路共用，节约引脚。内置时钟振荡电路，不需外接晶体或阻容振荡。内置上电复位和看门狗，提供高电平有效和低电平有效复位输出。该芯片支持 3V 到 5V 电源电压。 （ 4）电气特性： 示扫描的周期最大为 秒，所以数码管不会出现闪屏现象。键盘扫描间隔，按键响应时间最大为 70 毫秒；数码管闪烁显示值 门狗溢出范围 300 到 930 毫秒，典型值为 550 毫秒 6。 盘电路硬件连接 本设计设置了 16 个按键， 09 键为数字键， AF 为功能键，其中 A 为启动键，B 为停止键， C 为加速键， D 为减速 键， E 为速度设定键， F 为确定键。 （ 1） 单片机的连接 与单片机连接一共需要 4 根控制线，其中 单片机的 接， 接， 单片机的中断口 接， 单片机的 接图如图 图 （ 2） 矩阵键盘的连接 矩阵键盘电路的连接如图 示。 应的键盘编码值如表 示。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5/ M O S . 6/ M I S . 7/ S C S E . 0/ R X . 1/ T X . 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W . 7/ R A L 218X T A L 119G N . 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E E / P R O /V P . 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C 89C 51 89C 51S E G 018S E G 119S E G 220S E G 321S E G 422S E G 523S E G 624S E G 71D I G 014D I G 113D I G 212D I G 311D I G 410D I G 59D I G 68D I G 77V C U A L 451+ 51 35 79 K 10 K 11K 12 K 13 K 14 K 15 0A D 1A D 2A D 3 G 018S E G 119S E G 220S E G 321S E G 422S E G 523S E G 624S E G 71D I G 014D I G 113D I G 212D I G 311D I G 410D I G 59D I G 68D I G 77V C U A L 45 1+ 5. 3P 2. 0P 2. 1P 3. 6 13 图 表 键编码 按键代码 7H 46H 45H 44H 43H 42H 41H 40H 9H 48H 7H 56H 55H 54H 53H 52H 51H 50H 9H 58H 7H 66H 65H 64H 63H 62H 61H 60H 9H 68H 7H 76H 75H 74H 73H 72H 71H 70H 9H 78H 示电路 为方便人们的观察和监视单片机的运行情况，通常需要用一种显示器作为单片机的输出设备，用来显示单片机的键输入值、中间信息及运算结果等。常用的显示器主要有 光二极管显示器）和 晶显示器）。这两种显示器具有耗电省、配置灵活、线路简单、安装方便、耐振动、寿命长等优点。两者相比， 构更简单， 示功耗更低，显示清晰度更高。所以本设计选用 为显示器，型号为 602。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号 等的 点阵 型液晶模块。它由若干个 5者 5 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了 14 字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义示效果也不好 ）。 16026可以显示两行，每行 16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于 晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于 的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。实物图如图 图 602显示器正反面 脚功能： 第 1 脚： 电源地，接 第 2 脚： 5V 正电源。 第 3 脚： 液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生 “鬼影 ”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： 寄存器选择，高电平时选数据寄存器、低电平时选指令寄存器。 第 5 脚： 读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 低电平 高电平时可以读忙信号，当 高电平 低电平时可以写入数据。 第 6 脚： 使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 714 脚： 7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚： 光电源正极 (+5V)输入引脚。 第 16 脚： 光电源负极，接 15 引脚接口说明如表 6。 表 脚接口说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 电源地 9 据口 2 电源正极 10 据口 3 液晶显示器对比度调整端 11 据口 4 数据 /命令选择端 (H/L) 12 据口 5 R/W 读 /写选择端 (H/L) 13 据口 6 E 使能信号 14 据口 7 数据口 15 光源正极 8 数据口 16 光源负极 602的性能指标 显示两行，每行 16 个字符，不能显示汉字，内置含 128 个字符的符集字库，只有并行接口，无串行接口。这种 1602 字符型 常有 14条引脚线或 16 条引脚线的 出来的 2 条线是背光电源线。 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 前常用 161， 162， 202 和 402 行等的模块。 1602 字符型 主要技术参数为： （ 1） 显示容量： 162 个字符； （ 2） 芯片工作电压： （ 3） 工作电流 2不包括背光电流； （ 4） 模块最佳工作电压： 5V； （ 5） 字符尺寸： H) 1602 字符型 基本操作时序： 读状态 输入： ， R/W=H， E=H 输出： 7=状态字 读数据 输入： ， R/W=H， E=H 输出：无 写指令 输入： ， R/W=L， 7=指令码， E=高脉冲 输出： 7=数据 写指令 输入： ， R/W=L， 7=数据， E=高脉冲 输出：无 16 液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显 示字符。液晶显示模块有 80 个字节的显示缓冲区，分两行，地址分别为 00H 27H， 40H 67H，它们实际显示位置的排列顺序跟 显示地址与实际显示位置的关系如图 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 10 27 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 4A 4B 4C 4D 4E 4F 50 67 图 当向图中的 000F、 404F 地址中任一处写入显示数据时，液晶都可立即显示出来，当写入到 1027 或 5067 地址处时，必须通过移屏指令将它们移入可显示区域方可显示正常 6。 1602 液晶显示模块可以和单片机 接接口， R/W 和 E 分别接单片机 7 接单片机 接一个滑动电阻用于手动调节液晶显示器的对比度， 接地， 电源来给液晶供电，而 +5V 使背光亮，也可以在中间加一个滑动变阻器来调节背光的亮度， 1602与单片机的连接如图 示。 + 5 D 1 6 0 205 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 5 /M O S . 6 /M I S . 7 /S C S E . 0 /R X . 1 /T X . 2 /I N T 012P 3 . 3 /I N T 113P 3 . 4 /T 014P 3 . 5 /T 115P 3 . 6 /W . 7 /R A L 218X T A L 119G N . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E E / P R O /V P . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V C 8 9 C 5 1 8 9 C 5 16 字 2 行 17 图 警电路 报警电路的作用是在出现异常情况时及时地提醒工作人员尽快采取措施，减少危险避免灾难性后果的出现。因此，在设计报警电路时，应该让它的报警行为能够迅速被人察觉，以进一步采取相应措施，避免或减少危害带来的损失。 电机的转速被测速发电机被采集，测速发电机会将此时的转速转换成电压值，该电压值经过匹配后送入 A/D 转换器。经过转换之后的数据送入单片机进行处理，单片机按照编制好的程序进行处理，如果确实此时的转速超过了人们凭借经验设定的阈值，单片机将通过指令使得扬声器产生报警信号。如图 图 警电路 。 A/D 转换电路种类很多，在选择模 /数转换器时，主要考虑以下的一些技术指标：转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。目前，较为流行的 换器件有很多都采用了串行接口，这使得这类芯片与单片机的硬件连接非常简单，而软件编程相对要复杂一些，本次设计采用 司的 由 司开发的开关电容式 换器，该芯片具有如下的一些R 174 .7 . 6 18 特点： 10 位精度、 11 通道、三种内建的自测模式、提供 换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。 引脚功能如下： （ 1） 10 是 11 路输入； （ 2） 别是电源引脚； （ 3） 参考电源的正负引脚，使用时一般将 到一点接地的要求，以减少干扰； （ 4） 片选端，如不需选片，可直接接地； （ 5） I/O 芯片的时钟端； （ 6） 地址选择端； （ 7） 数据输出端； （ 8） 于指示一次 换已完成， 以读取数据，该引脚是低电平有效，可将该引脚接入一个普通的 I/O 引脚， 过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在 出转换命令后，过一段固定的时间去 读取数据即可。 A/D 转换模块硬件连接如图 5。 图 相全控整流电路 整流电路就是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。 20 世纪70 年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路的种类有很多， 012R E F +13R E F C L O C C 15 431234 . 70. 60. 5V C . 4V C . 3V C C 19 有半波 整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。本设计采用的是三相全控整流电路 3。 电路的设计 其原理图如图 示。 图 相桥式全控整 流 电路原理图 习惯将其中阴极连接在一起的 3 个晶闸管（ 为共阴极组；阳极连接在一起的 3 个晶闸管（ 为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从 1 至 6 的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与 a、 b、 c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 共阳极组中与 a、b、 c 三相电源相接的 3 个晶闸管分别为 后面的分析可知，按此编号，晶闸管的导通顺序为 整流电路的负载为带反电动势的阻感负载。假设将电路中的晶闸管换作二极管，这种情况也就相当于晶闸管触发角 =0时的情况。此时，对于共阴极组的 3 个晶闸管，阳极所接交流电压值 最高的一个导通。而对于共阳极组的 3 个晶闸管，则是阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的一个导通。这样，任意