XXX学校XXX届毕业设计说明书
0t0TtU(t)U图2.6 PWM脉冲
U0?t0t0?U??，若令，?即为占空比，则上式可化为：
TT U0???U (U为脉冲幅值) （2.19）
若PWM脉冲为如图2.7所示周期性矩形脉冲，那么与此脉冲等效的直流电压的计算方法与上述相同，即
U0?
nt0?Ut0?U????U （?为矩形脉冲占空比） （2.20） nTTU(t)U0t0T2t02T3t0 3T4t0nT(n+1)t0t图2.7 周期性PWM矩形脉冲
由式2.20可知，要改变等效直流电压的大小，可以通过改变脉冲幅值U和占空比?来实现，因为在实际系统设计中脉冲幅值一般是恒定的，所以通常通过控制占空比?的大小实现等效直流电压在0～U之间任意调节，从而达到利用PWM控制技术实现对直流电机转速进行调节的目的。
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3 硬件电路设计部分
3.1 系统设计方案
根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图3.1所示。图中控制器模块为系统的核心部件，键盘和显示器用来实现人机交互功能。在运行过程中控制器产生PWM脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机转速实时控制的目的。
显示模块 键盘模块控制器模块PWM脉冲电机驱动模块直流电机
图3.1 系统方案框图
速度检测模块3.2 控制器模块设计方案
根据设计任务要求，采用AT89S51作为系统控制的方案。AT89S51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制[4]。相对于FPGA来说，它的芯片引脚少，在硬件很容易实现。并且它还具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，在各个领域中应用广泛。 3.3 电机驱动模块设计方案
驱动模块是控制器与执行器之间的桥梁，在本系统中单片机的I/O口不能直接驱动电机，只有引入电机驱动模块才能保证电机按照控制要求运行，在这里选用L298电机驱动芯片驱动电机，由于它内部已经考虑到了电路的抗干扰能力，安全、可靠行，所以我们在应用时只需考虑到芯片的硬件连接、驱动能力等问题就可以了，所以此种方案的电路设计简单、抗干扰能力强、可靠性好。设计者不需要对硬件电路设计考虑很多，可将重点放在算法实现和软件设计中，大大的提高了工作效率。
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该芯片是由四个大功率晶体管组成的H桥电路构成，四个晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制达林顿管使之工作在开关状态，通过调整输入脉冲的占空比，调整电动机转速。
图3.2 驱动电路
3.4 电源模块设计方案
电源是整个系统的能量来源，它直接关系到系统能否运行。在本系统中直流电机需要12V电源，而单片机、显示模块等其它电路需要5V的电源，因此电路中选用7805和7812两种稳压芯片。
而本设计电源电路采用78系列芯片产生+5V、+12V。电路图如图3.3所示：
图3.3 电源电路
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3.5速度采集设计模块
速度的采集用霍尔传感器。通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。 （1）霍尔传感器的工作原理
霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。脉冲信号的周期与电机的转速的关系为：n=周期）。
（2）测速电路原理图
60 （n为电机转速；P为电机转一圈的脉冲数；T为输出方波信号PT
图3.4 速度采集电路
3.6 显示模块设计方案
采用1602LCD液晶显示器，该显示器控制方法简单，功率低、硬件电路简单、可对字符进行显示。
3.6.1 引脚分布和接口信号说明
(1)引脚分布
1602液晶显示共有16个引脚，其引脚分布如图3.5所示。
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图3.5 1602液晶显示模块引脚分布
(2)引脚功能
1602引脚功能如表3.1所示
表3.1 1602引脚功能
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 符号 VSS VDD VEE RS R/W E D0 D1 引脚说明 VSS为地电源 VDD接5V正电源 液晶显示偏压信号 0输入指令，1输入数据 0写入指令或数据，1读信息 1读取信息，1→0执行指令 Data I/O Data I/O 编号 符号 9 10 11 12 13 14 15 16 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK 引脚说明 Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O 背光源正极 背光源负极 3.6.2 LCD液晶电路
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