论文1 - 图文(5)

2019-03-28 20:58

以下是软件完成译码的步骤。

1.从待显示数字中分离出显示的每一位数字:方法是将显示数据除以10进制的权,比如要显示123,则先将123除以100,得到商是1,然后除以10得到商是2,最后是个位上的数3,这样就完成了对显示数的分离。

2.将分离出的显示数字转换为显示字段码:一般采用查表的方法进行,将表2.1按顺序存放在ROM表中,通过编写查表指令即可完成查表工作。 2.8.2 LED数码显示器的显示电路

本设计的LED显示器采用动态刷新,LED显示器的动态显示原理是将各显示位段选线的同名端并联到一起,并由1个8位的I/O口控制,对多段选线多位复用,而各显示位的共阳极端则分别由相应的I/O口线控制,实现各位的分时通选。由于人眼的视觉暂留效应,当每位的显示间隔够短时,会造成多位同时点亮的假象。所以需要单片机不断进行显示刷新,牺牲CPU的时间换取元件的减少及显示功耗的降低[10]。本设计选用的LED显示器的电路结构图如图2.12所示:

图2.12 LED动态显示电路结构图

2.9 电机驱动模块设计

电机驱动模块的设计主要是为了弥补单片机自身驱动能力不足的缺陷,此电路中电机驱动模块主要是达到驱动后面两个直流减速电机的目的,实现电机的速度及正反转的控制。作为系统的动作执行结构,电机的驱动和控制,直接影响着

系统运行的稳定性。 2.9.1 电机工作原理

单片机的驱动能力不足,无法驱动像电机这样的大功率外部器件,因此必须外加驱动电路。电机常用的驱动芯片很多,本设计选用驱动效率高,硬件设计简单的L298n作为直流电机的驱动芯片,L298n采用了H桥电路,H 桥驱动电路是较为常见的一种电路, L298n驱动直流电机的控制电路如图2.13所示。它的形状酷似字母H,因而得名“H桥驱动电路”。

如图2.13所示,H 桥电机驱动电路包括1个电机和4个三极管。必须导通对角线上的一对三极管才可使电机运转。根据三极管对的不同导通状况,电流可能会至左向右或至右向左流过电机,控制电机转向。H桥电路可以很方便地实现电机正反转,因此被广泛应用。其中4个与门与一个“使能”导通信号相连接,从而用一个信号就能控制整个电路的开关。2个非门通过提供一种方向输人,可以保证确保任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管导通。

图2.13 H桥驱动电路原理图

如图2.14所示,只要对角线上的一对三极管导通,电机便会运转。当三极管Q1和Q4导通时,电流会从电源正极经Q1至左向右流过电机,再经Q4流回电源负极。如图中电流箭头所示,该流向的电流会驱动电机顺转。图2.15所示为另一对三极管Q2和Q3导通时的情况,电流至右向左流经电机,驱动电机反转[11]。

图2.14 H桥驱动电机正转图 图2.15 H桥驱动电机反转

2.9.2 L298n介绍

L298n是ST公司生产的一种大电流、高电压的电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。其主要特点:输出电流大;工作电压高;内含两个H桥高电压大电流全桥式驱动器,可驱动直流电动机或步进电动机;采用TTL标准逻辑电平信号控制;有两个使能端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止电机工作;有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路[12]。L298n的参考电路图如图2.16所示。

图2.16 L298n电路图

对于以上电路图有以下几点说明:

1.电路图中有两个电源,一路为L298n工作需要的5V 电源VCC,一路为驱动电机用的电池电源VSS。

2.1脚和15脚有的电路在中间串接大功率电阻,可以不加。

3. 图中连接了两路电机,P2和P5是一一对应关系,如果只驱动一路电机可以连接对应的12或者34脚。

4.八个续流二极管是为了消除电机转动时的尖峰电压保护电机而设计,简化电路时可以不加。

5.脚1和11脚为两路电机通道的使能开关,高电平使能,所以可以直接接高电平,也可以交由单片机控制。

6.由于工作时L298n的功耗较大,可以适当加装散热片。 L298n封装图如图2.17所示:

图2.17 L298n引脚图

2.9.3 电机转速的控制

PWM(晶体管脉宽调制)控制,一般是配合H桥驱动电路来实现直流电机的调速功能,这种调速方法简单、调速范围广,它是利用了直流斩波原理。

直流电机的转速与附加在电机上的端电压成正比,电压低,转速慢;电压高,转速快。而电机两端的端电压又与单片机输出的控制波形的占空比成正比,所以,直流电机的转速与占空比成正比例。占空比越小,电机转速越慢,当占空比达到最大值1时,电机转速达到最大。

PWM控制波形是通过模拟电路或者是数字电路产生实现的,但是这种电路的占空比不能自动调节,小车自身无法调节车速。目前普遍使用的大部分单片机都能够直接输出PWM波形,所以本设计就采用单片机给L298n驱动芯片输出

PWM信号。

在小车实际行驶过程中,考虑到直行、转弯等情况的发生,占空比不需要设置太高,但为了尽量减少规定路程所用的行驶时间,在直行时要快速行驶,转弯时减速行驶,这些情况分别需要不同的占空比,这些需要根据具体情况慢慢调节。为了快速调节电机转速,并且使电机转速稳定在设定的速度值附近,本设计采用了PI算法,具体分析将在程序设计章节中阐述。 2.10 本章小结

在本章中,探讨了智能小车速度控制系统的硬件模块设计及直流调速系统的选择,选定STC89C52单片机作为控制核心,确定了各模块的功能,以脉宽调速系统作为直流电机的调速方案,并以PI算法作为智能小车的速度控制算法。设计了单片机控制系统、电机驱动模块、显示模块、光电测速模块、电源模块等。


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