基于单片机的无刷直流电动机的控制方案设计.doc

基于51单片机无刷直流电动机控制器设计系 别：机电和自动化学院专 业 班：电气工程及其自动化0702班姓 名：学 号：指导老师： 6月基于51单片机无刷直流电动机控制器设计The Design of Brushless DC Motor Controller Based on MCS-51 Singlechip 摘 要多年来，无刷直流电动机愈来愈多地在很多领域得到应用，它除了保持有刷直流电动优越起动性能和调速性能以外，其最大特点，就是没有换向器和电刷组成机械接触结构，所以含有寿命长、噪声低、运行可靠、维护简便等一系列优点，且因为其转速不受机械换向限制，可在宽广范围内平滑地调速。比如在电动自行车上应用无刷直流电动机来替换原来有刷直流电动机，因为采取了电子无接触式换向，不仅延长了电机使用寿命，而且调速方便，易于控制，运行平稳。本文以无刷直流电机为研究对象，以无刷直流电机控制系统为控制目标，以PWM为控制设计技术，采取MCS-51系列单片机为主控芯片，文章关键研究无刷直流电动机调速功效，实现电动机起动、制动、正/反转换向，加/减速，并对无刷直流电动机运行状态进行监视和报警。文章研究包含硬件和软件两个方面，硬件方面实现功效有：电源设计、调速控制设计、驱动电路设计、过热保护电路设计、短路保护电路设计和转速显示设计等部分；软件方面实现功效有，电路复位模块设计、按键控制模块设计、功效模块设计、电动机判停模块设计、IPS下载模块设计和速度显示模块设计等部分。文章介绍了无刷直流功效硬件图和程序结构步骤，介绍了利用MCS-51单片机和控制芯片来控制无刷直流电动机速度方法，并在电动机运行异常时发出警报。本课题经过理论分析和系统调试，控制系统性能稳定，可靠性佳，实现了既定功效，达成了设计指标要求。关键词：无刷直流电动机 MCS-51单片机 调速控制 AbstractRecently,brushless DC motor has been applied in many areaBesides the good performance of startup and speed control，its remarkable characteristic is that there is no commutator and brush。So the brushless DC motor has some advantages such as long life，low noise，reliable operation and easy maintenanceIts speed Can be regulated in a large range smoothly because of no limitation of mechanical commutatorFor the electric bicycle，the motor with brush has been replaced by the brushless oneDue to the commutation without touch,the life of motor is prolonged and the motor is easy to be controlledA brushless DC motor control system based on MCS-51 singlechip and PWM control is introduced in this paper。The paper main of study is the speed governing functions of brushless DC motor ,for example，make the motor start、stop、speed up、slow down、corotation and inversion，and when the motor run wrong the system can display errorBoth hardware and software are shown in this paper。Hardware design includes power supply, governor control,driving circuit，overheating protection, short circuit protection and rotate speed displaySofhvare design includes driving circuit restoration module,key control module，function module，judge the motor run or stop module，IPS down module and speed display moduleHardware diagrams and program flow charts are shownAnd use the singlechip of MCS-51 and Controller Chip control the speed of brushless DC motorAnd when the motor run wrong the system can display errorBy theoretical analysis and system debugging,the controlsystem is stable and reliableThe desired functions are design indices are achievedKeywords： Brushless DC motor singlechip of MCS-51 speed control目 录摘要IAbstractII绪论11 无刷直流电动机介绍21.1 课题意义及发展情况21.2 无刷直流电动机原理介绍21.2.1 无刷直流电动机运行原理21.2.2 无刷直流电动机结构51.3 驱动电动机原理62 控制系统硬件方案设计82.1 电动机选择及参数说明82.2 驱动器选择及功效说明92.2.1 驱动器调速方法说明122.2.2 驱动器接线示意图133 控制电路设计153.1 芯片说明153.2 整体电路193.3 电路模块说明204 课题软件设计274.1 程序步骤图274.2 程序清单28结 论34致 谢35参考文件36绪 论传统直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但因为其本身固有机械换向器和电刷造成电机容量有限、噪音大和可靠性不高，所以迫使大家探索低噪音、高效率而且大容量驱动电机。伴随电力电子技术和微控制技术迅猛发展而成熟起来直流无刷电机体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高，从而极有期望替换传统直流电机成为电机驱动系统主流。多年来，直流电机结构和控制方法全部发生了很大改变。伴随计算机进入控制领域，和新型电力电子功率元器件不停出现，使用全控型开关功率元件进型脉宽调制（简称PWM）控制方法已成为绝对主流。这种控制方法很轻易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。本设计关键研究无刷直流电动机调速功效，经过MCS-51单片机实现电动机起动、制动、正/反转换向，加/减速。而且在犯错情况下含有自检功效，能对无刷直流电动机在运行过程中状态进行监视，在出现错误时能立即发出报警信号。1 无刷直流电动机介绍1.1 课题意义及发展情况直流电动机是最早出现电动机，也是最早出现能调速电动机。因为它含有良好调速特征、简单控制特征、较高效率、优异动态特征，所以被广泛应用在多种驱动装置和伺服系统中。不过，直流电动机采取了电刷和换向器，这阻碍了其发展。机械电刷和换向器因为强迫性接触，使其结构复杂、可靠性差，而且改变接触电阻、火花、噪音等一系列问题，影响了直流电动机调速精度和性能。所以，长久以来大家一直在寻求一个不用电刷和换向器直流电动机。伴随电子技术、功率元件技术和高性能磁性材料制造技术飞速发展，大家这一愿望成为了现实，无刷直流电动机利用电子换向器替换了机械电刷和机械换向器。这种电机不仅保留了直流电机优势，又有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。无刷直流电动机一出现就以极快速度发展和普及。总来说，无刷直流电动机继承了直流电动机起动转矩大、调速性能好优点，克服了直流电动机需换向器缺点，在交通工具、家用电器及中小功率工业市场中占据关键地位。无刷直流电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛应用前景，而且在新一代空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器等家用电器中也有逐步采取趋势和前景。能够展望在很快未来，伴随微电子技术发展，无刷直流电动机逐步地占有原来异步电动机变频调速领域1。1.2 无刷直流电动机原理介绍1.2.1 无刷直流电动机运行原理电动机内部结构分定子和转子两部分。定子是由定子铁心，电枢绕组及其弓|出线，传感元件及其引出线，定子支架，轴等部分组成。定子电枢铁心是由硅钢片冲片叠压而成，因为电机径向尺寸大，轴向尺寸短，定子铁心通常做成多对极多个槽数，以满足大力矩、低转速要求。定子绕组形式和多相永磁同时电动机类似，它在实现能量转换过程中起着关键作用。绕组相数多取三相，并采取Y型联接，三相绕组分别和电子开关线路中对应功率开关器件连接，即为三相半控驱动方法。工作原理通常所说直流电动机是指含有换向器和电刷直流电动机。在这种电动机中定子侧安装固定主磁极和电刷，转子侧安放电枢绕组和换向器。直流电源电能经过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流和主磁场相互作用产生转矩，带动负载。然而因为电刷和换向器存在，结果产生了一系列致命弱点：结构复杂，可靠牲差，故障多，需要维护，维护又困难，寿命短，换向火花形成电磁干扰。无刷直流电动机就是在保留有刷直流电动机优良性能基础上，为去除电刷和换向器而研究开发。因为无刷直流电动机没有电刷和换向器，它绕组里电流通、断是经过电子换向电路及功率放大器实现。要在电动机中产生恒定方向电磁转矩，就应使电枢电流随磁场位置改变而改变。为实现这一点，就需要确定磁极和绕组之间相对位置信息。通常采取位置传感器来完成，由位置传感器将转子磁极位置信号转换成电信号，然后去驱动功率器件，控制对应绕组电流通、断。和有刷直流电动机不一样，无刷直流电动机永久磁钢磁极安放在转子上，而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有对应两部分，转动部分和电动机本体中转子同轴连接(转动部分通常由电机转子替换)，固定部分和定子相连2。图1-1所表示，在电动机装配过程中，首先调整好位置传感器三个信号元件(a、b、c)和电机定子三相绕组(AX，BY，CZ)之间相对位置，使得转子磁场转到定子某相绕组下时，该相绕组才导通，以确保转子磁极下绕组导体电流方向一直保持一致。图l-1中，当电动机转子N极在A （a）处，则传感器a元件感应出信号，使功率晶体管V1导通，A相绕组中便有电流经过，设其方向为A（流入)、X（流出），便产生水平向左定子磁场，和向上转子磁场相互作用而产生电磁转矩，驱动转子逆时针旋转；当N极旋转至B(b)处，b元件输出信号使晶体管V2导通而其它关断，B相绕组经过电流，一样产生逆时针方向电磁转矩，当磁极旋转至C(c)处，其动做过程和前两处相同。如此反复循环，电动机即可旋转起来。因为传感器元件安装位置为空间互差120角度，所以三相绕组轮番通电时间也因为每相120。因为功率晶体管导通和截止是经过位置传感器传感信号来控制，所以传感器位置和三相绕组位置之间必需有严格对应，在电极安装对应加以注意。图1-1 直流无刷电动机原理示意图三相定子绕组采取Y型连结，逆变器为两两通电方法，通电后能形成旋转磁动势，在这个磁动势作用下，转子也会随之旋转，假如使开关管反复按上述规律导通，即可使转子连续旋转下去，且定子磁动势总是超前于转子磁极轴线角度6020度之间。其各相绕组导通示意图图l-2所表示。图1-2 各相绕组导通示意图由上述分析可见，要使无刷直流电动机正确换相运行，必需知道图1-2所表示六个转子关键位置，六个转子关键位置即对应着无刷直流电动机反电动势过零点后360(电角度)处。假如是有位置传感器无刷直流电动机，则能够经过传感器来直接取得转子六个转子关键位置信息，假如是无位置传感器无刷直流电动机，则需要经过无刷直流电动机三相定子绕组反电势直接或间接取得转子位置信息。1.2.2 无刷直流电动机结构无刷直流电机内部结构简化示意图图1-3所表示。图1-3 无刷直流电动机内部结构简化示意图我们以此来介绍无刷直流电动机内部结构。一台无刷直流电动机由一个永磁转子和多极定子绕组组成。在永磁转子和定子绕组间存在内定子绕组所激发磁场，它对永磁转子产生磁力矩。在简化电机结构图1-3中，电气角一周就是机械角度一周。在实际应用中，直流无刷电机有多组定子绕组，相互并行，转子也是多极。假如有两组这么电路，机械转动一周电角度转动2周，所以双绕组电机中，每次电流交换经历机械转动角度是30度。下面讨论均用电角度，应注意和机械角度区分4。直流电机含有良好线性机械特征，控制相对简单。无刷直流电动机调速和开启特征好，堵转转矩大，同时它也含有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等特点；因为处理了换向问题，它转矩不再受机械换向限制。完整无刷电机系统有电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。转子位置传感器可分为电磁式(电磁位置变压器)、光电式和磁敏式，电磁式体积较大，得到是交流高频信号；光电式得到是直流信号，稳定可靠，信号较弱；磁敏式元件体积小重量轻。磁敏式元件有霍耳元件、磁敏二极管和磁敏电阻等。其中，霍耳元件体积小重量轻，结构原理简单。1.3 驱动电动机原理驱动电路图1-4所表示。控制信号各相信号逻辑分配电路功率放大电路M位置信号处理电路S图1-4 驱动电机示意图驱动控制电路包含：位置信号处理电路，各相信号逻辑分配电路，功率放大电路，保护电路。位置信号处理电路即为位置传感器取得转子磁极位置电信号信号逻辑分配电路，是因为位置传感器所产生信号通常不能直接用于控制功率放大电路，需经过信号逻辑分配电路处理后才能去控制逻辑开关单元。功率放大电路是驱动控制电路关键，其功效是将电源功率以一定逻辑关系分配给无刷直流电动机定子上各相绕组。相关保护电路，通常有下列多个，绕组中电流过流保护，总线电流保护，过压保护，欠压保护，过速保护等。在全部没有刷直流电动机驱动控制电路中，保护电路基础相同。现在，无刷直流电动机专用集成电路，已将各相信号逻辑分配电路，控制电路，和保护电路集成在一起，使用起来更方便，体积小，可靠性更高。由工作原理可知，位置传惑器在无刷直流电动机中起着测定转子磁极位置作用，为逻辑开关电路提供正确换相信息。考虑到传感器体积和性能，通常采取传感器是磁敏式开关式传感器，现在使用最广泛是霍尔元件集成电路。霍尔元件是依据霍尔效应制成，即当有电流经过带有磁场霍尔元件时，元件内会产生霍尔电势，在磁场位置改变时，霍尔电势会完全反应磁场改变，这么就可起到传感位器作用，依据转子磁极位置来产生位置信号。为提升霍尔元件驱动功率和工作可靠性，通常将霍尔元件和其它集成电路相结合组成一个开关型霍尔集成电路，在不增加电路超载体积情况下，其输出信号可直接驱动功率晶体管。现在还出现了利用电机定子绕组反电动势作为转子磁场位置信号，经数字电路处理，并送给逻辑开关电路去控制电机换向，因为它省去了位置传感器，使得电动机结构愈加紧凑，多年来应用日趋广泛。功率开关器件导通是次序实现，因为安装位置传感器增大了电机体积，同时安装位置传感器位置精度要求比较高，带来安装难度：所以大家在研究过程中发觉，利用电子线路替换位置传感器检测电机在运行过程中产生反电势来确定电机转子位置，实现换向。当无刷直流电动机在运行过程中，总有一相绕组没有导通，此时能够在该相绕组端口检测到该绕组产生反电势，该反电势在60度电角度是连续，因为电机规格、制造工艺差异，造成相同电角度反电势值是不一样，若要经过检测反电势数值来确定转子位置，难度极大，所以必需找到该反电势和转子位置关系，才能确定转子位置。图1-5所表示，从中能够看出反电势在60度电角度过程中总有一次经过坐标轴(过零点)，而此点电角度和下一次换向点电角度恰好相差30度，故能够经过检测反电势过零点，再延时30度换向。图1-5 电机运行时各相产生反电势示意图2 控制系统硬件方案设计2.1 电动机选择及参数说明本设计选择北京和利时电机技术BL系列无刷直流电动机作为控制对象，电机型号为57BLT-1015H1-LS-B。其工作参数为：环境温度为0摄氏度到50摄氏度，环境湿度为小于85%RH，绝缘等级为B级，耐震动/耐冲击为0.5/2.5g。57BLT-1015H1-LS-B电动机技术参数如表2-1所表示。表2-1 电动机技术参数货物编号规格型号额定功率/W额定电压/V额定转速/（r/min）额定功率/(N.m)最大转矩/(N.m)定位转矩/（N.m）额定电流/A最大电流/A极对数5质量/kg06006057BL-1015H1-LS-B100220(AC)15000.641.280.0150.51.051.1型号说明：57：机座号；BL：电机系列，BL表示无刷直流电动机系列；T：结构类型，T代表特殊结构，若无标注，则为正弦波结构；10：电机功率，以10W为单位，10表示10x10=100W；15：电动机额定功率，以100r/m为单位，15表示15x100=1500r/min；H：施加在电动机绕组上电压等级，H代表直流300V；1：代表位置传感器类型为开关霍尔传感器；L：电动机出线类型，L代表引线，350mm长；S：轴键形式，S代表光轴；B：设计版本，以A、B、C、表示，默认为A版；100：设计序列号，标准方案省略。2.2 驱动器选择及功效说明本课题选择和上述无刷直流电动机配套驱动器，型号为BL-2203C，图2-1所表示。图2-1 电动机驱动器外形驱动器特点：（1） 交流220V供电；（2） 输入、输出信号光隔离；（3） 起停及转向控制；（4） 过电流、过电压、过载及堵转保护；（5） 测试信号输出；（6） 故障报警输出；（7） 电动机转速显示；（8） 外部模拟量调速；（9） 制动停车功效；（10） 多挡速度选择。驱动器性能指标如表2-2所表示。表2-2 驱动器电气性能供电电源单相交流220V（115%）V，50Hz，容量为0.8KVA额定功率最大600W（依所配电动机而定）额定转速依所选电动机确定（最大8000r/min）额定转矩依所选电动机确定调速范围150r/min而定转速速度变动率（对负载）2%以下（额定转速）速度表动率（对电压）1%以下（电源电压10%，额定转速无负载）速度表动率（对温度）（2040额定转速无负载）绝缘电阻在常温下大于100M欧绝缘强度在常温常压下1KV、1min驱动器面板见图2-2所表示。+12 接口电源F/R 正/反转控制器R/S 运行/停止控制器BRK 制动控制端CH1 速度选择1CH2 速度选择2CH3 速度选择3AVI 模拟量调速ALARM 报警信号输出SPEED 转速信号输出COM 接口公共地S+ 信号SA 输入SB 端子SC S- 电动机U线电动机V线电动机W线电源AC1电源AC2保护接地FG调速电位器散热风扇风道图2-2 驱动器面板示意图驱动器端子说明：（1） 功率端子驱动器交流电源输入L、N，接入端子引线必需使用U形插口。U、V、W端子和电动机相连，务必将驱动器U、V、W端子分别和电动机U、V、W对应相连。错误连接将造成电动机工作异常。连接标准上不超出6m，并和霍尔线分开布线。注意，接入端子引线必需使用U形插头。驱动器保护地端子FG。驱动器保护地端子和电动机机壳无须连接，为安全起见，请务必将驱动器保护地端子和电动机机壳分别可靠接地。注意，接入端子引线必需时用U形插头。（2） 霍尔端子（电动机霍尔位置传感器信号端子为S+、S-、SA、SB、SC）务必将驱动器S+、S-、SA、SB、SC端子分别和电动机霍尔信号输出S+、S-、SA、SB、SC端子对应连接，错误连接将造成电动机工作异，甚至损坏驱动器和电动机。电动机霍尔连接线标准上不超出6m，而且应该使用屏蔽线。要尽可能和电动机线分开布线，而且远离干扰源。霍尔连接线末接，电动机不运行。注意，S+、S-只作为霍尔元件电源。（3） 信号输入端子+12V-COM。外接电源，外部调速电位器电源端子，负载小于50mA。电动机运行/停止控制R/S。经过控制端子“R/S”相对于“COM”通断，能够控制电动机运行、停止。端子“R/S”内部以电阻拉到+12V，能够配合无源触点开关使用，也能够配合集电极开路PLC等控制单元。当“R/S”端子和“COM”端断开时，电视机停止，反之电视机运行。使用运行/停止端控制电动机停止时，电动机为自然停车，其运行规律和电动机负载相关。电动机正/反转控制(F/R)。经过控制端子“F/R”和“COM”通断，能够控制电动机运转方向。端子内部以电阻上拉到+12V，能够配合无源触点开关使用，也能够配合集电极开路PLC等控制单元。当“F/R”和端子“COM”不接触时，电动机顺时钟方向运行（面对电机轴），反之则逆时针方向运转。为避免驱动器损坏，在改变电动机转向时，应先使电动机停止运行后在操作改变转向，避免在电动机运行时进行运转方向控制。快速制动BRK。驱动器能够控制端子BRK-COM通断来控制直流无刷电动机快速停止，制动采取受控制能耗制动方法，相对和R/S自动停车会快得多，但具体时间受用户系统（尤其是系统惯量）影响。外部模拟量调速端子AVI,标准产品中调整范围为010V，对应03000r/min。多段速度选择端子CH1CH3，由CH1CH3相对COM状态选择不一样速度。（4） 输出端子电动机转速信号输出（SPEED）。驱动器经过端子SPEED-COM为用户输出和电动机转速成百分比脉冲信号。每转脉冲数=6电动机极对数，SPEED频率（Hz）=每转脉冲数转速（r/min）60。比如，4对电动机，每转24个脉冲，当电动机转速为500r/min时，端子SPEED输出频率为200Hz。过热保护（ALARM）。因为过载或其它恶劣条件使驱动器内部温度高于80时，驱动器将自动停止输出，电动机停止运行，ALARM输出低电平信号，驱动器在最末一位显示E，只有将驱动器断电才能解除报警。如驱动器频繁发生过热保护，用户应该改善驱动器外部散热条件。短路保护。因为接线或其它原因造成电动机绕组忽然短路时，驱动器检测进入短路保护状态，切除全部输出，并在显示器最末端显示“E”，ALARM输出低电平信号，只有将驱动器断电才能解除警报。发生此故障，请检测接线是否正确。过压保护。因为快速制动、电网电压波动等原因造成驱动器那那内部出现过电压时，驱动器进入保护状态，驱动器将自动停止输出，电动机停止运行，ALARM输出低电平信号，驱动器在显示器最末端显示“E”，将驱动器断电才能解除报警。（5） 转速显示。驱动器实时测量带电动机转速并以4位数码管显示，单位为r/min。因为测速延时，在调速时显示会略滞后。测量范围限制在8000r/min以内，超出范围能够造成速度显示错误。2.2.1 驱动器调速方法说明该驱动器提供一下三种调速方法：（1） 内部电位调速。逆时针旋转驱动器面板上电位器，电动机转速减小，顺时针旋转则转速增大。因为测速需要响应时间，速度显示会由滞后。用户使用其它两种方法时，必需将电位器设于最小状态。（2） 外部输入调速。将外部电位器两个固定端分别接于驱动器“+12V”和“COM”端上，将调整端接于“AVI”上，即可使用外接电位器调速。也能够经过其它控制单元（如PLC、单片机等）输入模拟电平信号到“AVI”端实现调速（相对于COM），“AVI”接收电压范围为直流010V，对应电动机转速为03000r/min。端子内接200k到COM端，所以悬空不接将被解释为0输入。端子内含有简单RC滤波电路，所以能够接收PWM信号进行调试控制。（3） 多段速度选择。经过控制驱动器上CH1CH3三个端子状态，能够选择内部预先设定多个速度，见表2-3所表示。表2-3 端子信号选择表CH3 CH2 CH1转速/（r/min）CH3 CH2 CH1转速/（r/min）0 0 035001 0 015000 0 130001 0 110000 1 025001 1 05000 1 11 1 10 表2-3中转速值为参考值，实际转速可能会有偏差，但通常误差小于10r/min。2.2.2 驱动器接线示意图驱动器经典接线图图2-3所表示，需要注意是：图2-3 驱动器经典接线图（1） 因为本驱动器为220V高压输入，为确保安全，在上电之前必需确保接地端子FG可靠地和大地链接，任何情况下请不要打开机壳，以避免意外损伤。（2） 驱动器安装时应确保设备通风良好，机柜内有多个驱动器并列使用时应确保相互之间距离大于10cm。（3） 机箱应考虑通风散热，避免密闭式环境而影响散热，同时也要避免灰尘和杂质对驱动器影响。驱动器采取风道竖直立式安装将有利于散热。3 控制电路设计3.1 芯片说明本电路使用到芯片有AT89S52、74HC164、SN74-LS160和SN74LS164，将各芯片进行简单介绍。（1） AT89S52是一个低功耗、高性能COMS 8位微控制器，含有8KB系统内部可编程Flash存放器。使用Atmel企业高密度非易失性存放器技术制造，和工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash存放器许可存放器ISP可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，用有灵巧8位CPU和可ISP编程Flash存放器，使得AT89S52为众多嵌入式应用系统提供高灵活、超有效处理方案。AT89S52芯片DIP和PLCC两种封装形式分别图3-1和3-2所表示。图3-1 AT89S52芯片DIP形式图3-2 AT89S52芯片PLCC封装形式AT89S52含有以下标准功效：8KBFlash存放器，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，一个6向量2级中止结构，全双工串行口，片内晶振立即针电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，许可RAM、定时器/计数器、串口、中止继续工作；掉电保护模式下，RAM内容被保护，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中止或硬件复位为止。（2） 74HC14，这是一个反相器芯片，其引脚图3-3所表示。图3-3 74HC14芯片DIP形式其引脚说明以下：VCC为电源端，GND为接地端，A1A6为输入端，Y1Y6为反向输出端（Y1是A1输出，其它引脚以这类推）。（3） SN74LS160，这是十进制加法计数器，其DIP引脚图3-4所表示。图3-4 SN74LS160芯片DIP引脚排列其引脚说明以下：TC为进位输出端，CEP为计数器控制端，Q0Q3为输出端，CET为计数控制端，CP为时钟控制端（上升沿有效），MR(_)为异步清除输入端（低电平有效），PE(_)为同时并行置入控制器（低电平有效）。SN74LS160芯片功效如表3-1所表示。表3-1 SN74LS160芯片功效MRPECETCEP时针上升沿动作0XXX复位10XXPnQn1111加法计数110X锁存11X0锁存（4） 74LS164,这是一个8位移位寄存器（串行输入，并行输出），其DIP引脚图3-5所表示。图3-5 74LS164芯片DIP引脚其引脚说明以下： CLOCK为时针输入端，CLEAR为同时清除输入端（低电平有效），A和B为串行数据输入端，QAQH为并行数据输出端,其真值表如表3-2所表示。表3-2 74LS164真值表输入输出CLEARCLOCKA BQA QB QH0XX X0 0 010X XQA0 QB0 QH011 11 QAn QGn10 X0 QAn QGn1X 00 QAn QGnX代表任意电平，代表从低电平到高电平跳变，QA0 QB0 QH0代表要求稳态条件建立前电平，QAn QGn代表时钟最近由低电平到高电平跳变前电平。3.2 整体电路 整体电路图3-6和3-7所表示。图3-6 整体电路图图3-7 整体电路图3.3 电路模块说明（1） 电路复位模块，该模块能够实现电路上电复位和手动复位，其电路图3-8所表示。注意，复位信号有74HC14输出端接AT89S52引脚9。图3-8 电路复位模块电路（2） 按键控制模块，单片机P0.0P0.5作为按键输入，以开启对应程序，并由LED灯显示按键状态，其电路图3-9和3-10所表示。图3-9 按键电路图图3-10 显示按键状态电路图“开启”按键S2接P0.0,0表示 按下，灯DS0亮；“反转”按键S3接P0.1，0表示按下，灯DS1亮；“急停”按键S4接P0.2,0表示按下，灯DS2两；“加速”按键S5接P0.3，0表示按下，灯DS3亮；“减速”按键S6接P0.4，灯DS4亮；“停止”按键S7接P0.5，0表示按下，灯DS5亮。（3） 功效模块，其电路图3-11所表示。图3-11 功效模块电路单片机引脚P0.6、P0.7、P2.0P2.3经过双排8针插槽P2和电动机驱动器对应短暂链接，以控制电动机状态并设定电动机转速，实现预期功效，LED灯显示驱动器端子输入状态。电路中设计了LED灯来显示驱动器端子等输入状态，图3-12所表示。图3-12 驱动器端子输入状态显示电路电路接线说明:P0.6经过P2插槽接电动机驱动器R/S端，输出1表示和COM端断开，电动机停转；输出0表示和COM端连接，电动机转动，此时灯DS6亮。P0.7经过P2插槽接电动机驱动器F/R端，输出1表示和COM端断开，电动机正转；输出0表示和COM端连接，电动机反转，此时灯DS7亮。P2.3经过P2插槽接电动机驱动器BRK端，输出1表示和COM端断开，电动机不急停；输出0表示和COM端连接，电动机急停，此时灯DS8亮。P2.0经过P2插槽接电动机驱动器CH1端。P2.1经过P2插槽接电动机驱动器CH2端。P2.2经过P2插槽接电动机驱动器CH3端。P2插槽经过双排插槽接电动机驱动器CH3端。、（4） 电动机判停模块，单片机引脚P2.4P2.6、P3.0P3.3和十进制计数器相连，电动机驱动器SPEED端子作为计数器CLK信号输入。单片机经过对计数器置数并检测进位引脚TC是否输出进位信号来判定SPEED端子是否输出脉冲，即电动机是否停转。若电动机停转，则SPEED端子不输出脉冲，计数器也无进位输出。其电路图3-13所表示。图3-13 电动机判停模块电路接线说明：P2.4接计数器CLK端，P2.5接计数器TC端（用于判定电动机是否停转），P2.6接计数器PE(_)端，P3.0接计数器P0端，P3.1接计数器P1端，P3.2接计数器P2端，P3.3接计数器P3端。（5） ISP下载模块，本电路能够实现使用ISP下载线来完成程序向单片机FLASH写入，当电路为ISP下载模式时，单片机31引脚（EA(_)/VPP）必需接高电平。经过以下通道，单片机能够实现程序写入：对应下载软件计算机并口DB25ISP下载线双排八针插槽P1单片机芯片（AT89S52）,其电路图3-14所表示。注意：双排8针插槽P1不用接线；P1槽为双排8针插槽，经过ISP下载线和计算图3-14 ISP下载模块电路机并口DB25相连；S为开关，当S闭合时，电路为ISP下载模式。 （6） 速度显示模块，其电路图3-15和图3-16所表示。图3-15 显示模块电路图3-16 显示模块电路此模块用来显示设定速度。本课题选择方法0作为串口工