基于8051單片機無刷直流電機控制器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>　　基于8051單片機無刷直流電機控制器設(shè)計</p><p>　　BASED ON 8051 SINGLE CHIP MICROCOMPUTER CONTROLLER OF BRUSHLESS DC MOTOR DESIGN </p><p>　　學(xué)院（部）：

2、 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　年 月 日</p><p

3、>　　基于8051單片機無刷直流電機控制器設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　無刷直流電動機的出現(xiàn)源于有刷直流電機。如今各種直流電動機和交流電動機在傳動應(yīng)用中雖占主導(dǎo)地位，但是無刷直流電動機的前景更光明。</p><p>　　無刷直流電機是隨著社會的需要而產(chǎn)生的，當(dāng)今世界對電機的要求越來越高，傳統(tǒng)的直流電機

4、已經(jīng)滿足不了當(dāng)今工業(yè)對其的需要，因此無刷直流電機得以迅速發(fā)展，無刷直流電機滿足了人們對高效率，高精度，高速度的要求，配合微處理器得以智能化，是各知識領(lǐng)域的重要結(jié)晶成果。</p><p>　　再對控制器的選用上，選擇單片機AT89C51，其能夠滿足對控制器的要求，因本文是對無刷直流電機的控制，顯然驅(qū)動電機用無刷直流電機，整個思路是通過單片機采集獲得的比較電平、以及電機霍爾位置傳感器反饋過來的信號，單片機將接收到的信

5、號，將其用軟件編程故而發(fā)出指令驅(qū)動無刷直流電動機。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：無刷直流電動機，單片機，霍爾位置傳感器</p><p>　　BASED ON 8051 SINGLE CHIP MICROCOMPUTER CONTROLLER OF BRUSHLESS DC MOTOR DESIGN</p><p><b>　　ABSTRACT</b

6、></p><p>　　The appearance of brushless dc motor from a brush dc motor. Now all kinds of dc motor and ac motor is dominant in the drive applications, but a more bright future of brushless dc motor. </p&

7、gt;<p>　　Brushless dc motor is along with the social needs, the demand is higher and higher in today's world of motor, the traditional dc motor has already can't satisfy the need of the industry to its, so

8、 rapidly the brushless dc motor development, meet the brushless dc motor of high efficiency, high precision, high speed requirements, cooperate with the microprocessor to intelligent, is the important achievements of cry

9、stallization in the field of knowledge. </p><p>　　This design is mainly for the selection of controller, the controller selection plays a key role in this design, so the main controller use AT89C51, brushles

10、s dc motor as drive motor, the control method by comparing with the single chip microcomputer collected level, and motor hall position sensor feedback signal, single chip receives the signal, its software programming to

11、issue instructions to drive the brushless dc motor. </p><p>　　KEYWARDS: Brushless dc motor, the microcontroller, hall position sensor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>

12、　　摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 電機的分類1</p><p>　　1.2 無刷直流電機及技術(shù)的發(fā)展及研究意義2</p><p>　　第二章 無刷直流電機的介紹3&l

13、t;/p><p>　　2.1 無刷直流電動機的概念3</p><p>　　2.2 無刷直流電機與有刷直流電機的比較4</p><p>　　2.3 無刷直流電動機的基本工作原理及組成5</p><p>　　2.4 無刷直流電動機的運行特性7</p><p>　　2.4.1 機械特性7</p><

14、p>　　2.4.2 調(diào)節(jié)特性8</p><p>　　2.4.3 工作特性8</p><p>　　第三章 無刷直流電機控制器的設(shè)計9</p><p>　　3.1無刷直流電動機控制器設(shè)計方案9</p><p>　　3.1.1 設(shè)計方案比較與選擇9</p><p>　　3.1.2 無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框

15、圖9</p><p>　　3.2 控制器的基本原理10</p><p>　　3.3 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)10</p><p>　　第四章 AT89C5系列單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理簡介12</p><p>　　4.1 AT89C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)12</p><p>　　4.2 AT89C51單片機的引腳及其

16、功能描述13</p><p>　　4.3 AT89C51單片機的工作方式14</p><p>　　4.4 AT89C51單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)15</p><p>　　4.5 AT89C51單片機的指令系統(tǒng)16</p><p>　　第五章 硬件電路以及軟件的設(shè)計17</p><p>　　5.1 硬件電路設(shè)計1

17、7</p><p>　　5.1.1 單片機與鍵盤接口設(shè)計17</p><p>　　5.1.2 單片機與顯示數(shù)碼管接口的設(shè)計18</p><p>　　5.1.3 逆變器與驅(qū)動電路接口設(shè)計18</p><p>　　5.1.4 限流保護電路21</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計22</p>&l

18、t;p>　　5.2.1 控制器軟件設(shè)計總述22</p><p>　　5.2.2 程序流程圖22</p><p><b>　　結(jié)論26</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p>&

19、lt;p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1電機的分類</b></p><p>　　各領(lǐng)域的發(fā)展是在整個社會的科技發(fā)展下帶動的，最近幾十年控制領(lǐng)域的發(fā)展令人震驚，它帶來的巨大成果造福了人民的生活，比如在控制領(lǐng)域中，半導(dǎo)體的發(fā)展及應(yīng)用已經(jīng)在很多領(lǐng)域中得以推廣，使工業(yè)過程走向自動化，智能化，比如功率器件管MO

20、SFET在整流逆變電路中的應(yīng)用，無刷直流電機控制系統(tǒng)也應(yīng)用了全控型的MOSFET管，脈沖調(diào)制技術(shù)（pulse width modulation,簡稱PWM）是在其基礎(chǔ)上發(fā)展的。</p><p>　　無刷直流電動機是近年來隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。傳統(tǒng)的直流電動機存在換向器，因而存在碳刷磨損和碳刷粉末玷污線圈絕緣及其它零部件問題，由此帶來火花、維護困難、壽命短等致命缺陷。無刷直流電動機是

21、以法拉第的電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，而又以新興的電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和各種物理原理為后盾。因此它具有很強的生命力。</p><p>　　單片機具有很多有點，比如：外圍電路少、數(shù)字信號處理器運算快、組成簡單、可靠，故常被用于無刷電機的驅(qū)動部分。該無刷直流電機的設(shè)計具有組成簡化、性能優(yōu)越特點，使電機更加小型化和智能化。</p><p>　　電機按電源性質(zhì)劃分如表1-1：</p>&l

22、t;p>　　表1-1 電機按電源性質(zhì)分類</p><p>　　1.2無刷直流電機及技術(shù)的發(fā)展及研究意義</p><p>　　1831年,英國物理學(xué)家和化學(xué)家法拉第，成功證明了磁場能由電流產(chǎn)生,即發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,奠定了現(xiàn)代電機的基本理論的基礎(chǔ)。</p><p>　　1915年,美國科學(xué)家Hangnail通過不懈努力，成功地發(fā)明了帶控制柵極的汞弧整流器,直流

23、逆變成交流成為可能。</p><p>　　1955年，美國人Harrison在當(dāng)時換向器思想下，設(shè)計了用離子裝置實現(xiàn)電機的定子繞組按轉(zhuǎn)子位置換接，并首次提出用晶體管換相線路代替電機電刷接觸的思想，即無刷直流電機雛形。</p><p>　　1962年，隨著傳感器的生產(chǎn)，比如：接近開關(guān)式位置傳感器、電磁諧振式位置傳感器和高頻耦合式位置傳感器以及霍爾效應(yīng)轉(zhuǎn)子位置傳感器，成功試制了用霍爾元件（霍爾

24、效應(yīng)轉(zhuǎn)子位置傳感器）來完成無刷直流電機換相。</p><p>　　1968年,德國人W·Mudslinger提出電容移相實現(xiàn)換向的想法。德國人R·Hanitsch在此思想下，成功的設(shè)計出借用過零鑒別器和數(shù)字式環(huán)形分配器的組合，來完成換相的無位置傳感器無刷直流電機。</p><p>　　無刷直流電機的研究意義很重要，作為新型電機，它的性能越來越被人們所認可，它是許多領(lǐng)域的

25、結(jié)晶產(chǎn)品，將許多領(lǐng)域聯(lián)合在一起，是一種高新技術(shù)產(chǎn)品，是機電一體化的重要成果。無刷直流電機具有很多成功的創(chuàng)新點,優(yōu)越于傳統(tǒng)的直流電機,如傳統(tǒng)的直流電機使用機械換向,也保留了許多傳統(tǒng)直流電機的優(yōu)點,如具有交流電機和直流電機,它具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便,但是也有直流電機調(diào)速性能好,沒有勵磁損耗,效率高的特點。</p><p>　　西方國家等發(fā)達國家，在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，無刷直流電機的重要性得到體現(xiàn)，并

26、漸漸取代了有刷直流電機。無刷直流電機已成為主流，也符合了當(dāng)今技術(shù)的要求，在發(fā)達國家無刷直流電機作為執(zhí)行機構(gòu)已成為趨勢，比如美國、日本、德國等發(fā)達國家等已經(jīng)主要使用刷直流電機。</p><p>　　從以上介紹可以知道：無刷直流電機在很多方面，優(yōu)越于有刷直流電機，它是科學(xué)技術(shù)的又一突破，之所以這么說是因為無刷直流電機控制系統(tǒng)綜合了多科學(xué)科，它的驅(qū)動結(jié)合了電子技術(shù)知識，同時有用微處理器進行控制，對無刷直流電機的研究有非

27、常重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　第二章 無刷直流電機的介紹</p><p>　　2.1 無刷直流電動機的概念</p><p>　　梯形反電動勢的永磁同步電機是無刷直流電機，無刷直流電動機利用電子開關(guān)線路和位置傳感器來代替電刷和換向器，使這種電動機既具有直流電動機的特性。又具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點；它的轉(zhuǎn)速不再受機械換向的限制，若采

28、用高速軸承，還可以在高達每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)要中運行。它的特點：質(zhì)量輕、體積小、功率大、效率高、能耗低、啟動轉(zhuǎn)矩大、響應(yīng)快和慣量小等特點，性能較有刷直流電機高，并且不需要電刷，無刷正是來源于此。其明顯優(yōu)點在于克服了傳統(tǒng)直流電動機的有接觸的機械換向裝置的缺點，例如火花、電磁干擾、噪聲、壽命短等缺點。</p><p>　　無刷直流電機和有刷直流電機在結(jié)構(gòu)上有相同地方也有不同地方，總體結(jié)構(gòu)相差無幾，但是有些差別所帶來的影

29、響很大，對電機的性能也會影響，比如在磁結(jié)構(gòu)上就是懸殊不多,電樞繞組的位置卻不同,有刷直流電機的轉(zhuǎn)子上放的是電樞繞組,無刷直流電機的定子上放的是電樞繞組則, 兩者恰好相反，而轉(zhuǎn)子被安裝在永久磁鋼上，無刷直流電機的一般都是多相工作方式,工作時候電樞繞組連接到逆變器上，然后連接到直流電源上，電子式的換向多用于定子，使各相繞組逐級構(gòu)成回路，氣隙空間里產(chǎn)生了一種變化的旋轉(zhuǎn)磁場，這種變化屬于跳躍式，故而與轉(zhuǎn)子磁極的主磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，在電

30、磁轉(zhuǎn)矩的作用下電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。</p><p>　　無刷直流電動機用途非常廣泛，可作為一般直流電動機、伺服電動機和力矩電動機等使用，尤其適用于高級電子設(shè)備、機器人、航空航天技術(shù)、數(shù)控裝置、醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域。</p><p>　　圖2-1 無刷直流電機圖</p><p>　　2.2 無刷直流電機與有刷直流電機的比較</p><p>　　

31、將傳統(tǒng)有刷直流電動機與新型無刷直流電動機作比較即可看出兩種電機在性能以及應(yīng)用上的各自優(yōu)缺點，現(xiàn)將兩種電機作一下比較：</p><p>　?。?）換向特點的比較：有刷直流電動機的換向是由電刷和換向器進行機械換向；無刷直流電動機的換向是借助轉(zhuǎn)自子位置傳感器實現(xiàn)電子換向。</p><p>　?。?）維護周期的比較：有刷直流電動機因采用機械換向，機械磨損大，故一般需要周期性維護；無刷直流電動機因采

32、用電子換向，需要的維護周期較短。</p><p>　?。?）使用年限的比較：直流電機都有自己的使用年限，即使用周期。有刷直流電動機有個重要缺點：采用電刷和換向器進行機械換向，故而機械摩擦較大，壽命較短；無刷直流電動機則采用電子換向，使用壽命較長。</p><p>　?。?）機械（速度/力矩）特性的比較：有刷直流電機適用于中速,當(dāng)運行在高速時，電刷摩擦增加,有用的轉(zhuǎn)矩下降；無刷直流電動機，因

33、能實現(xiàn)平滑調(diào)速，故能在負載條件下的所有速度上運行。</p><p>　?。?）效率的比較：有刷直流電動機因存在換向的機械損耗故效率中等；無刷直流電機效率比較高。</p><p>　?。?）輸出功率/外形尺寸之比的比較：由于電樞發(fā)熱使氣隙內(nèi)的溫度升高,導(dǎo)致了有刷直流電機輸出功率屬于中等水平,從而限制了輸出功率/外形尺寸的比率；無刷直流電動機由于將電樞繞組設(shè)置在與機殼相連的定子上，所以容易散熱

34、。由于這種優(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性，允許減小電動機的尺寸，所以輸出功率/外形尺寸之比高。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)自慣量的比較：有刷直流電動機轉(zhuǎn)自慣量高，限制了動態(tài)特性；無刷直流由于將永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上，從而使電動機轉(zhuǎn)自慣量低，進而改善了動態(tài)響應(yīng)。</p><p>　?。?）速度范圍的比較：有刷直流電動機的速度范圍較窄；無刷直流電動機速度范圍較廣。</p><p>　　

35、（9）噪聲（電氣噪聲）的比較：有刷直流電動機因為存在電刷的換向過程，將會產(chǎn)生電弧，對附近的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾；無刷直流電動機的電氣噪聲較低。</p><p>　?。?0）制造價格的比較：有刷直流電動機的制造比較便宜；無刷直流電動機因組成相對復(fù)雜因此制造價格比較貴。</p><p>　?。?1）控制條件的比較：有刷直流電機控制相對簡單；無刷直流電動機因?qū)崿F(xiàn)的功能較多，故而在控制上相對復(fù)雜。&l

36、t;/p><p>　?。?2）控制要求的比較：對于一個固定的速度而言，有刷直流電動機不需要控制器來進行控制，但是對于有變速要求則需要控制器；無刷直流電動機若想電機運轉(zhuǎn)則必須要有控制器來用于變速控制。</p><p>　　通過以上比較可以看出，無刷直流電機在各個方面優(yōu)越于有刷直流電機，無刷直流電機的發(fā)展成為一種趨勢。</p><p>　　2.3 無刷直流電動機的基本工作

37、原理及組成</p><p>　　1．無刷直流電機的工作規(guī)律</p><p>　　電動機的定子、轉(zhuǎn)子是主要組成部分,電樞繞組多采用三相星形連接,為了測得轉(zhuǎn)子在各時刻的信息,在電動機轉(zhuǎn)子軸上，安裝了位置傳感器，位置傳感器發(fā)送的信號，經(jīng)處理電路整理，進行邏輯變換，故而產(chǎn)生控制信號，控制信號再經(jīng)驅(qū)動電路，逆變器的功率開關(guān)管的導(dǎo)通信號來源于經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后的電信號，在導(dǎo)通電平下，電機的各相繞組有

38、序工作。</p><p>　　圖2-2 無刷直流電機運行原理圖</p><p>　　由圖2-2可知，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)到圖a時。，轉(zhuǎn)子軸上的霍爾位置傳感器將測得數(shù)據(jù)輸送到控制電路，然后再經(jīng)數(shù)字變換后用于驅(qū)動逆變器的工作，故而使T1管和T6管通電導(dǎo)通，A、B兩相得以導(dǎo)通，電流的流向是從電源的正極經(jīng)T1管注入到A相，再經(jīng) B相以及T6管返回電源的負極故而構(gòu)成回路，電流的磁效應(yīng)使定轉(zhuǎn)子的磁場相互作用

39、，產(chǎn)生力矩，即電磁力矩，在它的作用下電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　圖b所示位置是轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電氣角度后的狀況，轉(zhuǎn)子軸上的傳感器將測得信號輸送到控制電路，控制信號經(jīng)邏輯變換后用于驅(qū)動逆變器的工作，故而使T1管和T6管通電，A 、C兩相得以導(dǎo)通，流向是從電源的陽極經(jīng)T1管注入到A相，再經(jīng) C相以及T2管返回電源的負極故而構(gòu)成回路。電流從電源的正極流出，電流的磁效應(yīng)使定轉(zhuǎn)子的磁場相互作用，產(chǎn)生力矩，

40、即電磁力矩，在它的作用下電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　同理圖cd，由此可知電機旋轉(zhuǎn)時候，有六種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)既兩相之間會導(dǎo)通，每相導(dǎo)通的時間與電氣角度對應(yīng)，即120電角度。</p><p>　　2. 無刷直流電動機組成</p><p>　　無刷直流電動機是一種自控變頻的永磁同步電動機，就其基本組成結(jié)構(gòu)而言，可以認為是由電動機本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子

41、開關(guān)電路三部分組成的“電動機系統(tǒng)”。從圖2-3可以看到無刷直流電機由以下部分組成：</p><p>　　圖2-3 無刷直流電動機結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　l.電機本體</b></p><p>　　無刷直流電動機是將普通直流電動機的定予與轉(zhuǎn)子進行了互換。其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，產(chǎn)生氣隙磁通：定子為電樞，由多相繞組組成。在結(jié)構(gòu)上，它與永磁同步電

42、動機類似。</p><p><b>　　2．轉(zhuǎn)子位置傳感器</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子位置傳感器是無刷直流電動機的一個關(guān)鍵部件?？筛鶕?jù)不同的原理構(gòu)成如電磁感應(yīng)式、光電式、磁敏式等多種不同的結(jié)構(gòu)形式。其中，電磁感應(yīng)式工作可靠，維護簡便，壽命長．所以應(yīng)用較多。它決定著電樞各相繞組開始通電的時刻。它的作用相當(dāng)于一般直流電動機中的電刷。改變位置檢測器產(chǎn)生信號的時刻(相位

43、)．相當(dāng)于直流電動機中改變電刷在空間的位置，對無刷直流電動機的特性有很大的影響。</p><p>　　位置傳感器一般也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。轉(zhuǎn)子是用來確定電動機本體磁極的位置，定子的安放是為了檢測和輸出轉(zhuǎn)子的位置信號。傳感器種類較多．且各具特點。目前在無刷直流電動機中常用的位置傳感器有以下幾種形式。</p><p><b>　　3．電子換向電路</b></p&

44、gt;<p>　　無刷直流電動機的電子換相線路是用來控制電動機定子繞組通電的順序和導(dǎo)通的時間。主要由功率開關(guān)管和邏輯控制電路組成．功率開關(guān)單元是核心部分．其功能是將電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動機定子的各項繞組，從而使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩?？刂撇糠质菍⑼ㄟ^位置檢測得到的信號．根據(jù)需要轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的脈沖信號去驅(qū)動功率開關(guān)管。</p><p>　　2.4 無刷直流電動機的運行特性<

45、;/p><p>　　無刷直流電機的運行特性是指電機在起動、正常工作和調(diào)速等情況下，電機外部的一些可測物理量之間的關(guān)系。</p><p>　　電機是一種輸入電功率、輸出機械功率的原動機械。因此，我們最關(guān)心的是它的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速隨輸入電壓、電流、負載變化而變化的規(guī)律。據(jù)此，電機的運行特性可分為起動特性、工作特性、機械特性和調(diào)速特性。一下簡介無刷直流電機的機械特性、調(diào)節(jié)特性、工作特性。&

46、lt;/p><p>　　2.4.1 機械特性</p><p><b>　　機械特性為：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　UT-開關(guān)器件的管壓降</p><p><b>　　Ia-電樞電流</b></p>

47、<p>　　Ce-電機的電動勢常數(shù)</p><p><b>　　-每級磁通量</b></p><p>　　由公式2-1可知給定不同的電壓等級將得到不同的轉(zhuǎn)速，即實現(xiàn)了電機的調(diào)速。如2-4圖所示曲線。</p><p>　　圖2-4 機械特性曲線</p><p>　　由機械特性圖我們可以發(fā)現(xiàn)，機械特性曲線隨著電

48、壓的增大而開始彎曲，彎曲的原因如下：</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時，流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。</p><p>　　2.4.2 調(diào)節(jié)特性</p><p>　　無刷直流電動機的調(diào)節(jié)特性如圖2-5所示。</p><p>

49、;<b>　　圖2-5 調(diào)節(jié)特性</b></p><p>　　調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　由上圖2-4、2-5可看出，無刷直流電機和傳統(tǒng)直流電機相比，機械特

50、性和調(diào)節(jié)特性與有刷直流電機相同,具有調(diào)速性能優(yōu)越,無級調(diào)速的特點。但是因為永磁體的限定，不能實現(xiàn)勵磁調(diào)速。</p><p>　　2.4.3 工作特性</p><p>　　電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖2-6所示。</p><p><b>　　圖2-6 工作特性</b></p><p>　　通過以上特性可

51、以看出無刷直流電機具有一個重要特點，即負載轉(zhuǎn)矩等于額定轉(zhuǎn)矩時,此時的電機效率比較高高、勵磁損耗也低。通過對這些特性的了解可以使我們對無刷直流電機的性能得以了解。</p><p>　　第三章 無刷直流電機控制器的設(shè)計</p><p>　　3.1無刷直流電動機控制器設(shè)計方案</p><p>　　3.1.1 設(shè)計方案比較與選擇</p><p>　

52、　前兩章中，我們可以看到，直流無刷電機的速度控制方法體現(xiàn)了很多優(yōu)勢，它采用了數(shù)字調(diào)速的方法，結(jié)合了當(dāng)今社會發(fā)展的要求，以前的直流電機調(diào)速多是模擬調(diào)速，這種方法有許多缺點，故已被取代?，F(xiàn)在已進入數(shù)字化時代，數(shù)字化調(diào)速控制系統(tǒng)已取代模擬調(diào)速系統(tǒng)，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有兩種控制方案：</p><p>　?。?）用專門的集成電路。優(yōu)點：使用專門的集成電路使總電路得以簡化，且具有高可靠性，同時減少了系統(tǒng)投資。缺點：不夠靈活。&l

53、t;/p><p>　?。?）用微處理器作為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。優(yōu)點：應(yīng)用范圍廣，編程靈活，容易控制。 </p><p>　　無刷直流電機的可靠性以及系統(tǒng)的效率取決于電機控制器，它主要有以下功能:</p><p>　　·對輸入的各個信號進行邏輯處理 ·用于對電機的調(diào)速</p><p>　　·

54、;為驅(qū)動電路提供各種控制信號 ·產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號</p><p>　　·對欠壓等、過電流的情況做出反映，實現(xiàn)保護</p><p>　　考慮了兩方案的優(yōu)缺點以及以上功能的要求，方案二被采用。</p><p>　　3.1.2無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框圖 </p><p>　　基于以上考慮

55、,本設(shè)計系統(tǒng)框圖設(shè)計如下，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 電動機驅(qū)動控制框圖</p><p>　　3.2 控制器的基本原理 </p><p>　　系統(tǒng)組成：無刷直流電機、AT89C51單片機、LM621芯片、4位數(shù)碼管、2*3矩陣鍵盤。各部分作用：核心控制器選擇AT89C51，數(shù)碼管用于顯示速度的大小及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向，LM621用于換相，輸

56、入則選擇用2*3矩陣鍵盤來實現(xiàn)。用于控制電機的啟動和停止控制，速度和大小的調(diào)整，為了實現(xiàn)精確的速度控制，本設(shè)計使用PWM技術(shù)進行調(diào)速。 </p><p>　　換相的設(shè)計：若用單片機來換相的話，單片機一方面要不斷地執(zhí)行換相操作指令，同時還要監(jiān)控并處理外部事件，例如：調(diào)整轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，監(jiān)控用戶界面。這樣使系統(tǒng)效率過低，故采用芯片LM621來完成換相。 </p><p><

57、;b>　　1.微控制器 </b></p><p>　　電機的旋轉(zhuǎn)方向的要求，以及從轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器傳出的三個輸出信號，將它們被處理成所需的驅(qū)動序列（驅(qū)動電平），然后用于驅(qū)動六個功率開關(guān)器件依次接通。脈寬調(diào)制信號產(chǎn)生的方法，是通過單片機AT89C51的內(nèi)部時鐘以及電機發(fā)來的電信號、制動信號、以及轉(zhuǎn)速等模擬信號，經(jīng)AD處理產(chǎn)生的。</p><p><b&g

58、t;　　2.功率驅(qū)動單元 </b></p><p>　　功率驅(qū)動單元選擇以MOSFET功率管組成的全橋逆變電路。</p><p><b>　　3.位置傳感器 </b></p><p>　　位置傳感器選擇霍爾位置傳感器，用以反饋轉(zhuǎn)子在各個時刻的信息。</p><p>　　4.周邊輔助、保護電

59、路 </p><p>　　主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護電路、調(diào)速信號和制動信號等輸入電路。 </p><p>　　3.3 脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù) </p><p>　　用數(shù)字信號（由單片機產(chǎn)生）實現(xiàn)對模擬電路的控制。應(yīng)用在許多領(lǐng)域中。</p><p>　　PWM比模擬電路控制所具有的優(yōu)點

60、：高抗噪性，很大節(jié)約內(nèi)存空間、經(jīng)濟性能高。在此技術(shù)之前常直接運用模擬電路控，模擬電路雖然設(shè)計方便，且設(shè)計成本低，但模擬電路存在很多缺點：</p><p>　　·模擬電路容易隨時間漂移</p><p>　　·功率器件存在著損耗</p><p><b>　　·以及對噪聲敏感等</b></p><p&

61、gt;<b>　　·容易受干擾</b></p><p>　　故選擇運用數(shù)字電路來實現(xiàn)本設(shè)計，PWM技術(shù)克服了以上技術(shù)問題，同時用數(shù)字方式來控制模擬信號降低了該系統(tǒng)的成本，改善了性能。PWM技術(shù)解決了電機調(diào)速的問題，利用這個技術(shù)便可以實現(xiàn)調(diào)速的目的，同時可以通過軟件設(shè)計實現(xiàn)調(diào)速，操作方便。</p><p>　　PWM技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，比如：溫度控制、電機調(diào)速

62、等場所。PWM控制的原理是在驅(qū)動電路中，通過改變開關(guān)在一個通斷周期內(nèi)接通的時間，即改變一個周期內(nèi)高電平的持續(xù)時間即占空比的大小，故而改變了平均電壓，，因此能夠改變電動機的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　如圖3-2所示。</b></p><p>　　圖3-2 PWM占空比原理</p><p><b>　　由圖3-2得：</b&

63、gt;</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　?。?-2）指的是電機的平均速度；</p><p>　　定義為電機在在整個通電過程中能夠達到的最大速度；</p><p><b>　　D指占空比；</b></p><p>　　因此改變占空比時，電機平均

64、速度Va也發(fā)生改變，即實現(xiàn)了調(diào)速的目的。由于占空。比的大小可以連續(xù)變化，故可以實現(xiàn)平滑調(diào)速，使調(diào)速的。范圍變寬，其實上式3-2的關(guān)系式并不一定成立，只是比較接近這個關(guān)系，但是為了計。算方便，在普通的計算中，可以將其簡?；删€性關(guān)系。 </p><p>　　本系統(tǒng)對無。刷直流電機的調(diào)速采用了PWM控制，通過對單。片機AT89C51進行編程，即可得到所。需要的PWM波形，同時占空比的大小可。任意改變，只需在

65、編程時處理占空比。的大小即可，通過編程比較方便。產(chǎn)生PWM波形。</p><p>　　第四章 AT89C51系列單片機的結(jié)構(gòu)及工作原理簡介</p><p>　　4.1 AT89C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　8051單片機是最早生產(chǎn)的，但是隨著科技的發(fā)展，8051的不能滿足更高的要求，從而開發(fā)出了AT89C51單片機。具有8051的基本功能，并在此基礎(chǔ)上

66、增加了一系列新功能，它具有一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器。具有CMOS8位微處理器高性能,低電壓的特點。制造技術(shù)采用ATMEL高密度非易失性內(nèi)存,和工業(yè)標(biāo)準的MCS - 51系列單片機的指令集和輸出管腳相兼容。與51系列單片機的區(qū)別在于AT89C51將8位CPU和閃爍存儲器組合在一起，構(gòu)成單個芯片，因此提高了運算速度。其基本機構(gòu)如下圖4-1所示:</p><p>　　圖4-1 AT89C51單片機結(jié)構(gòu)&

67、lt;/p><p>　　AT89C51具有一下結(jié)構(gòu)特點如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 AT89C51單片機特點</p><p>　　4.2 AT89C51單片機的引腳及其功能描述 </p><p><b>　　VCC：供電電源。</b></p><p><b>　　GND：接

68、地。</b></p><p>　　P0口：被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位，端口置1（對端口寫1）時，起到作高阻抗輸入的作用。</p><p>　　P1口：標(biāo)準輸入輸出I/O口，端口置1時，端口呈現(xiàn)高電平，用于輸入口。</p><p>　　P2口：標(biāo)準輸入和輸出I/O口，外部程序存儲空間的高八位地址也可以用其來訪問，數(shù)據(jù)存儲器也是一樣，端口置1時，端口呈現(xiàn)高電

69、平，用于輸入口。</p><p>　　P3口：既可以作標(biāo)準輸入輸出I/O，也可做第二功能口，第二功能如下表： </p><p>　　表4-2 P3口第二功能</p><p>　　RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。復(fù)位要求RST引腳高電平輸入的時間滿足兩個機器周期。 </p><p>　　ALE/

70、PROG： 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的l/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。</p><p>　　PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C51&#

71、160;由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號出現(xiàn)。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲

72、器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p><p>　　XTAL1：用于反向振蕩放大器以及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p>　　4.3 AT89C51單片機的工作方式</p><p>　　

73、AT89C51單片機的常用工作方式有：復(fù)位方式，節(jié)電工作方式。工作方式與狀態(tài)一一對應(yīng)。一下介紹兩種常用工作方式。</p><p><b>　　一、復(fù)位方式</b></p><p>　?。?）上電自動復(fù)位：由RC電路充放電來實現(xiàn)的，上電的一瞬間，因電壓的突加，使復(fù)位引腳呈現(xiàn)高電平，但是隨著電流的減小，復(fù)位引腳呈現(xiàn)低電平得以復(fù)位。</p><p>

74、　?。?）按鍵手動復(fù)位有脈沖方式、電平方式兩種按鍵電平復(fù)位，其原理是相當(dāng)于在復(fù)位引腳經(jīng)電阻接高電平，圖4-3所示；按鍵脈沖復(fù)位的原理是因為復(fù)位電路采用了微分電路產(chǎn)生的正脈沖得以復(fù)位的。</p><p>　　圖4-2 按鍵復(fù)位電路</p><p>　　表4-3所示為寄存器復(fù)位后狀態(tài)值</p><p>　　表4-3 單片機復(fù)位后寄存器值</p><p

75、>　　二、節(jié)電工作方式：由其內(nèi)部的電源控制寄存器PCON決定的，該特殊功能寄存器的地址為87H，AT89C51單。片機的節(jié)電工作方式有兩種，主要以掉電工作方式為主，在掉電工作方式中，單片機的內(nèi)部振蕩器停止工作。</p><p>　　PCON的寄存器如下表4-4所示：</p><p><b>　　表4-4</b></p><p>　　SMO

76、D：用于對串行口波特率倍率的設(shè)置；</p><p>　　GF1、GF0：通用標(biāo)志位；</p><p>　　PD：用于對掉電方式的設(shè)置， PD為1時，即掉電工作方式； </p><p>　　IDL：用于對空閑方式的設(shè)置， IDL為1時，即空閑工作方式；</p><p>　　4.4 AT89C51單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)</p><

77、;p>　　單片機都有自己的最小系統(tǒng)，在這個基礎(chǔ)上對單片機的功能進行擴展就是所謂的單片機應(yīng)用擴展，AT89C51自身就可以組成一個最小系統(tǒng)，AT89C51構(gòu)成最小系統(tǒng)需要將該芯片與時鐘電路以及復(fù)位電路相連接即可，需要注意的是應(yīng)將接高電平，而引腳ALE和不接輸入信號，這樣便構(gòu)成了最小系統(tǒng)，并可以工作。注意有一些單片機自身并不能構(gòu)成最小系統(tǒng)，比如目前國內(nèi)較多采用的內(nèi)部無程序存儲器的芯片8031來說，則要用外部程序存儲器的方法才能構(gòu)成一個

78、最小應(yīng)用系統(tǒng)，故在單片機的選取上應(yīng)特別注意。</p><p>　　如圖4-3所示為單片機的應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　圖4-3 AT89C51單片機的應(yīng)用系統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)具有以下的特點： ?</p><p>　?。?）引腳（I/O口）端口較多：P1、P2、P3四個口都可以作為I/O口，故引腳比較豐富。</p>

79、<p>　?。?）內(nèi)部存儲器空間有限，僅有128B的RAM、4KB的程序存儲空間。</p><p>　?。?）應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)具有特殊性。因P0、P2口作為數(shù)據(jù)、地址總線時硬件調(diào)試只能用模擬的方法進行在開發(fā)。</p><p>　　片內(nèi)無程序存儲器的芯片構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，必須在片外擴展程序存儲器。由于一般用程序存儲器的EPROM芯片不能鎖存地址，故擴展時還應(yīng)外加1個鎖存器，構(gòu)成

80、一個3片最小系統(tǒng)，地址鎖存器常用74LS系列地址鎖存器，用于鎖存低8位地址，應(yīng)特別注意。</p><p>　　4.5 AT89C51單片機的指令系統(tǒng)</p><p>　　指令是CPU用于控制功能部件完成某種指定動作的指示和命令。計算機的指令系統(tǒng)是指指令的集合。指令系統(tǒng)體現(xiàn)了計算機的性能，也是運用了計算機進行程序設(shè)計的基礎(chǔ)。計算機的指令一般是采用匯編語言指令來表示。指令系統(tǒng)可分為四類：數(shù)據(jù)傳

81、送、邏輯操作、算術(shù)操作和控制轉(zhuǎn)移。一下以每種類型的一個作簡要概述：</p><p>　　通用的傳送：MOV 將原操作送至目的操作數(shù)中，保持源操作數(shù)不變化，相當(dāng)于數(shù)據(jù)的復(fù)制。</p><p>　　累加器專用傳送：MOVX 用于與外部數(shù)據(jù)存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳送，外部數(shù)據(jù)存儲器的選擇由R1、R0這兩位來決定。</p><p>　　目標(biāo)地址傳送：MOV DPTR, #

82、data 是用于把一個立即數(shù)的高八位和低八位放進目的寄存器中的高八位，第八位地址中。</p><p>　　位操作指令：JB 如果直接尋址位為1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移。</p><p>　　算術(shù)操作：ADD 將累加器中的數(shù)與操作數(shù)進行相加，并將加的結(jié)果放進累加器A中。</p><p>　　調(diào)用指令：ACALL 絕對調(diào)用指令、無條件地調(diào)用指定地址的子程序，不影響標(biāo)志。<

83、/p><p>　　轉(zhuǎn)移指令：轉(zhuǎn)移指令有兩種，有條件的轉(zhuǎn)移以及無條件轉(zhuǎn)移指令。</p><p>　　無條件轉(zhuǎn)移指令：AJMP 轉(zhuǎn)移控制到目標(biāo)操作數(shù)。</p><p>　　有條件轉(zhuǎn)移：JZ 如果累加器A為0則執(zhí)行一次轉(zhuǎn)移。</p><p>　　中斷操作指令：單片機的中斷操作指令用于對中斷事件的處理，每個單片機都具有對內(nèi)部或外部事件的處理能力，當(dāng)內(nèi)

84、部或外部事件發(fā)生，對應(yīng)每一個中斷事件都有自己的優(yōu)先級，處理器一般會根據(jù)優(yōu)先級來判斷處理兩事件的順序，所要用到的中斷指令：</p><p>　　RETI： 中斷指令。其控制轉(zhuǎn)移的方式與RET指令相同，RETI是中斷返回,并且清中斷標(biāo)志,以保證能繼續(xù)中斷。</p><p>　　第五章 硬件電路以及軟件的設(shè)計</p><p>　　5.1 硬件電路設(shè)計</p>

85、<p>　　硬件設(shè)計思路是先將各個功能模塊的硬件電路設(shè)計出來，然后將各硬件部分連接在一塊。本系統(tǒng)將整個硬件電路劃分為四個電路模塊；單片機與鍵盤接口設(shè)計﹑單片機與顯示數(shù)碼管接口的設(shè)計﹑逆變器與驅(qū)動電路接口設(shè)計﹑限流保護電路的設(shè)計。系統(tǒng)的總硬件圖如附錄A所示。</p><p>　　5.1.1 單片機與鍵盤接口設(shè)計 </p><p>　　本系統(tǒng)使采用2*3矩陣鍵盤來對整個

86、系統(tǒng)的操作，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)鍵盤接口</p><p>　　鍵盤結(jié)構(gòu)和各鍵對應(yīng)的功能及鍵值如表5-1：</p><p><b>　　表5-1</b></p><p>　　各鍵詳細功能如下： </p><p>　　K1：用于啟動系統(tǒng)，單片紀上電后會

87、對鍵盤進行掃描，K1按下則啟動系統(tǒng)。</p><p>　　K2和K5：按下K4或K6使當(dāng)前位閃爍，改變當(dāng)前值的大小通過K2和K5加1或減1操作，之后5秒內(nèi)無輸入的話，系統(tǒng)確定當(dāng)前值。</p><p>　　K4和K6：按下K4或K6系統(tǒng)進入調(diào)速狀態(tài)，此時的4位數(shù)碼管將從左邊開始閃爍，閃爍第一位即當(dāng)前位，若5S內(nèi)無輸入的話，系統(tǒng)確定當(dāng)前值，并通過調(diào)速達到設(shè)定值。  

88、0;</p><p>　　K3：其功能是實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。</p><p>　　5.1.2 單片機與顯示數(shù)碼管接口的設(shè)計 </p><p>　　如圖5-2示的是單片機與數(shù)碼管顯示電路的連接，數(shù)碼管采用動態(tài)顯示方式。該顯示部分由一下兩部分組成：</p><p><b>　　1. 數(shù)碼管 </b>

89、;</p><p>　　·4位8段共陰極數(shù)碼管用于顯示的功能 ·位選接P1.0——P1.3口</p><p>　　·P0口用于數(shù)碼管的段選 ·單片機P0口接上拉電阻  </p><p>　　2. LED發(fā)光二極管 </p>&

90、lt;p>　　兩個LED發(fā)光二極管用于標(biāo)志電機的正反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　圖5-2 單片機與數(shù)碼管顯示電路設(shè)計圖</p><p>　　5.1.3 逆變器與驅(qū)動電路接口設(shè)計 </p><p>　　圖5-3所示的是逆變器與驅(qū)動電路接口電路設(shè)計。</p><p>　　圖5-3 逆變器與驅(qū)動電路接口

91、</p><p><b>　　1. 逆變器 </b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計采用了MOSFET功率開關(guān)組成的三相橋式全控逆變電路。   </p><p><b>　　2. 驅(qū)動電路 </b></p><p>　?。?）功率管的導(dǎo)通則選用了換相

92、芯片LM621控制， LM621具有一下特點：</p><p>　　·與三相無刷直流電機兼容性良好</p><p>　　·雙極性驅(qū)動三相角形星型聯(lián)結(jié)繞組</p><p>　　·有中心抽頭的三相星形聯(lián)結(jié)繞組用單極性驅(qū)動</p><p>　　·位置傳感器空間間距的處理：三相電機空間間距處理為30°

93、或60°；四相電動機可處理為空間間距90°</p><p>　　·輸出端用于驅(qū)動雙極型功率管或者用于MOSFET功率器件的驅(qū)動</p><p>　　·可調(diào)節(jié)死區(qū)時間和時鐘發(fā)生器</p><p>　　·可接PWM信號接口、霍爾位置傳感器接口</p><p>　　·具有欠電壓封鎖的特性&

94、lt;/p><p>　　LM621引腳如圖5-4所示： </p><p>　　圖5-4  LM621結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　管腳功能定義：  </b></p><p>　　·引腳1（Vcc1）：邏輯部分和時鐘電源信號輸入端，加+5V。</p><

95、;p>　　·引腳2（DIRECTION)：轉(zhuǎn)向控制端。電機轉(zhuǎn)向取決于邏輯電平。 </p><p>　　·引腳3（DEAD-TIME ENABLE):死區(qū)時間使能端，高電平有效。用于死區(qū)功能的選擇。</p><p>　　·引腳4（CLOCK TIMING):時鐘定時端。將該引腳外接定時電容經(jīng)電阻接地，只要設(shè)定時鐘振蕩周期，便可

96、設(shè)定死區(qū)的時間。  </p><p>　　·引腳5、6、7（HS1、HS2、HS3）：傳感器輸入端（本設(shè)計采用霍爾位置傳感器）。</p><p>　　·引腳8（30/60SELECT): 或選擇端，當(dāng)三相電動機傳感器空間間距處理為30度時，在此引腳加高電平；當(dāng)三相電動機傳感器空間間距60°時，施加零電平。</p><p&

97、gt;　　·引腳9（LOGIC GROUND):邏輯地。</p><p>　　·引腳10（POWER GROUND):功率地。</p><p>　　·引腳11、12、13（CURRENT SOURCE OUT)：該系列引腳作為灌電流的輸出端。</p><p>　　·引腳14、15、16（

98、CURRENT SINK OUT):抽電流輸出端。 </p><p>　　·引腳17（OUTPUT INHIBIT)：輸出禁止端。當(dāng)該引腳接高電平時，則輸出被關(guān)閉。</p><p>　　·引腳18（MOTOR SUPPLY VOLTAGE): Vcc2（+5——40V）端，作為第二等待能源輸入端，它的

99、功能是提供11——13引腳灌電流輸出的電流。</p><p>　　其換相譯碼真值表如表5-2：</p><p>　　表5-2  LM621換相真值表</p><p>　　換相波形圖如圖5-5所示： </p><p>　　圖5-5  60°換相波形</p><p>　　5.1.4 

100、;限流保護電路 </p><p>　　如下圖5-6所示的限流電路設(shè)計：</p><p><b>　　圖5-6 限流電路</b></p><p>　　從上圖5-6可知，主回路中的電動機的電流，最終經(jīng)過電阻R接地。滿足=R的關(guān)系。將反饋電壓和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓經(jīng)過LM324運算放大器的兩個輸入端進行比較，當(dāng)反饋電壓＞時，則運

101、算放大器輸出低電平，運算放大器輸出再經(jīng)過非門電路變?yōu)楦唠娖?，并輸入到LM621的引腳17，使輸出關(guān)斷，使直流無刷電動機定子繞組的所有電流通路截至，導(dǎo)致電動機電流快速下降，當(dāng)電流下降，致使＜，則LM324運算放大器輸出回到高電平，通過非門變?yōu)榈碗娖?，接LM621的17腳，LM621工作。</p><p>　　限流保護電路的設(shè)置對整個系統(tǒng)有重要的意義，可使流過電路的電流限制在一定的范圍，從而防止了系統(tǒng)因發(fā)生過電流時而

102、燒壞電路的情況。除此之外因限流保護電路經(jīng)電阻R接地，也提高了系統(tǒng)電路抗干擾的能力。</p><p>　　5.2 軟件設(shè)計 </p><p>　　5.2.1 控制器軟件設(shè)計總述 </p><p>　　在軟件設(shè)計上，要首先考慮到用軟件我們需要實現(xiàn)什么樣的目的，例如本設(shè)計中PWM波形的產(chǎn)生即需要軟件設(shè)計，在軟件設(shè)計時應(yīng)定義一些標(biāo)志位，比如啟

103、動標(biāo)志位以及閃爍標(biāo)志位的定義等，這些定義見附錄B。</p><p>　　系統(tǒng)程序的功能程序由下表5-3組成：</p><p><b>　　表5-3 功能程序</b></p><p>　　總設(shè)計程序是由多個程序段構(gòu)成,每個子程序來實現(xiàn)各自的功能,形成一個獨立的模塊,使單片機執(zhí)行效率提高,所有的子例程調(diào)用返回結(jié)果。需要注意在定義了各端口的功能之后，

104、在連接各引腳時應(yīng)保證引腳之間的連接正確，否則在運行程序時會出現(xiàn)較多的錯誤，帶來很多不必要的麻煩。</p><p>　　5.2.2 程序流程圖 </p><p>　　主要模塊程序流程圖如圖5-7所示；鍵盤程序流程圖如圖5-8所示；圖5-9為顯示程序流程圖的設(shè)計。本設(shè)計程序編程采用C語言，如附錄B。</p><p>　　圖5-7 主程序流程

105、圖</p><p>　　圖 5-8 鍵盤程序流程圖</p><p>　　5-9 顯示程序流程圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計中，使我對單片機以及無刷直流電機的工作原理又加深了進一步認識，雖然在設(shè)計的過程中有很多不懂的地方，也遇到了很多麻煩，不過在老師的幫

106、助下，我也都一一的將它們解決，并成功的將硬件連接一起并調(diào)試成功實現(xiàn)了用 AT89C51單片機對無刷電機的PWM調(diào)速、逆變橋電流限定、同步整流保護等功能的應(yīng)用。在此期間也意識到自己對專業(yè)課掌握的并不很踏實，以及自己的不足。</p><p><b>　　不足之處： </b></p><p>　?。?）硬件方面，由于專業(yè)知識的不足以及經(jīng)驗的不足，在硬件設(shè)計上走了很

107、多誤區(qū)，同時也因為在硬件的設(shè)計上缺乏實際數(shù)據(jù)的支持，使硬件的設(shè)計進程很慢，在硬件之間的連接上也存在這缺陷； </p><p>　?。?）軟件方面，在軟件設(shè)計方面尤其單片機端口的分配這一塊中，因為對單片機端口的功能不熟悉，在分配的時候難免出混亂，同時不能熟練進行編程。 </p><p>　　由于個人能力的有限以及時間并不是很充裕，在設(shè)計上可能會存在一些不足，本控制系統(tǒng)的設(shè)

108、計還有很大的改進空間，例如可不必采用位置傳感器的控制方法，用無位置傳感器的方法進行替代，這樣可以提高可靠性，以及降低設(shè)計成本。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王益全.電動機原理與實用技術(shù).北京:科學(xué)出版社，2005</p><p>　　[2] 張深.直流無刷電動機原理與其應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，1996

109、</p><p>　　[3] 盧靜，陳非凡，張高飛等.基于單片機的無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計.北京機械工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2002</p><p>　　[4] 張興.電力電子技術(shù). 科學(xué)出版社，2010</p><p>　　[5] 葉金虎.現(xiàn)代無刷直流永磁電動機的原理和設(shè)計.辭學(xué)出版社，2007</p><p>　　[6] 黃友銳.單片機原理及應(yīng)用

110、.合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[7] 王成元,夏加寬,楊俊友,孫益標(biāo).電機現(xiàn)代技術(shù).機械工業(yè)出版，2006</p><p>　　[8] 郁有文,常健,程繼紅.傳感器原理及工程應(yīng)用. 西安電子科技大學(xué)出版，2008</p><p>　　[9] 李嵐.電力拖動與控制. 機械工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[10]

111、孫旭東，王善銘.電機學(xué).清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[11] 黃俊,王兆安.電力電子變流技術(shù). 機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[12] 余永權(quán),汪明慧,黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子工業(yè)出版社 ，2003</p><p>　　[13] 張立,黃兩一.電力電子場控器件及其應(yīng)用．北京機械工業(yè)出版社，1995</p>

112、<p>　　[14] 余永權(quán),李小青,陳林康.單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社,1991</p><p>　　[15] 王季秩.無刷直流電機的現(xiàn)在和將來[M].微特電機.1999</p><p>　　[16] 陳益廣.王曉遠等.摩托車用直流無刷起動磁電機的設(shè)計[M].微電機.2000</p><p>　　[17] 蔡耀成 無刷直流電動

113、機中的霍爾位置傳感器[M].微特電機.1999</p><p>　　[18] 丁志剛.無刷直流電動機的研究和開發(fā)進展[M].微特電機.2000</p><p>　　[19] 周屬德.永磁無刷直流電動機設(shè)計中的幾個問題[M].電機技術(shù).1996</p><p>　　[20] 于維順.無刷直流電動機驅(qū)動線路分析[M].江蘇機械制造與自動化.1998</p>

114、<p>　　[21] 鄭吉 王學(xué)普 無刷直流電機控制技術(shù)綜述[M].微特電機. 2002</p><p>　　[22] 鄭柒拾.無刷永磁直流電機的繞組參數(shù)計算[M].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報.2000</p><p>　　[23] Microchip PIC18F72 datasheet[R] ，2002 Microchip Technology Inc. </p>&l

115、t;p>　　[24] Jim Simons. Mastering the PIC16C7X A/D Converter[R]，2002 Microchip Technology Inc. </p><p>　　[25] IR2103(S) & (PbF) datasheet[R]，www.irf.com </p><p>　　[26] G..Henneberger. Brus

116、hless motors for electric and hybrid vehicles. Machines and Drives for Electric and Hybrid Vehicles[R]. 1996</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計中我遇到了很多困難，對于這些困難徐老師給與了我耐心的指導(dǎo)，在此感謝徐老師的幫助。

117、正是因為老師們的精心指導(dǎo)，才使我得以順利完成無刷直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計，同時老師給我提供了很多有用的參考資料，這些資料使我少走了很多彎路。以前并沒有接觸過對一個系統(tǒng)的設(shè)計，在知道這個課題的時候，自己一點思路也沒有，也不知從何入手，于是便上網(wǎng)查閱資料，也從圖書館里借到了很多相關(guān)的資料，通過閱讀這些資料后，設(shè)計思路也慢慢的產(chǎn)生了，同時也參閱了一些資料，并借鑒了一些新意的思路，在這些準備之后，便著手于系統(tǒng)的設(shè)計了，雖有理論進行知道，有時候卻達