基于单片机的直流电机调速控制系统设计.doc

毕业设计(论文)基于单片机的直流电机调速控制系统设计系 别自动化专 业自动化班级学号5060107姓 名李健指导教师刘丽2010年 6月 16日基于STC单片机的直流电机调速控制系统设计摘 要当今，直流电动机有较大的起动转矩和过载能力强等优点，因此在许多行业中仍有应用。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求日益增大，为此，改善系统的研究有着十分重要的意义。本文介绍了一种基于单片机控制的PWM直流电机调速系统，以单片机为核心，以小直流电机为控制对象，以SPGT62C19B为电机驱动芯片，实现速度单闭环和PID控制，测速系统由光栅转盘和光电转换电路构成。调速原理是直流电机由PWM信号驱动，控制PWM波形占空比等于控制电机端压，从而调节电机转速。结合其它外围电路，该系统实现了包含电机的启停控制、正反转控制、调速控制多种功能。非常方便的是，用矩阵键盘可以输入转速给定值。并在LED上实时显示占空比、动态转速和转速设定值.论文详细介绍了硬件设计、软件编程，以及计算机仿真和硬件调试，呈现了程序流程图、Kei1C51程序以及Proteus的仿真结果并给出了实验结果。为了克服常规数字直流调速装置的缺点，引入fuzzy-PID复合控制方案和参数模糊自整定控制策略。关键词：STC单片机，PWM，直流调速，PID算法The Design of Regulating Speed system of DC MotorBased on STC Single-Chip Microcomputer Author：Li JianTutor：Liu LiAbstractNowadays,DC motor has much merit,such as bigger starting torque and stronger overload capacity etc.Therefore, it is applied widely in many industries.DC motor is widely used on the automatic equipments, such as CNC and industrial robot. As the scale of production becomes larger and larger, the demand and requirements become higher and higher, so the research on improving the DC controlling system behavior has important sense.A PWM speed regulation system of DC motor is introduced in this paper. Taking STC Single Chip Microcomputer as core and the little DC motor as control object, the DC motor drive chip is SPGT62C19B,and the single closed loop speed control and PID control were realized.The speed measurement system is composed of optical grating turnplate and photoelectric conversion circuit .The speed regulation principle is the DC motor is driven by a PWM signal. Contro11ing the PWM duty cycle is equivalent to controlling the motor terminal voltage,which in turn adjusts directly the motor speed. With other peripheral circuits ,this system realizes multi-purpose including the speed adjusting for DC motor, the control of start and brake of motor and pros and cons turn. The given speed can be inputted with matrix keyboard，which is very convenient. The duty cycle，dynamic rotational speed and the given speed can be shown on LEDs with real time. The paper elaborates the hardware design, the software program,computer simulation and the hardware debugging are completed in the design. Programs in KeilC51, program flow chart and a simulation result in Proteus are presented. The experimental results of this speed controller are also given in the paper. To conquer the shortcoming in routine digital DC Speed Regulation，we can bring in fuzzy-PID compound control scheme and fuzzy Self-tuning PID control strategy.Keywords: single chip microcomputer, PWM, DC speed regulation, PID method目 录1 绪 论11.1 直流调速系统的发展概况11.2 数字式直流调速系统的研究现状11.3 论文研究的背景和意义41.4 本文所做的主要工作52 直流调速控制系统概况及理论基础62.1 直流电机调速方法及原理62.2 直流电动机的PWM调速原理62.3 调速系统的性能指标73 调速系统硬件部分设计103.1 调速控制系统实现的功能103.2 系统总体设计框图及其工作原理103.3 器件选型103.4 测速环节113.5 凌阳电机驱动芯片SPGT62C19B芯片123.6 控制系统核心单片机143.7 八位共阳极数码管173.8 74LS245LED驱动芯片184 系统软件部分194.1 主函数194.2 初始化函数214.3 控制器函数224.4 PWM波形发生函数254.5 显示函数（含延时函数）274.6 矩阵键盘相关函数304.7 综合设置函数335 硬件调试与控制策略改进355.1 程序下载355.2 硬件连线355.3 PID参数调节355.4 基于模糊控制算法的改进方案36结 论41致 谢42参考文献43附 录44附录A 英文文献翻译44附录B 函数流程图55附录C 系统总图及矩阵键盘仿真图56附录D 变量定义及矩阵键盘相关代码581 绪 论1.1 直流调速系统的发展概况 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50年代的使用已久的直流发电机一电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管一电动机调速系统(简称V-M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。另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。80年代随着计算机技术和通信技术的发展，8-32位单片机相继出现并应用于控制系统，控制电路已实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。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。早期，直流传动的控制系统采用模拟分立器件构成，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。随着单片机广泛应用于直流传动系统，实现了调速系统的数字化控制。数字化调速系统与模拟系统相比具有以下优点: 1提高了调速性能。测速的数字化能够在很宽的范围内高精度测速，扩大了调速范围，提高了速度控制的精度。另一方面，模拟电路难以实现的控制方法，如自适应控制、复合控制等都能容易的实现;2提高了运行的可靠性。硬件高度集成化使得零部件数量和触点大大减少，很多功能都是由软件完成的，所以数字化直流调速系统的故障率比模拟系统小。另外，数字电路的抗干扰性能强，不易受温度等外界条件变化的影响，运行的可靠性高;3易维修。由于单片机可以与计算机相连，可以对系统的运行状态进行检测、诊断、显示和记录，并对发生的故障进行分析和记录，所以维修很方便，维修周期变短。1.2 数字式直流调速系统的研究现状1.2.1 调速系统国内外研究现状随着各种处理器的出现和发展，国外对直流电机数字控制调速系统的研究也在不断的发展和完善，尤其在80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管触发脉冲来实现，研究人员对控制算法作了大量的研究:有的提出内模控制的算法、有的提出了I-P控制器取代PI调节器的方法、有的提出了自适应PID算法和模糊PID算法等。目前，国外主要电气公司，如瑞典的ABB、德国的西门子、AEG、日本的三菱、东芝、美国的GE、西屋等，均已开发出数字装置，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品供选择。例如西门子公司生产的SIMOREG-6RA70全数字直流驱动装置，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其他任何附加设备便可完成参数的设定。国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发数字装置。张井岗等人提出直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的PI调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能。由于单片机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，数字系统的控制精度和可靠性比模拟系统大大提高。而且通过系统总线，数字控制系统能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行信息交换，实现生产过程的分级自动化控制。所以，直流传动控制采用单片机实现数字化，使系统进入一个崭新阶段。1.2.2 控制策略概况 在现代控制理论和智能控制策略应用方面，一些新的控制方式如模糊控制、自适应控制、神经网络控制、滑模变结构控制，专家系统控制等也逐步进入了电力电子控制领域，使控制性能更稳定，制造成本更低。在系统的数字控制方案中，目前有以下几种:1. PID控制（1） PID算法概述在工业控制过程中，目前采用最多的控制方式仍然是PID方式。PID有几个重要的功能:提供反馈控制;通过积分作用可以消除稳态误差;通过微分作用预测将来。发达国家对于PID控制算法利用率都很高，这一方面是由于PID控制器具有简单而固定的形式，在很宽的操作条件范围内，都能保持较好的鲁棒性;另一方面是因为PID控制器允许工程技术人员以一种简单而直接的方式来调节系统。但是工业生产过程中，被控对象随着负荷变化或者受干扰因素影响，对象特性参数或者结构发生变化，PID参数不变将影响校正效果；然而PID参数复杂而繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员，其参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数的整定有一定的难度，致使许多PID控制器没能整定的很好，这样的系统自然无法工作在令人满意的状态，为此人们提出了自整定PID控制器，在线辨识对象特征参数，实时改变控制策略，使控制品质保持最佳。（2） PID算法的软件实现方法模拟PID调节器的传递函数为： （1.1）由此可得数字PID的增量型控制算法表达式为： （1.2）可以看出增量型算法优点是不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，对计算的精度影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加，容易产生大的误差。2.滑模变结构控制滑模变结构控制利用不连续的开关控制方法来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一滑动模态轨迹运动。变结构系统的滑动模态具有完全自适应性，这成为变结构系统的最突出的优点，成为它得到重视的主要原因。任一实际系统中都有一些不确定参数或变化参数，数学描述也总具有不准确性，还受到外部环境的扰动。滑模控制有着明显的优点:快速性和强鲁棒性，但也存在控制系统稳态效果不佳、理想滑模切换面难于选取、控制效果受采样率的影响等弱点。如今直流调速的滑模控制的研究方兴未艾，特别是滑模控制和其它智能控制策略相结合构成新的集成控制策略备受关注。3.模糊控制和神经网络传统的自动控制，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型的基础上，但是有时建立精确的数学模型特别困难。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大。因为模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。模糊控制器有着以下优点: 1模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，其依据是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识。模糊控制器的设计过程中不需要被控对象的精确数学模型，模糊控制器有着较强的鲁棒性和自适应性;2查找模糊控制表只需要占用处理器的时间很少，因而可以采用较高采样率来补偿模糊控制规则和实际经验的偏差。此外，随着神经网络控制芯片的出现，一些学者正在研究其在直流调速中的应用，如用神经网络控制器替代滞环电流控制器等。综上所述，每一种控制方案都有其特长，但都在某些方面存在些问题。因此，一种必然的发展趋势是各种控制方案相互渗透，取长补短，互济优势，结合成复合的控制方案。1.3 论文研究的背景和意义 在当今电气传动领域，由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，因此在要求高起、制动转矩，快速响应和宽速度调节范围的电气传动中，仍广泛采用直流电动机作为执行电机的直流调速系统。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，所以直流调速系统至今仍然被广泛地用于自动控制要求较高的各种生产部门，是调速系统的主要形式。 在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静，动态性能。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，在我国许多工业部门，如轧钢，矿山采掘，海洋钻探，金属加工，纺织等场合仍然占有重要地位。而且直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术的角度来看，它又是交流调速系统的基础。因此，直流调速系统的应用研究具有实际意义。电气传动是现代最主要的机电能量变化形式之一。在当今社会中广泛使用着各式各样的电气传动系统，其中许多系统有调速的要求:如车辆、电梯、机床、造纸机械等等。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要对另一类设备如风机、水泵等进行控制；为了减少运行损耗、节约电能也需要对电机进行调速。和交流调速系统相比，直流调速系统的变流方式及控制方法简单，调速性能好，长期以来在调速传动中占统治地位。在交流调速系统大力发展的今天，直流调速系统也有了很大的进步。数字化集成电路尤其是微处理器的广泛应用，使调速系统的参数调整由硬件变成了软件，调整PID参数甚至自寻最优都变得非常方便，实现了模拟控制中无法实现的各种复杂控制要求以及故障监视、保护功能、自诊断功能。1.4 本文所做的主要工作本文在选定凌阳电机控制模组、STC单片机、光栅转盘等硬件的基础上，完成了系统整体方案的设计，并实现了以STC单片机为核心的直流电机调速控制系统，主要工作内容有：（1） 器件选型和控制系统总体方案设计（2） 控制系统硬件设计（3） 控制系统软件设计，包括绘制程序流程图、编写源程序、KEIL软件编译（4） 部分设计的Proteus仿真（5） 控制系统的组装与调试（6） PID参数的实验整定（7） 提出基于模糊控制算法的系统控制策略改进方案2 直流调速控制系统概况及理论基础2.1 直流电机调速方法及原理直流电机转速n的表达式为: （2.1）由该式可知，直流电机转速n的控制方法有三种：(1)调节电枢电压Ua。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)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，属恒功率调速方法，动态响应较慢，虽能无级平滑调速，但调速范围小;(3)改变电枢电路电阻Ra。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。 改变电枢电路电阻的方法缺点很多，目前很少采用:弱磁调速范围不大，往往与调压调速配合使用;因此，自动调速系统以调压调速为主。2.2 直流电动机的PWM调速原理为了获得可调的直流电压，利用电力电子器件的完全可控性，采用脉宽调制技术，直接将恒定的直流电压调制成可变大小和极性的直流电压作为电动机的电枢端电压，实现系统的平滑调速，这种调速系统就称为直流脉宽调速系统。脉宽调制（Pulse Width Modulation），是利用电力电子开关器件的导通与关断，将直流电压变成连续的直流脉冲序列，并通过控制脉冲的宽度或周期达到变压的目的。所采用的电力电子器件都为全控型器件，如电力晶体管（GTR）、功率MOSFET、IGBT等。 通常PWM变换器是用定频调宽来达到调压的目的。PWM变换器调压与晶闸管相控调压相比有许多优点，如需要的滤波装置很小甚至只利用电枢电感已经足够，不需要外加滤波装置；电动机的损耗和发热较小、动态响应快、开关频率高、控制线路简单等为达到更好的机械特性要求，一般直流电动机都是在闭环控制下运行。经常采用的闭环系统有转速负反馈和电流截止负反馈。2.3 调速系统的性能指标2.3.1 调速系统的稳态指标任何一台需要控制转速的设备，其生产工艺对调速性能都有一定的要求，如在一定的最高转速和最低转速范围内，有级或无级地调节转速;以一定的精度在需要转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量。对于频繁起/制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率，不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起制动尽量平稳。为了进行定量分析，可以针对前两项要求提出两个调速指标，叫做“调速范围”和“静差率”，这两个指标合称为调速系统的稳态性能指标。调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围。 （2.2）静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想转速n0之比称作静差率,即 （2.3）静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。 图2.1 不同转速下的静差率调速范围和静差率这两项指标不是彼此孤立的。在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低，则静差率越大。如果低速时的静差率能满足设计要求，则高速时的静差率就更满足要求。因此静差率的指标应以最低速时能达到的数值为准。2.3.2 调速系统的动态指标生产工艺对控制系统动态性能的要求经折算和量化后可以表达为动态性能指标。自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。图2.2 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标在给定信号或参考输入r(t)的作用下，系统输出量c(t)变化情况可用跟随性能指标来描述。如图2.2所示。常用的阶跃响应性能跟随指标有上升时间，超调量和调节时间。上升时间tr输出量从零开始第一次上升到稳态值C时所经过的时间，它表示了动态响应的快速性。超调量和峰值时间tP输出量到达最大值Cmax时的时间即为峰值时间。最大值超过稳态值的百分数叫超调量,即 （2.4） 超调量反映系统的相对稳定性，超调量越小，相对稳定性越好。 调节时间ts输出量达到并不再超出稳态值的5%(或2%)的范围所需的时间称为调节时间。它衡量输出量整个调节过程的快慢。它反应了系统的快速性和稳定性。 3 调速系统硬件部分设计3.1 调速控制系统实现的功能A 包含检测环节、调节器环节、控制输出环节的单闭环控制系统。B 转速给定值设置范围0-110C 八位数码管显示转速给定值、测量值及占空比。D 正反转控制和启制动控制。E 软件实现的数字PID调节器作为本控制系统的控制器。3.2 系统总体设计框图及其工作原理单片机矩阵键盘八位显示数码管电机驱动芯片直流电机测速环节 图3.1 系统总体框图 系统以单片机为控制核心，通过矩阵键盘设置电机转速给定值。和直流电机同轴的光栅转盘和红外对管可将速度信号转换为脉冲信号，并送给单片机，单片机通过对脉冲计数计算实际转速。通过设定转速值和测量值比较，根据误差利用软件PID调节器进行计算，给出控制量。单片机输出二进制控制量直接送到电机驱动芯片输入端，驱动芯片通过输入端电平不同逻辑组合形式控制输出不同占空比的PWM波形，从而控制直流电机的转速。数码管显示部分可显示给定转速值、实际转速值和占空比。综上，单片机主要完成参数设置、转速测量、参数显示和控制输出等功能。3.3 器件选型1.单片机选型：直流电机调速系统仅需要完成转速计算、控制器实现、输出PWM波形等任务，系统简单，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 3V12V。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。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连接到单片机口，speed端口电平变化恰好引发下降沿的产生，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名称用途20IO1通道1电流大小控制17II1通道1电流大小控制16PHASE1通道1电流方向控制8IO2通道2电流大小控制9II2通道2电流大小控制10PHASE2通道2电流方向控制 表3.2 电流输出控制表IO1逻辑值II1逻辑值输出电流PHASE1逻辑值输出电流方向00Imax0OUTB->OUTA100.67Imax010.33Imax1OUTA->OUTB1103.5.2 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RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 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22F。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S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。3.6.2 单片机中断系统1.总述单片机的中断系统简单实用，其基本特点是：有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。2.中断系统的结构：5个中断源的符号、名称及产生的条件如下。INT0：外部中断0，由P32端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断1，由P33端口线引入，低电平或下跳沿引起。T0：定时器计数器0中断，由T0计满回零引起。T1：定时器计数器l中断，由T1计满回零引起。TIRI：串行IO中断，串行端口完成一帧字符发送接收后引起。3.中断系统的控制寄存器：中断系统有两个控制寄存器IE和IP，它们分别用来设定各个中断源的打开关闭和中断优先级。此外，在TCON中另有4位用于选择引起外部中断的条件并作为标志位。中断允许寄存器-IEIE在特殊功能寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低位到高位)分别是A8H-AFH。IE用来打开或关断各中断源的中断请求.EA：全局中断允许位。EA0，关闭全部中断；EA1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。×：无效位。ES：串行IO中断允许位。ES1，打开串行IO中断；ES0，关闭串行IO中断。ETl；定时器计数器1中断允许位。ETl1，打开T1中断；ETlO，关闭T1中断。EXl：外部中断l中断允许位。EXl1，打开INT1；EXl0，关闭INT1。ET0：定时器计数器0中断允许位。ET01，打开T0中断；ET00，关闭TO中断。EXO：外部中断0中断允许位。Ex01，打开INT0;EX0=0,关闭INT0.中断优先寄存器-IP：IP在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地址(由低位到高位)分别是B8H一BFH,IP用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级×：无效位。PS：串行IO中断优先级控制位。PS1，高优先级；PS0，低优先级。PTl：定时器计数器1中断优先级控制位。PTl1，高优先级；PTl0，低优先级。Pxl：外部中断1中断优先级控制位。Pxl1，高优先级；PXlO，低优先级。PT0：定时器计数器o中断优先级控制位。PT01，高优先级；PTO0，低优先级。Px0：外部中断0中断优先级控制位。Px01，高优先级；Px00，伤优先级。在MCS-51单片机系列中，高级中断能够打断低级中断以形成中断嵌套；同级中断之间，或低级对高级中断则不能形成中断嵌套。若几个同级中断同时向CPU请求中断响应，则CPU按如下顺序确定响应的先后顺序：INT0一T0-INT1一T1一RIT1.4.中断的响应过程若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，而且当前正在执行的那条指令已被执行完。在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要3个机器周期到8个机器周期。中断得到响应后，自动清除中断请求标志(对串行IO端口的中断标志，要用软件清除)，将断点即程序计数器之值(PC)压入堆栈(以备恢复用)；然后把相应的中断入口地址装入PC，使程序转入到相应的中断服务程序中去执行。3.7 八位共阳极数码管八位共阳极数码管外侧是八个PNP三极管，发射极接电源VCC，基极通过上拉电阻接到单片机I/O端口，当I/O口某位复位时，对应三极管集电极有电流通过，为数码管供电，此数码管才能完成显示功能，因此通过设置不同控制字，可以选择不同数码管点亮。图3.6 八位共阳极数码管电路原理图3.8 74LS245LED驱动芯片74LS245用来驱动LED或者其他的设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。图3.7 74LS2454 系统软件部分系统软件共分六大部分，分别为主函数、初始化函数、控制器函数、PWM波形发生函数、显示函数、综合设置函数。根据电机调速系统需要，完成参数显示、转速设置、PID控制等功能。现将各部分源程序、流程图详述如下：4.1 主函数 主函数是程序执行的入口处，首先进行初始化工作，然后设置显示函数的死循环，达到实时显示效果，其余函数依靠中断不断循环：综合设置依靠“设