電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題 目： 電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　英文并列題目： Electric Bicycle Speed Control System Design</p><p><b>　　摘 要</b></p><

2、;p>　　單片機(jī)控制的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車等小功率的工作情況。并能將多余的電能回潰。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本文從系統(tǒng)要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各部分的控制電路基于Intel公

3、司的控制芯片8051單片機(jī)。根據(jù)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬PWM控制，并通過轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本文主要是讓更多的人正確的認(rèn)識(shí)電動(dòng)自行車和對(duì)電動(dòng)自行車的主要器件的保養(yǎng)，便與延長(zhǎng)電動(dòng)自行車的壽命。</p><p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、脈寬調(diào)速系統(tǒng)PWM、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)、八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、轉(zhuǎn)速傳感器，蓄電池</p><

4、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　SCM control of permanent magnet brushless DC motor speed control system applicable to electric bicycles, and other low-power work. Redundant power and can return

5、to collapse. The system has good speed performance, high power factor, energy saving, small size, light weight, and other advantages. </p><p>　　This paper analyzes the requirements from the system, the whole

6、 system will be divided into four parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit of the control strategy, implementation method. Discussed in detail the status of the various systems and signal transd

7、uction, and have the system in different parts of the state the status of the work. Part of the system control circuit based on Intel's 8051 chip microcontroller. According to the permanent magnet brushless DC motor

8、c</p><p>　　Key words: SCM, PWM pulse speed control system, permanent magnet brushless DC motor, the eighth of digital dynamic display, speed sensor, battery</p><p><b>　　目 錄</b></

9、p><p>　　第一章 引言 …………………………………………………………………………1</p><p>　　第二章 系統(tǒng)要求 ……………………………………………………………………2</p><p>　　第三章 總體規(guī)劃 ……………………………………………………………………4</p><p>　　第四章 電路設(shè)計(jì) …………………………………………

10、…………………………5</p><p>　　第五章 主要器件性能及原理………………………………………………………10</p><p>　　5、1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)……………………………………………………10</p><p>　　5、2 A/D轉(zhuǎn)換芯片 ………………………………………………………………13</p><p>　　5、3

11、永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)………………………………………………………14</p><p>　　5、4 三端式穩(wěn)壓器78L05 ………………………………………………………17</p><p>　　5、5 集成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15-1 …………………………………………………21</p><p>　　5、6 譯碼器 ………………………………………………………………………25<

12、;/p><p>　　5.7 電動(dòng)自行車的核心蓄電池 …………………………………………………29</p><p>　　5.8控制器與保護(hù)功能 …………………………………………………………30</p><p>　　第六章 電動(dòng)自行車的維修和保養(yǎng)…………………………………………………33</p><p>　　第七章 結(jié)束語 …………………………………

13、…………………………………34</p><p>　　第八章 致謝 ………………………………………………………………………35</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………36</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長(zhǎng)，

14、世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60年代末，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。 </p><p>　　近幾十年來，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管

15、電動(dòng)車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進(jìn)展，但是電動(dòng)車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動(dòng)車，改善其性能</p><p>　　處于世紀(jì)之交的今天，能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。雖然目前電動(dòng)車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿足人

16、們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長(zhǎng)而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀(jì)的重要交通工具。   </p><p>　　現(xiàn)代電動(dòng)車是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由4個(gè)主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)及傳感器。目前電

17、動(dòng)車中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無刷電動(dòng)機(jī)等。</p><p><b>　　第二章 系統(tǒng)要求</b></p><p>　　2. 1  電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求</p><p>　　電動(dòng)車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。  </p&g

18、t;<p>　　2.1.1  電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為(3～4)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。 </p><p>　　2.1.2　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。</p>

19、;<p>　　2.1.3　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)的。   </p><p>　　2.1.4　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。   </p><p>　　另外還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，

20、能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。   </p><p>　　2.2 鑒于電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) 。  </p><p>　　2.2.1永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 。 　</p><p>　　永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。

21、它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)車中有著很好的應(yīng)用前景。  </p

22、><p>　　2.2.2 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 。 </p><p>　　典型的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型SPWM法來完成。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實(shí)質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁

23、勢(shì)來削弱定子繞組中的磁鏈。   </p><p>　　2.2.3永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的不足 。  </p><p>　　永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在

24、使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。</p><p><b>　　第三章 總體規(guī)劃</b></p><p>　　對(duì)于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：一、控制電路的設(shè)計(jì)；二、傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì)；三、顯示電路的設(shè)計(jì)；四、程序設(shè)計(jì)。從總的方面來考慮，傳

25、感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機(jī)和傳感器來設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾?？刂粕喜捎梅謺r(shí)復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集，電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖3-1所示</p><p><b>　　圖 3-1</b></p><p>　　電動(dòng)自行車

26、的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。</p><p><b>　　第四章 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制電路主要有電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分?？紤]到電機(jī)的起動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)比較大，會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)定容易對(duì)單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用24V蓄

27、電池，單片機(jī)的電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。 </p><p><b>　　4．1 電源電路</b></p><p>　　24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5V電源。電路中接入電容C1、C2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。大容量的C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源

28、引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。</p><p><b>　　圖4-1-1</b></p><p><b>　　4．2 顯示電路</b></p><p>　　顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，以節(jié)省單片機(jī)的端口，單

29、片機(jī)通過中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164串接510歐的限流電阻?！兑妶D4-2-1》</p><p><b>　　4．3 控制電路</b></p><p>　　打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，IN0-IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線上的地址決定。ADDC0809內(nèi)部“

30、地址鎖存與譯碼”電路便能把IN0線上模擬電壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器此時(shí)，若單片機(jī)使STAR線處于高電平，則ADC0809便開始A/D轉(zhuǎn)換，一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，ADC0809一方面把A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使EOC線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)檢測(cè)和響應(yīng)該中斷請(qǐng)求后就通過使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線變高，以便可以從2-1-2-8引線上取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機(jī)根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨

31、型脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)74LS245放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器?！兑姼綀D4-3-1》。</p><p>　　4．4驅(qū)動(dòng)電路及原理 </p><p>　　下面主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行一下介紹：</p><p>　　電動(dòng)自行車使用24V直流電機(jī)， 對(duì)于這種小功率直流電機(jī)的調(diào)速方法一般有兩種。一種線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原

32、理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。</p><p>　　另一種脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用PWM方式控制直流電機(jī)。永磁式直流電機(jī)脈

33、寬調(diào)速原理 永磁式直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通電動(dòng)機(jī)因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)） 就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖4-4-1所示：</p><p><b>　　脈沖信號(hào)：

34、t</b></p><p><b>　　T</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速：VMAX</b></p><p><b>　　VD</b></p><p><b>　　VMIN</b></p><p><

35、;b>　　圖 4-4-1</b></p><p>　　VMAX為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。VMIN為電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。VD為二者的平均值。VD=D * VMAX 式中D=t/T稱為占空比 D越大VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間的關(guān)系如4-4-2圖：</p><p><b>　　VD（平均速度）</b></p>&

36、lt;p>　　00.51D（占空比）</p><p><b>　　圖 4-4-2</b></p><p>　　由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。因此電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。</p><p>　　PWM調(diào)速分為雙向式和單向式兩種</p><p>

37、;　　雙向式：在一個(gè)脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，T1和T3導(dǎo)通的時(shí)間為Ta，T2和T4導(dǎo)通的時(shí)間為Tb，這樣在Ta這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過的是正向電流，在Tb這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng)Ta=Tb時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，Ta>Tb時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)， Ta <Tb時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　單向式：?jiǎn)蜗蚴降碾娐犯p向式相同。不同的是，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，Tb這段時(shí)間內(nèi)不通過反向電流，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，Ta內(nèi)不通過正向電流。其調(diào)速原理

38、基本與雙向式相同。單向式與雙向式相比，三極管的開關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導(dǎo)通而造成電源短路的情況,故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差。外特性、低速性能也不如雙向式好。</p><p><b>　　圖 4-4-5</b></p><p>　　如上圖4-4-5左所示為雙向式調(diào)速方式下速度與占空比關(guān)系曲線，圖3-1-5右為單向式調(diào)速方式曲線。</

39、p><p>　　綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到電動(dòng)自行車對(duì)調(diào)速精度要求不太高，以及省電，器件損耗等各方面因素，決定采用單向式PWM。考慮到編程時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生使T1、T2、T3、T4都導(dǎo)通的情況，以至電源短路，燒毀器件。為避免出現(xiàn)這種情況，設(shè)計(jì)了圖4-4-6所示的電路 </p><p><b>　　圖 4-4-6</b></p><p>　　此

40、電路只用一個(gè)三極管控制電路的通斷，用四個(gè)繼電器控制電流的流向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。這樣無論如何，都不會(huì)出現(xiàn)因編程原因而造成電源短路的情況。</p><p>　　由于采用單片機(jī)控制電機(jī)，如果單片機(jī)的電源采用與電機(jī)同一電源，雖然經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波，但是單片機(jī)仍然容易受到電機(jī)以及繼電器的干擾，為了避免干擾，采用光電隔離，單片機(jī)和電機(jī)采用兩套電源。4N26光耦一般需要2mA以上的驅(qū)動(dòng)電流，由于單片機(jī)的輸出電流只有幾百微安，故

41、需要先接74LS245或者接一個(gè)三極管增加驅(qū)動(dòng)能力（74LS245的高電平驅(qū)動(dòng)能力為15mA）。光耦的輸出再接給達(dá)林頓管，考慮到電機(jī)的短路電流有2A，故選用TIP132型號(hào)的達(dá)林頓管（允許通過的最大瞬時(shí)電流為8A）。另外在達(dá)林頓管的C極和電源的正極之間接一個(gè)耐流為2A的二極管，這樣在關(guān)斷電源后，使繼電器反相，可以讓電機(jī)放電，這樣停車時(shí)車不至于因?yàn)閼T性滑行太遠(yuǎn)而浪費(fèi)能源。因此時(shí)以關(guān)斷了電源，要將電動(dòng)車停下來而采取的無謂制動(dòng)不能將電能回饋給

42、蓄電池。</p><p>　　考慮到電動(dòng)自行車對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，距離控制的要求不高，為了簡(jiǎn)化程序和外接電路，所以沒有考慮采用閉環(huán)PWM控制，用開環(huán)PWM控制就可以實(shí)現(xiàn)自行車的功能。</p><p><b>　　脈沖信號(hào) Ta</b></p><p><b>　　Tb</b></p><p>　　工作時(shí)T

43、a為高電平，通過光耦驅(qū)動(dòng)復(fù)合管T導(dǎo)通，此時(shí)Tb為高電平通過光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。K1、K3為長(zhǎng)閉觸點(diǎn)，所以電動(dòng)機(jī)加正向電壓。當(dāng)Tb為底電平時(shí)所有繼電器得電，常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)打開，K1、K3 斷開K2、K4導(dǎo)通。電動(dòng)機(jī)加反向電壓。如果保證Ta>Tb則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。通過改變Ta 、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　4.5總電路圖</b></p&

44、gt;<p>　　《見附圖4-5-1》</p><p>　　第五章 主要器件性能及原理</p><p>　　電動(dòng)車的性能指標(biāo)一般包括：驅(qū)動(dòng)性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能三部份，其中驅(qū)動(dòng)性能取決于電機(jī)功率因素，車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標(biāo)主要包括：加速性能、最大爬坡性能、剎車性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù)<

45、/p><p>　　5．1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) </p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：</p><p

46、>　　5.1.1中央處理器 </p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　5.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) </p><p>　　8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128

47、個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。</p><p>　　5.1.3 程序存儲(chǔ)器(ROM) </p><p>　　8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p&

48、gt;　　5.1.4  定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM) </p><p>　　8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。</p><p>　　5.1.5并行輸入輸出(I/O)口 </p><p>　　8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p&

49、gt;　　5.1.6 全雙工串行口  </p><p>　　8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。</p><p>　　5.1.7中斷系統(tǒng) </p><p>　　8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的

50、控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。</p><p>　　5.1.8時(shí)鐘電路  </p><p>　　8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。</p><p>　　單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使

51、用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。</p><p>　　下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　5.1.9MCS-51的引腳說明 </p><p>　　MCS-51系列

52、單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：</p><p>　　·Pin20:接地腳。</p><p>　　·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時(shí)

53、，接+5V電源。</p><p>　　·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。</p><p>　　8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8

54、751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線 與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說明：</p><p>　　·Pin20:接地腳。</p><p>　　·Pin40:正電源腳，正常工作

55、或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時(shí)，接+5V電源。</p><p>　　·Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。</p><p>　　·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。</p><p>　　8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取1

56、0p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。</p><p>　　·輸入輸出(I/O)引腳：</p><p>　　Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，這些輸入輸

57、出腳的功能說明將在以下內(nèi)容闡述。</p><p>　　·Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變

58、RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：</p><p>　　8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　　5. 2 A/D轉(zhuǎn)換芯片</p><p>　　ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器

59、。 它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼進(jìn)型，芯片由單個(gè)＋5V電源供電，可以分時(shí)對(duì)8路輸入模擬量進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，典型的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微妙左右。在同類型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)位都屬于居中位置。</p><p>　　內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖5-2-1所示。</p><p>　　圖 5-2-1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p><b

60、>　　引腳功能說明：</b></p><p>　　·D7～D0：8位數(shù)字量輸出，A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　·IN0～I(xiàn)N7：8路模擬電量輸入，可以是：0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。</p><p>　　·+VREF：正極性參考電源。</p><p>　　·

61、;－VREF：負(fù)極性參考電源。</p><p>　　·START：?jiǎn)?dòng)A／D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效。</p><p>　　·CLK：外部輸入的工作時(shí)鐘，典型頻率為500KHz。</p><p>　　·ALE：地址鎖存控制輸入，高電平開啟接收3位地址碼，低電平鎖存地址。</p><p>　　·CBA：3

62、位地址輸入，其8個(gè)地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～I(xiàn)N7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。C是高位地址，A是最低位地址。</p><p>　　·OE：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7～D0。</p><p>　　·EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，EOC輸出低電平；當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，EOC輸出高電平。EOC輸出信號(hào)可以作為中斷請(qǐng)求或者查詢控制。&l

63、t;/p><p>　　·Vcc：芯片工作電源＋5V。</p><p>　　·GND：芯片接地端。</p><p>　　5．3 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)</p><p>　　5.3.1 稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理   </p><p>　　無刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)

64、器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等

65、等。</p><p>　　無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理簡(jiǎn)圖如圖5-3-1所示</p><p><b>　　圖 5-3-1</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調(diào)制波的對(duì)稱交變矩形波。</p>

66、<p>　　永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號(hào)：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1-T4導(dǎo)通、T1-T6導(dǎo)通、T3-T6導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對(duì)N-S極，T1-T

67、6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn)60°電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自

68、身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　無刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。</p><p>　　由于定子磁場(chǎng)軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這

69、正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流-轉(zhuǎn)矩特性。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：</p><p>　　Tm=KtIav （N·m）</p><p>　　電動(dòng)機(jī)兩相繞組反電勢(shì)的差正比于電動(dòng)機(jī)的角速度：</p><p>　　ELL=Keω （V）</p><p>　　所以電動(dòng)機(jī)繞組中的平均電流為：<

70、;/p><p>　　Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A）</p><p>　　其中，Vm=δ·VDC是加在電動(dòng)機(jī)線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）</p>

71、<p>　　Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時(shí)，改變占空比δ，就可以線性地改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。</p><p>　　無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何電平即對(duì)應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就

72、實(shí)現(xiàn)了變速設(shè)定。</p><p>　　當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，在允

73、許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。</p><p>　　由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，一般來說，無刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高12%-20%。電動(dòng)機(jī)采用無錫市日馳電機(jī)有限公司生產(chǎn)的永磁無刷直流

74、電動(dòng)機(jī)</p><p>　　5．4 三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理</p><p><b>　　圖 5-4-1</b></p><p>　　電路如圖5-4-1所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。下面對(duì)各部分電路作簡(jiǎn)單介紹。</p><p>

75、　　5.4.1啟動(dòng)電路 </p><p>　　在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當(dāng)輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動(dòng)電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流。啟動(dòng)電路由T1、T2、DZ1組成。當(dāng)輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過T1、T2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源T4、T5也工作。T4的集電極電流通過DZ2以建立起正常工作電壓，

76、當(dāng)DZ2達(dá)到和DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動(dòng)完畢。與此同時(shí)，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止，切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。</p><p>　　5.4.2基準(zhǔn)電壓電路 </p><p>　　基準(zhǔn)電壓電路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2組成，電路中的基準(zhǔn)電壓為</p><p>　　

77、式中VZ2為DZ2的穩(wěn)定電壓，VBE為T3、D1、D2發(fā)射結(jié)（D1、D2為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管）的正向電壓值。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的R1、R2、DZ2與具有負(fù)溫度系數(shù)的T3、D1、D2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償，可使基準(zhǔn)電壓VREF基本上不隨溫度變化。同時(shí)，對(duì)穩(wěn)壓管DZ2采用恒流源供電，從而保證基準(zhǔn)電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。</p><p>　　5.4.3取樣比較放大電路和調(diào)整電路。 </p>

78、<p>　　這部分電路由T4～T11組成，其中T10、T11組成復(fù)合調(diào)整管；R12、R13組成取樣電路；T7、T8和T6組成帶恒流源的差分式放大電路；T4、T5組成的電流源作為它的有源負(fù)載。T9、R9的作用說明如下：如果沒有T9、R9，恒流源管T5的電流IC5=IC8+IB10，當(dāng)調(diào)整管滿載時(shí)IB10最大，而IC8最??；而當(dāng)負(fù)載開路時(shí)IO=0，IB10也趨于零，這時(shí)IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對(duì)比較放大電

79、路來說是不允許的，為此接入由T9、R9級(jí)成的緩沖電路。當(dāng)IO減小時(shí)，IB10減小，IC8增大，待IC8增大到 >0.6V時(shí)，則T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了T8的過多負(fù)擔(dān)使IC8的變化范圍縮小。 </p><p>　　5.4.4減流式保護(hù)電路 </p><p>　　減流式保護(hù)電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主

80、要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮一種簡(jiǎn)單的情況。假設(shè)圖1中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時(shí)，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PC<PCM并且輸出電流IO在額定值以內(nèi)，流過R11的電流使 =IOR11<0.6V，T12截止。當(dāng)輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時(shí)，輸出電流超過極限值（IO(CL)=PCM/VI=0.6V/R11）時(shí)，即當(dāng) >0.6V時(shí)，使T12管導(dǎo)

81、通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡(jiǎn)單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值，又使PC<PCM，才能全面地進(jìn)行保護(hù)。圖1中DZ3、DZ4和R14、R15所構(gòu)成的支路就是為實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。電路中如果（VI–IOR11–VO）>（VZ3+ VZ4），則DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)

82、射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的</p><p><b>　　經(jīng)整理后得</b></p><p>　　顯然，（VI –VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護(hù)稱為減流式保護(hù)。</p><p>　　5.4.5過熱保護(hù)電路 </p><p>　　過

83、熱保護(hù)電路電路由DZ2、T3、T14和T13組成。在常溫時(shí)，R3上的壓降僅為0.4V左右，T14、T13是截止的，對(duì)電路工作沒有影響。當(dāng)某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時(shí)，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而達(dá)到過熱保護(hù)的目的。</p><p>　　電路

84、中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。</p><p>　　值得指出的是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。</p><p>　　圖 5-4-2三端穩(wěn)壓器的典型接法</p><p>　　圖5-4-2是應(yīng)用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于2～3V。電路中接入

85、電容C1、C2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。</p><p><b>　　三端穩(wěn)壓器的參數(shù)</b></p><p>　　5．5 集

86、成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15-1</p><p>　　集成轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級(jí)換代產(chǎn)品。下面是KMI15系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。</p><p>　　轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測(cè)參數(shù)。測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)

87、改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng)，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號(hào)，因此，需要經(jīng)過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號(hào)，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無法測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感

88、器可能檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速信號(hào)。</p><p>　　目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展5.5.1?。耍停桑保担毙蛡鞲衅鞯男阅芴攸c(diǎn) ＫＭＩ１５－１芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和ＩＣ。它利用ＩＣ來完成信號(hào)變換功能，其輸出的電流信號(hào)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，電流信號(hào)的變化幅度為７ｍＡ～１４ｍＡ。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，因而很容易配二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。</p><p>　

89、　ＫＭＩ１５－１器件的測(cè)量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是０～２５ｋＨｚ，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測(cè)量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為２．９ｍｍ（典型值），由于與齒輪相距較遠(yuǎn)，因此使用比較安全。</p><p>　　該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，它對(duì)軸向振動(dòng)不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾（ＥＭＩ）濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。</

90、p><p>　?。耍停桑保担钡捏w積較小，其最大外形尺寸為８×６×２１ｍｍ，能可靠固定在齒輪附近。</p><p>　?。耍停桑保挡捎茫保玻蛛娫垂╇姡ǖ湫椭担罡卟怀^１６Ｖ。工作溫度范圍寬達(dá)－４０～＋８５℃。</p><p><b>　　工作原理 </b></p><p>　?。耍停桑保担毙图?/p>

91、成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖１所示，它的兩個(gè)引腳分別為ＵＣ（接＋１２Ｖ電源端）和Ｕ－（方波電流信號(hào)輸出端）。為使信號(hào)變換器ＩＣ處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計(jì)時(shí)專門將ＩＣ與傳感元件分開，以改善傳感器的高溫工作性能。</p><p>　　該傳感器的簡(jiǎn)化電路如圖２所示。其內(nèi)部主要包括以下六部分：磁敏電阻傳感器；前置放大器Ａ１；施密特觸發(fā)器；開關(guān)控制式電流源；恒流源；電壓控制器。</p><p>　　實(shí)際上

92、，該傳感器是由４只磁敏電阻構(gòu)成的一個(gè)橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測(cè)量原理如圖３所示。</p><p>　　當(dāng)齒輪沿Ｙ軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于氣隙處的磁力線發(fā)生變化，磁路中的磁阻也隨之改變，從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號(hào)。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，它對(duì)沿Ｙ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體十分敏感，而對(duì)沿Ｚ軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)量很不敏感。這正是測(cè)量轉(zhuǎn)速所需要的。</p><p>　　工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)首先通

93、過ＥＭＩ濾波器濾除高頻電磁干擾，然后經(jīng)過前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號(hào)ＵＫ，并將其加到開關(guān)控制式電流源的控制端。ＫＭＩ１５－１的輸出電流信號(hào)ＩＣＣ是由兩個(gè)電流疊加而成的，一個(gè)是由恒流源提供的７ｍＡ恒定電流ＩＨ，另一個(gè)是由開關(guān)控制式電流源輸出的可變電流ＩＫ。它們之間的關(guān)系式為：</p><p>　?。桑茫茫剑桑龋桑恕?lt;/p><p>　　當(dāng)控制信號(hào)ＵＫ＝０（低電平）時(shí)

94、，該電流源關(guān)斷，ＩＫ＝０，ＩＣＣ＝ＩＨ＝７ｍＡ。當(dāng)ＵＫ＝１（高電平）時(shí)，電流源被接通，ＩＫ＝７ｍＡ，從而使得ＩＣＣ＝１４ｍＡ。圖４給出了從Ｕ－端輸出的方波電流信號(hào)的波形，其高電平持續(xù)時(shí)間為ｔ１，周期為Ｔ。輸出波形的占空比Ｄ＝ｔ１／Ｔ＝５０％±２０％。上升時(shí)間和下降時(shí)間分別僅為０．５μｓ和０．７μｓ。</p><p>　　ＫＭＩ１５芯片中的電壓控制器實(shí)際上是一個(gè)并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工

95、作電壓ＵＣ。而電阻Ｒ３、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和晶體管ＶＴ１則可構(gòu)成取樣電路，其中ＶＴ１接成射極跟隨器。Ａ２為誤差放大器，ＶＴ２為并聯(lián)式調(diào)整管。這樣，ＩＨ在經(jīng)過Ｒ１、Ｒ２分壓后可給Ａ２提供基準(zhǔn)電壓ＵＲＥＦ，從而在ＵＣＣ發(fā)生變化時(shí)，由Ａ２對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ｕｒ，同時(shí)通過改變ＶＴ２上的電流來使ＵＣ保持不變。</p><p>　　5.5.3 ＫＭＩ１５－１的典型應(yīng)用 </p><p&g

96、t;　　安裝方法ＫＭＩ１５－１應(yīng)當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的旁邊。若被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)工件上沒有齒輪，亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個(gè)小孔，套上螺扣，再擰上一個(gè)螺桿并用彈簧墊圈壓緊，以防止受震動(dòng)后松動(dòng)，并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號(hào)。</p><p>　　5.5.6 典型應(yīng)用電路 </p><p>　?。耍停桑保担毙图赊D(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖５（ａ）所示。工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號(hào)，從而在負(fù)載電阻

97、ＲＬ與負(fù)載電容ＣＬ上形成電壓頻率信號(hào)ＵＯ（ｆ），并送至二次儀表。通常?。遥蹋剑保保郸浮ⅲ茫蹋剑埃宝蹋?。需要指出：ＫＭＩ１５－１輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率ｆ（單位是Ｈｚ，即次／ｓ）信號(hào)，欲得到轉(zhuǎn)速ｎ（ｒ／ｍｉｎ），還應(yīng)將ｆ除以齒輪上的齒數(shù)Ｎ，并將時(shí)間單位改成分鐘，公式如下：</p><p><b>　　ｎ＝６０ｆ／Ｎ　</b></p><p>　　圖５（ｂ）所示電路是由二極

98、管ＶＤ、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和電容Ｃ１構(gòu)成的靜電放電（ＥＳＤ）保護(hù)電路，該電路可吸收２ｋＶ的ＥＳＤ電壓，因而可對(duì)芯片起到保護(hù)作用。此外，還需注意，在存放ＫＭＩ１５系列產(chǎn)品時(shí)，不要將多個(gè)芯片放在一起以防磁化。</p><p><b>　　5.6 譯碼器</b></p><p>　　串行移位譯碼器74LS164內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下： 74LS164時(shí)序圖</p><

99、p>　　74LS164為串行移位譯碼器，它主要由時(shí)鐘線控制，時(shí)鐘線每來一個(gè)上升弦，數(shù)據(jù)線將把一位數(shù)移進(jìn)去，移八次就進(jìn)一個(gè)字節(jié)，同時(shí)在數(shù)碼管顯示出來。</p><p>　　譯碼器是實(shí)現(xiàn)組合邏輯的功能部件。它的輸入是二進(jìn)制的代碼，輸出是一組高低電平信號(hào)，每輸入一組不同的代碼，只有一個(gè)輸出端呈現(xiàn)有效信號(hào)。</p><p>　　74LS245芯片是一個(gè)八位的總線收發(fā)器，其輸入/輸出引腳分成兩

100、組，其工作原理如下：</p><p>　　允許E　 方向控制DIR　 操作</p><p>　　低電平　 低電平　　　　 B數(shù)據(jù)到A總線</p><p>　　低電平　 高電平　　　　 A數(shù)據(jù)到B總線</p><p>　　高電平　 懸空　　　　　 隔離</p><p><b>　　一.程序設(shè)計(jì)</b>

101、;</p><p><b>　　1主程序框圖</b></p><p>　　2 INT0中斷服務(wù)程序</p><p><b>　　3部分子程序</b></p><p>　　延時(shí)子程序：定時(shí)功能。</p><p>　　PWM子程序：用于控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。89C51芯片沒有PWM輸出功

102、能，需要通過編程實(shí)現(xiàn)。為了在輸出PWM波時(shí)，單片機(jī)仍能執(zhí)行其他程序，可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器溢出中斷來實(shí)現(xiàn)。占空比占用一個(gè)字節(jié)的RAM，占空比D=N/256。（脈寬調(diào)速是使用單片機(jī)內(nèi)部中斷產(chǎn)生周期約為8ms的方波，通過改變高電平的寬度來進(jìn)行改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速）</p><p>　　利用單片機(jī)輸出PWM信號(hào).實(shí)現(xiàn)了從0%——100%線性可調(diào)。 </p><p><b>　　

103、源碼如下：</b></p><p>　　;單片機(jī)串口通信+PWM輸出程序</p><p>　　;在P1.3輸出調(diào)寬信號(hào)。</p><p>　　;定時(shí)器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。</p><p>　　;定義：TH0=30H ，TL0=31H</p><p>　　;TH0DAT

104、 EQU 30H  ;脈沖頻率</p><p>　　;TL0DAT EQU 31H  ;脈沖寬度</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　AJMP START</p><p><b

105、>　　ORG 000BH</b></p><p>　　AJMP PWM_TUN ;調(diào)寬子程序</p><p><b>　　ORG 001BH</b></p><p>　　AJMP PWM     ;脈頻率子程序</p>

106、;<p>　　START:CLR P1.3</p><p>　　MOV TCON,#00H</p><p>　　MOV TMOD,#03H  ;T0工作在方式3定時(shí)。</p><p>　　MOV TH0,#56    ;200uS 頻率為50K

107、Hz</p><p>　　MOV TL0,#186   ;70uS 脈沖寬度為35% 用示波儀實(shí)測(cè)相合。</p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p><b>　　SETB TR0</b></p><

108、p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB ET1</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>　　AJMP MAIN1</p><p><b>　　MA

109、IN1:</b></p><p><b>　　......</b></p><p>　　;========================================</p><p><b>　　;PWM子程序</b></p><p>　　;定時(shí)值通過串口接收，在P1.0輸出調(diào)寬信號(hào)

110、。</p><p>　　;定時(shí)器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。</p><p>　　;定義：TH0=30H ，TL0=31H</p><p>　　;程序入口PWM，輸入：TH0DAT、TH0DAT</p><p>　　PWM:       &#

111、160;         ;TH0使用T1的中斷標(biāo)志。本段為脈沖頻率。</p><p>　　MOV TCON,#00H</p><p>　　CLR ET0         ;暫停中斷以仿干擾&

112、#160;</p><p>　　SETB P1.3 </p><p>　　MOV TMOD,#03H</p><p>　　MOV TH0,#56      ;12MHz晶振時(shí)PWM為50KHz，脈寬35%.</p><p>　　MOV 

113、;TL0,#186</p><p><b>　　SETB TR1</b></p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p><b>　　SETB ET0</b></p><p><b>　　SETB EA&l

114、t;/b></p><p><b>　　RETI     </b></p><p>　　; -------------------------------    </p><p><b>　　PWM_TUN:</b>&

115、lt;/p><p><b>　　CLR P1.3 </b></p><p>　　CLR TF0   ;脈寬結(jié)束，輸出低電平。</p><p>　　CLR TR0   ;同時(shí)關(guān)TL0中斷。</p><p><b>