無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 2014 屆 電氣工程及其自動化s 專業(yè) 1206972 班級 題 目 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 姓 名 陳壘剛 學(xué)號 120697201 指導(dǎo)教師 崔建鋒 職稱 副教授 二一 四 年 五 月 六 日 摘 要 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括控制器、功率變換器和軟件設(shè)計(jì)。本人的設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)主要是介紹了直流電動機(jī)的發(fā)展概況、組成結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方式以及單片機(jī)AT89C51的在系統(tǒng)中的應(yīng)用。本人設(shè)計(jì)的控制器主要是由AT89C51的單片機(jī)將位置檢測電路、換相邏輯電路、鍵盤接口回路連接到一起。當(dāng)無刷直流

2、電動機(jī)在轉(zhuǎn)動時，位置傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的轉(zhuǎn)動位置，發(fā)出相應(yīng)的的信號CAP1-CAP3，然后再由單片機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號PWM1（P0.6）和AT89C51輸出的信號(P0.0P0.5)邏輯組合變換后得到控制6個功率管的觸發(fā)信號（PWM11PWM16），通過改變PWM脈沖信號的占空比來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。無刷直流電機(jī)的定子電樞繞組換相和正反轉(zhuǎn)控制是通過用反映電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的霍爾信號改變MOSFET功率管的開通和關(guān)斷的順序來實(shí)現(xiàn)的。通過鍵盤的輸入進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的的啟動、停止、動、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了無刷直流電動機(jī)的簡單的自動化控制。 關(guān)鍵詞 無刷直流電動機(jī)；AT89C51單片機(jī)：PWM Ab

3、stractBrushless DC motor control system design includes a controller, a power converter and software design. I designed primarily for controller design, the design is mainly introduces the development of DC motors, composition structure, working principle, method and SCM AT89C51 control applications

4、 in the system. I designed controller AT89C51 microcontroller primarily by the position detection circuit commutation logic circuit, keyboard interface circuits connected together. Brushless DC motor control MCU controller is mainly based on the current rotational position of the rotor, to issue the

5、 corresponding control word, by changing the duty cycle of the PWM pulse signal to achieve the motor control. Brushless DC motor stator and armature winding commutation reversing control is achieved by changing the opening of the power MOSFET on and off with the order reflecting the Hall rotor posit

6、ion signals to achieve. By entering the keyboard and then start the motor to achieve, stop, move, forward and reverse, in order to achieve a simple automated control of brushless DC motor. Keywords Brushless DC motor; AT89C51 microcontroller: PWM 目 錄摘 要1第一章 無刷直流電動機(jī)的原理和機(jī)構(gòu)的概述51.1 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況51.2本設(shè)計(jì)內(nèi)容

7、及研究61.3 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理61.3.1 現(xiàn)對無刷直流電動機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明61.3.2 無刷電機(jī)的運(yùn)行原理71.3.3 無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩分析81.3.4 無刷的直流電動機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號10第二章 無直類型的流電動機(jī)的控制器方案132.1無刷的直流電動機(jī)系統(tǒng)132.2無刷直流電動機(jī)控制器設(shè)計(jì)方案132.2.2 無刷的直流電動機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖132.3控制器的基本原理142.4脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)152.4.1 脈寬調(diào)制的原理15第三章無刷直流電動機(jī)控制器的硬件設(shè)計(jì)163.1 AT89C51單片機(jī)簡介163.2單片機(jī)最小系統(tǒng)173.3傳感器選擇213.4單片

8、機(jī)與鍵盤接口設(shè)計(jì)193.5 位置檢測電路設(shè)計(jì)213.6換相邏輯電路的設(shè)計(jì)25第4章控制器軟件部分的設(shè)計(jì)284.1 控制器軟件設(shè)計(jì)總述284.2程序流程圖28結(jié) 束 語32致 謝33參考文獻(xiàn)34第一章 無刷直流電動機(jī)的原理和機(jī)構(gòu)的概述 前 言 無刷類型直流的電動機(jī)為一種很新型的電動機(jī)，單片機(jī)被作為了它的控制核心的電動機(jī)控制器為本設(shè)計(jì)的目的和要求，其中包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電動的機(jī)的硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)包括：電源電路、串口通信電路、電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)電路設(shè)計(jì)；軟件系統(tǒng)采用單片機(jī)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。為了最后設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性而做了大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證?？茖W(xué)和技術(shù)它們的很快的發(fā)展，導(dǎo)致了半導(dǎo)通體的

9、技術(shù)的很大的跳躍，開關(guān)類型的晶體管它的出現(xiàn)為了產(chǎn)生了新種類的無刷的直流型電動機(jī)帶來了未來。1.1 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況最近的幾年的對異步類型的電動機(jī)它的變頻和調(diào)速的專研，說到到底就是我們在慢慢的去探索怎么去控制現(xiàn)在的異步類型的電動機(jī)它的轉(zhuǎn)矩，無刷類型的直流的電動機(jī)一直依靠它的很寬的調(diào)速、非常小的體積、很高的工作效率以及它的穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)速的誤差非常的小的等優(yōu)點(diǎn)令它在現(xiàn)在的調(diào)速的領(lǐng)域占了很大的優(yōu)勢。 無刷類型的直流的電機(jī)不僅擁有了直流類型的有刷的電機(jī)它的工作特性,而且具有頻率的變化類型的裝置,所以它又被叫作直流的變頻,在國際中的常用型的名詞為BLDC.無刷的類型的直流的電機(jī)它的運(yùn)轉(zhuǎn)的工作效率很高,

10、還有低速的轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速的工作精度等等都是很好的。它與任何的控制類型的技術(shù)的什么的變頻器相比，它都是很好的,因此它是很值得我們業(yè)界人士的關(guān)注. 1.2本設(shè)計(jì)內(nèi)容及研究 無刷類型的直流的電動機(jī)和其它的種類的電動機(jī)去比較的話，它都是一類新種類的電動機(jī)，它的什么驅(qū)動啊、控制方法都和現(xiàn)在的電子技術(shù)聯(lián)系非常大，所以我們對現(xiàn)在的無刷類型的直流電機(jī)它的本體和它的控制的方法去很系統(tǒng)、深遠(yuǎn)的專研很有重要的現(xiàn)實(shí)意義。無刷類型的直流的電機(jī)不僅擁有其他的交流類型的電動機(jī)和直流類型的電機(jī)它們身上的優(yōu)勢，它同時還擁有其他的交流電動機(jī)它們的結(jié)構(gòu)上的很簡單，運(yùn)行方面也是可靠的、維護(hù)方面也是非常的方便等優(yōu)勢，于此它不僅擁有現(xiàn)在直流

11、類型的電動機(jī)它們的運(yùn)行方面的效率很非常的高、調(diào)速方面的性能同時也非常好的優(yōu)點(diǎn)，還有無勵方面的磁性的損耗。無刷類型的直流的電機(jī)是把特種類型的電機(jī)、還有變速的結(jié)構(gòu)、其他的檢測性方面的元件、控制方法將要用到的軟件和硬件形成了一體，組成了新一種的的伺服功能的系統(tǒng)，體現(xiàn)了現(xiàn)在應(yīng)用科學(xué)的許多最新研究成果，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電的一體化功能的高新科技產(chǎn)品。1.3 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理1.3.1 現(xiàn)對無刷直流電動機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明直流類型的無刷性質(zhì)的永磁性方面的電動機(jī)，主要由電機(jī)的本體、位置的類型方面的傳感器以及電子性的開關(guān)類型的線路組合而成的。它的定子的繞組在一般的情況被制成了很多相的，它的轉(zhuǎn)子是由一

12、種的永久型的磁鋼順著規(guī)的定極它的對數(shù)形成的。下圖所示為三相兩極直流無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)（1）電機(jī)本體電機(jī)本體實(shí)際上是一種永磁同步電機(jī)。（2）逆變器現(xiàn)在的無刷類型的直流類型的電動機(jī)它的逆變器的主開關(guān)在一般的情況下都是用現(xiàn)在IGBT或著是用功率類型的MOSFET的等全控類型方面的元件，一些它的主電路現(xiàn)在都用上了集成類型的的功率類型的模塊和智能類型的功率的模塊，用上面這一些的模塊都是可以用來提高電動機(jī)它的系統(tǒng)使用的可靠。（3）位置傳感器 位置類型的傳感器在系統(tǒng)中起一定的測電動機(jī)的定子和它的轉(zhuǎn)子們的磁極的位置的工作狀態(tài)下的作用，給電動機(jī)的邏輯類型的開關(guān)的電路實(shí)現(xiàn)了換相的功能。1.3.2 無刷電機(jī)的運(yùn)行原理 無

13、刷的直流電動機(jī)由電機(jī)的本體、位置的檢測類型的器件、逆變器以及控制器而形成的自己去同步的電動機(jī)控制系統(tǒng)。第一步位置的檢測類型的器件通過檢測它自己的轉(zhuǎn)子們的磁極所在的位置的信號，然后由控制器把轉(zhuǎn)子位置的信號去邏輯處理，然后產(chǎn)生與之相應(yīng)的開關(guān)的類型信號，開關(guān)類型方面的一種信號是按照規(guī)定好的的順序去觸發(fā)電動機(jī)它自己的逆變器中的所用的功率類型的開關(guān)性質(zhì)的器件。同時把它的電源的功率以邏輯性質(zhì)的關(guān)系分去到定子的每相的繞組，然后令電動機(jī)產(chǎn)生了連續(xù)工作的轉(zhuǎn)矩。1.3.3 無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩分析電機(jī)本體它的電樞類型的繞組組成了三相類型的星型的方式，位置類型的傳感器是同電機(jī)它的轉(zhuǎn)子在一個軸上的，其控制的電路將它的位

14、置的信號去形成邏輯類型的轉(zhuǎn)變，就去形生一種控制類型的信號，它的控制的動信號是經(jīng)過一種的驅(qū)動類型的電路去隔離后去放大，后來再去進(jìn)行控制逆變器它的功率類型的開關(guān)性質(zhì)的管，令電機(jī)的每相繞組按著規(guī)定的順序去工作。圖1-1 無刷類型的直流電動機(jī)它的工作原理圖如上面的圖1-1，當(dāng)它的轉(zhuǎn)子去順時針的進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到上面的圖a的所示的位置時，它的轉(zhuǎn)子的一種的位置類型的的傳感器，把它輸出的一種的信號然后通過它的控制的電路的邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)變后去驅(qū)動電動機(jī)的逆變器，令圖中的T1、T2去導(dǎo)通，也就是說A、B兩相繞組同時通電，電流通過電源正向極流出，經(jīng)T1流進(jìn)A相的繞組里，再由B的相繞組里流出，經(jīng)T2流入電源的負(fù)向極，這個時候

15、它的定子和它的轉(zhuǎn)子們的磁性場去進(jìn)行相互的作用，令電動機(jī)它的轉(zhuǎn)子進(jìn)行一種的順時針性的轉(zhuǎn)動。它的轉(zhuǎn)子將在它的空間進(jìn)行轉(zhuǎn)過了60電角度，然后就到了上圖b所示的位置的時候，將它的轉(zhuǎn)子的位置類型的傳感器將要輸出的信號，去通過一種的控制的電路進(jìn)行邏輯轉(zhuǎn)變，再去驅(qū)動逆變器，令上圖中的T1、T4導(dǎo)通，A和C的兩相繞組同時通電，電流再由電源正向極流出來，經(jīng)T1流進(jìn)A相的繞組，再由C的相繞組流出來，經(jīng)T2流進(jìn)電源的負(fù)向極。這時候它的定子以及轉(zhuǎn)子它們自己的磁場通過相互之間作用，令電動機(jī)它自己的轉(zhuǎn)子將會繼續(xù)地區(qū)按照順時針的方向而轉(zhuǎn)動。電機(jī)它自己的轉(zhuǎn)子會在空間每一次轉(zhuǎn)過60度的時候，逆變器自己的開關(guān)也將會進(jìn)行一次的切換

16、，功率的開關(guān)類型的管子形成了導(dǎo)通的邏輯順序是T1、T6T1、T2T3、T2T3、T4T5、T4T5、T6T1、T6。在次期間，轉(zhuǎn)子一直受到按照順時針旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩的作用，沿順時針的方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。它的轉(zhuǎn)子在空間每當(dāng)轉(zhuǎn)過了60度的時候，電機(jī)它的定子的一次繞組將換流一次，它的定子將會合成了磁性場它的一種磁狀態(tài)來一次的很好的躍變。電動機(jī)總共是有六種的磁性的狀態(tài)，一個狀態(tài)是都有兩種的相同的時候去導(dǎo)通，一相它的繞組們的導(dǎo)通了的時間將會對電動機(jī)它的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)120度。這樣的工作方式是叫兩相同時導(dǎo)通的星型的3相6種的狀態(tài)，它就是無刷類型的直流的電動機(jī)中最為常用的一種類型的工作方式。1.3.4 無刷的直流電

17、動機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號圖1-1 無刷類型的電動機(jī)的直流類型的通電候是的控制方式的開關(guān)轉(zhuǎn)換表 無刷類型的直流工作的電動機(jī)它的位置在一般的情況利用三個在其空間中相間隔120度的霍爾類型的位置傳感器去檢演，在霍爾類型的傳感器的位置里的它的磁場的極性將會產(chǎn)生變化的時候，它的傳感器將輸出來的電平進(jìn)行改變，因?yàn)槿齻€的霍爾類型的傳感器在它位檢測性元件們的位置上的空間里各自相差了120度，由此將三個的檢測性的元件們的輸出端是可以得到了三個在它們的時間上相差了120度、它的寬度是180度的電平性質(zhì)的信號，用A、B、C來表示，就如上面的圖1-2中示，把信號A作例，A相它的位置的寬度是180的電導(dǎo)痛的角：0-60

18、度，T1是要一定必導(dǎo)通的，所以T1的狀態(tài)是1，但是C相在還剩下的60度的導(dǎo)通電性的寬度，因此此段的時間將是T1加T6時1，（這個時候的下部是可以提供取導(dǎo)通的時T4、 T6和T2，同時也為避免一種橋臂的直通，這時候T4是不能去導(dǎo)通的；同時T2導(dǎo)通的時間也是沒有達(dá)到，所以只有T6事導(dǎo)通）；但是如果在60到120度時，只是A相會去通電，B、C相在不導(dǎo)電的時期，所以導(dǎo)通的是T1和T2（T1=T2=1），T2就是去為了B相的導(dǎo)電而去做準(zhǔn)備；如果在120到180度的時候，因?yàn)槊肯嘀粨碛辛?20的電導(dǎo)角的通電的時間，所以T1關(guān)斷（T1等于0），這時候的T2還是在導(dǎo)通的（B相就在這個時候開始了將要走進(jìn)了導(dǎo)電期

19、），T1是關(guān)斷，T5是不能去導(dǎo)通（防止了橋臂的直通），所以這個時候只有T3是被開通的了，因此T3的信號在這個時間段里是1。別的時間段里的開關(guān)管們的導(dǎo)通的情況是與著相似的。在理論的基礎(chǔ)上，只要是難呢過確定三個的位置類型的傳感器能在其空間里相差了120度，開關(guān)的管子們的換流的時刻就可以推導(dǎo)的。但是，為了去簡化它的控制的電路，每一個的霍爾類型的傳感器們的起始的安裝的位置會在每相的繞組們的基準(zhǔn)的點(diǎn)（r等于0度）上。那么在r等于0度的控制的條件下，A相它自己的繞組將要開始了它的通電的時刻，剛好和A相的位置類型的傳感器的輸出來的信號A它的電平的跳變的時刻會重合，這時候應(yīng)該把T1的開關(guān)管的驅(qū)動開通。同樣的道

20、理，別的開關(guān)管們的開通的時刻同樣可按著這樣的方法來確定。本人的設(shè)計(jì)是選用了三相的無刷類型的永磁性直流的電動機(jī)，它額定的電壓是48V,它的額定的功率等于300W。圖1-2 無刷類型的電動機(jī)的位置的檢測和開關(guān)管子們的驅(qū)動的信號旋轉(zhuǎn)的方向位置類型的傳感器逆變類型的橋開關(guān)管子們的驅(qū)動信號ABCT1T2T3T4T5T6正轉(zhuǎn)001000011010001100011000110100110000101100001110011000反轉(zhuǎn)001011000010100001011110000100000110101001100110000011第二章 無直類型的流電動機(jī)的控制器方案2.1無刷的直流電動機(jī)系統(tǒng)

21、控制器為無刷類型的直流的電動機(jī)在運(yùn)行及去實(shí)現(xiàn)了每一種調(diào)速的伺服性質(zhì)的功能，也就是起到了中心的指揮作用。2.2無刷直流電動機(jī)控制器設(shè)計(jì)方案2.2.2 無刷的直流電動機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖無刷類型的直流的電動機(jī)的控制的系統(tǒng)的框圖，如下圖所示： 圖2-1 電動機(jī)驅(qū)動控制框圖2.3控制器的基本原理 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)把AT89C51類型的單片機(jī)作為了核心，由驅(qū)動IR2130，以2乘3的矩陣類型的鍵盤當(dāng)作了輸入，實(shí)現(xiàn)了控制了無刷類型的直流電機(jī)它的啟動停止、正反轉(zhuǎn)，在控制的系統(tǒng)里，用PWM對與電機(jī)來實(shí)現(xiàn)它的控制，由對它的占空比計(jì)算來實(shí)現(xiàn)精確的調(diào)速目標(biāo)。霍爾類型的信號將會傳到了控制器，那么控制器將由電機(jī)的相線來向電機(jī)

22、它的線圈去提供了電源，電機(jī)將會旋轉(zhuǎn)，磁鋼和線圈也將會轉(zhuǎn)起來，霍爾類型的感應(yīng)到的新的位置信號，那么控制器他自己的粗線同時也會去給電機(jī)的線圈進(jìn)行重新去改變它的電流的方向提供了電，那么電機(jī)就會繼續(xù)去進(jìn)行旋轉(zhuǎn)（線圈以及磁鋼他們的位置如果發(fā)生了改變，線圈一定要去對應(yīng)的去變化的電流的方向，電機(jī)才會能在繼續(xù)去向一定的方向去運(yùn)動，不然的話電機(jī)將會在某一個的位置上去進(jìn)行左右的擺動，不是去進(jìn)行連續(xù)性的旋轉(zhuǎn)），此就叫做電子的換相。1.微控制器 它的主要性的功能就是按照電動機(jī)它的旋轉(zhuǎn)的方向的要求以及來自于它的霍爾的轉(zhuǎn)子的位置的傳感器的三個輸出來的信號，把它們成功去處理率來驅(qū)動它的單元的6個功率性的開關(guān)類型的器件們要求

23、得到的驅(qū)動的順序。微型的控制器的一個最重要的作用就是按照它們的電壓、電流以及轉(zhuǎn)速等等形成了反饋的模擬類型的信號，還有隨機(jī)地發(fā)出來的制動類型的信號，經(jīng)過了A/D轉(zhuǎn)變以及必需的的運(yùn)算之后，借單片機(jī)的內(nèi)置的時鐘類型的信號來生成了一個擁有了上面敘述的各種各樣的信息它的脈寬的調(diào)制信號。2.功率驅(qū)動單元 它主要是由功率類型的開關(guān)性器件形成了的三相全控橋式的逆變類型的電路以及自舉類型的電路。自舉電路由分立器件構(gòu)成的，也可以去利用專門集成類型的電路。3.位置傳感器 位置類型的傳感器是在無刷類型的直流電動機(jī)里起了測定子和轉(zhuǎn)子它們的磁極的位置的作用，并且也為了邏輯類型的開關(guān)的電路送來了關(guān)于換相的方面的信息。4.周

24、邊起到輔助作用和保護(hù)作用的電路 主要是由電流的采樣類型的電路、電壓的比較類型的電路、過電流保護(hù)類型的電路、調(diào)速類型的信號以及制動類型的信號等等輸入的電路組成。2.4脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)2.4.1 脈寬調(diào)制的原理 PWM（脈沖的寬度來調(diào)制）是利用區(qū)控制一定的電壓的直流類型的電源的開關(guān)的頻率，變換了負(fù)載它的兩端的電壓，來得到了控制的要求一種新型的電壓調(diào)整的方法。在PWM調(diào)整的系統(tǒng)里，以一個一定的頻率去接通以及斷開了電源，按照需要來變換一個T內(nèi)“開通”以及“關(guān)斷”時間的長短。由變換直流的電機(jī)它的電樞上的電壓的“占空比”去得到了變換平均的電壓大小的目標(biāo)，由此來控制電動機(jī)它的轉(zhuǎn)速。PWM又被叫做“開關(guān)

25、的驅(qū)動性質(zhì)的裝置”。如下圖所示。圖2-2 PWM占空比原理第三章無刷直流電動機(jī)控制器的硬件設(shè)計(jì)3.1 AT89C51單片機(jī)簡介 AT89C51是高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可以反復(fù)性的去擦寫的只讀程序存儲器（EPROM)和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM)。主要參數(shù)： 與MCS-51產(chǎn)品的指令系統(tǒng)都兼容 4KB可重復(fù)可以擦可以寫Flash閃存的存儲器 1000次可擦可寫周期 全部的靜態(tài)的操作：0到24兆赫茲三級加密ROM128*8B的內(nèi)部用戶存儲器 32可以用來編程的I/O口線 16B定時器/計(jì)時器 5個中斷源 可以編程的串行的UART通道 低功率消耗空閑模式、掉電的模式AT

26、89C51引腳圖如下圖所示。 圖3-1 AT89C51引腳圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2.1 51單片機(jī)最小系統(tǒng)電路介紹 51的單片機(jī)它的最小系統(tǒng)中的起振的電容C2和C3在一般的情況下用1533皮法，電容它自己的距離離晶振的距離如果越近就是越好的，晶振距單片機(jī)自己的距離也是越近的話也是越好的。P0引腳口是開漏的輸出，是輸出口的時候需要去加上拉的電阻，它的阻值大小一般是1萬歐姆。 51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖.圖3-2 最小系統(tǒng)電路圖.1、復(fù)位電路的用途如果按下了復(fù)位的按鈕后，那么內(nèi)部程序?qū)詣拥貜念^重新開始進(jìn)行了。 圖3-3 復(fù)位電路圖2、復(fù)位電路的工作原理 51的單片機(jī)如果要復(fù)位的話僅僅在第九

27、引腳上接以個高電平并且持續(xù)不斷的2US就行了，單片機(jī)的系統(tǒng)里，系統(tǒng)如果上電去啟動的話，這時候就復(fù)位一次，如果按鍵在按下時那么系統(tǒng)將會進(jìn)行再一次的復(fù)位，當(dāng)釋放以后再去按下的話，系統(tǒng)將還會進(jìn)行復(fù)位。晶振電路：晶振大小取12MHz3.4單片機(jī)與鍵盤接口設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用是最簡單的2乘3矩陣類型的鍵盤(P2.3-P2.7)來實(shí)現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的操作，鍵盤結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3-4 系統(tǒng)鍵盤接口系統(tǒng)按鍵盤的結(jié)構(gòu)以及各按鍵所對應(yīng)的功效及按鍵的取值分別如表3-1和3-2所示。表3-1 系統(tǒng)鍵盤的結(jié)構(gòu)各鍵對應(yīng)功能和鍵值啟動/制動正反轉(zhuǎn)àß下表為 各種按鍵所對應(yīng)的功能以及按鍵的取值按鍵的表示

28、實(shí)現(xiàn)的功效按鍵的取值S1啟動/制動0XA1S20X92S3正轉(zhuǎn)或者是反轉(zhuǎn)0X80S4à0X61S50X52S6ß0X46各鍵詳細(xì)功能如下： S1：啟動系統(tǒng)。單片機(jī)在上電進(jìn)行初始化以后，第一步進(jìn)行掃描鍵盤，如果S1按下去，那么就啟動控制系統(tǒng)，如果不就一直進(jìn)行掃描鍵盤，這個時候別的鍵什么功能也沒有3。 S4、S6：在系統(tǒng)的正常運(yùn)行的期間，如果按下了S4或著是S6，那么系統(tǒng)將會進(jìn)入了調(diào)速的狀態(tài)，這個時后4位的數(shù)子碼管將從左邊第1位進(jìn)行閃爍，代表的就是當(dāng)前位，如果在5S內(nèi)鍵盤上沒任何的輸入，就會自動的去確認(rèn)它的當(dāng)前得到輸入值，并通過一定的調(diào)速實(shí)現(xiàn)設(shè)定的值。 S2、S5：如果進(jìn)行按下

29、了S4或著按下的是是S6，那么當(dāng)前的位將會閃爍，這個時候經(jīng)過S2以及S5可以將當(dāng)前位實(shí)現(xiàn)+1/-1，如果在5S內(nèi)還沒有任何的操作，則系統(tǒng)將會自動的去確認(rèn)它的當(dāng)前的輸入值6。 S3：正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。3.5 位置檢測電路設(shè)計(jì)3.5.1傳感器選擇霍爾類型的器件為一種類型的磁性的傳感器。根據(jù)霍爾的器件它的功能可以把它們分成：霍爾的線性器件和霍爾開關(guān)器件。 在一般的無刷類型的直流動機(jī)中經(jīng)常會使用的轉(zhuǎn)子的位置類型的傳感器，轉(zhuǎn)子的位置類型的傳感器為永磁類型的無刷的直流電機(jī)的重要的部件。它會進(jìn)行檢測電機(jī)它的轉(zhuǎn)子的位置，然后把它輸出來的信號通過邏輯改變后去進(jìn)行控制的開關(guān)管子的通與斷，令電機(jī)的定子的各相

30、的繞組以一定的順序去導(dǎo)通，確保電機(jī)的連續(xù)進(jìn)行工作。 控制無刷直流電動機(jī)時，單片機(jī)控制器主要是根據(jù)轉(zhuǎn)子當(dāng)前的轉(zhuǎn)動位置，發(fā)出相應(yīng)的控制字，通過改變PWM脈沖信號的占空比來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置是由位置傳感器檢測出來的。在本設(shè)計(jì)方案中，采用了三個磁敏式位置傳感器（霍爾元件）。常見的磁敏式位置傳感器是由霍爾元件或霍爾集成電路構(gòu)成的，世界上第一臺無刷直流電動機(jī)就使用了霍爾元件式位置傳感器。霍爾元件式位置傳感器由于結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠且成本低，是目前在無刷直流電動機(jī)上應(yīng)用最多的一種位置傳感器。 對于本系統(tǒng)反電動勢為梯形波，兩相導(dǎo)通Y型三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，我們將三個霍爾組件以彼此間隔1

31、20o 空間電角度安裝在電機(jī)定子上，由于電機(jī)永磁體的極弧寬度為180o電角度，這樣當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾組件便交替輸出三個寬為180o電角度相位互差120o 電角度的方波信號。而此時得到的位置信號是有毛刺和諧波干擾的脈沖信號，我們要經(jīng)過整形電路才能得到上升沿和下降沿都很陡峭的矩形脈沖信號。整形電路如圖3-2所示。 圖3-5 位置信號整形電路 霍爾元件產(chǎn)生的電動勢很低，我們要加上拉電阻以提高其輸出電壓。LM324比較器具有電源電壓范圍寬、靜態(tài)功耗小、可單電源使用、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中，本系統(tǒng)整形電路首先經(jīng)LM324比較器進(jìn)行簡單整形，再經(jīng)施密特觸發(fā)器得到上升沿和下降沿都很陡

32、峭的矩形脈沖信號。圖3-2整形電路所用施密特觸發(fā)器輸入與輸出為反相關(guān)系，又稱作施密特觸發(fā)器與非門，其特點(diǎn)如下： 施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，其維持和轉(zhuǎn)換完全取決于輸入電壓的大小。 電壓傳輸特性特殊，有兩個不同的閾值電壓（正向閾值電壓 和負(fù)向閾值電壓 ） 狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時有正反饋過程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。圖3-6整形電路輸出脈沖信號 我們知道，門電路有一個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程

33、中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓，普通門電路的電壓傳輸特性曲線是單調(diào)的，施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線則是滯回的，我們稱之為回差特性。當(dāng)傳輸?shù)男盘柺?到干擾而發(fā)生畸變時，可利用施密特觸發(fā)器的回差特性，將受到干擾的信號整形成較好的矩形脈沖。 如圖3-6 整形電路輸出脈沖信號所示，我們在每個機(jī)械轉(zhuǎn)中得到共計(jì)6個上升沿或下降沿，它們正好對應(yīng)著6個換向時刻。通過將AT89C51設(shè)置為雙沿觸發(fā)捕捉中斷功能，可以獲得正確的換相時刻。用AT89C51的P1.0P1.2

34、分別對應(yīng)的去捕捉CAP1CAP3，并檢測該口的電平狀態(tài)，來得到具體的捕捉中斷。3.6換相邏輯電路的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)用到的邏輯電路，使用的芯片是GAL16V8，GAL為通用陣列邏輯。它的優(yōu)點(diǎn)為：1.可擦除的作用，可改寫的次數(shù)很高，甚至超過了100次；2.一片GAL器件可以實(shí)現(xiàn)各種組態(tài)的PAL器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路的設(shè)計(jì)帶來了很大的方便；GAL由五部分組成，它的引腳電路圖如圖10所示：1.輸入端:(2-9引腳)共有8個輸入端，每個輸入端有一個緩沖器，并由緩沖器引出兩個互不的輸出與陣列。2.輸出端：（12-19引腳）共有8個輸出端，每個單元的電路可以通過編程實(shí)現(xiàn)所有輸出結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的功能3.系統(tǒng)時

35、鐘：（1引腳）為系統(tǒng)時鐘輸入端，與每個輸出單元中的觸發(fā)器時鐘輸入端相連。4.輸出三態(tài)控制端：（11引腳）為器件的三態(tài)控制公共端。 無刷直流電機(jī)的定子電樞繞組換相和正反轉(zhuǎn)控制是通過用反映電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的霍爾信號改變MOSFET功率管的開通和關(guān)斷的順序來實(shí)現(xiàn)的。AT89C51有2個16位的通用定時器/計(jì)數(shù)器。用通用定時器產(chǎn)生控制電機(jī)電壓調(diào)制的PWM波，同時用硬件電路實(shí)現(xiàn)電子換相。其電路圖3-7所示： 圖3-7用GAL16V8實(shí)現(xiàn)電子換相電路圖 該電路圖要用到一GAL16V8這一芯片來實(shí)現(xiàn)。GAL16V8的建議工作電平為5V，也可以工作在3.3V以下。具有64×32邏輯與門陣列和8個可編程輸

36、出邏輯單元。也可以對各個輸入端口的邏輯信號及其非信號按邏輯與連接實(shí)現(xiàn)譯碼功能。其最大傳輸延時為3.5ns。根據(jù)單片機(jī)（P1.0，P1.1，P1.2）捕獲的霍爾信號（A，B，C），單片機(jī)輸出的六個狀態(tài)信號PHASE1PHASE6（接到單片機(jī)的P0.0P0.5），單片機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號PWM1（P0.6）和AT89C51輸出的信號(P0.0P0.5)邏輯組合變換后得到控制6個功率管的觸發(fā)信號（PWM11PWM16）。 在前面我們曾經(jīng)對電機(jī)的工作原理做過描述，轉(zhuǎn)子在定子電樞繞組合成磁場和永磁磁場的相互作用下沿順時針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動，三個霍爾傳感器交替輸出三個寬為180度電角度，相位互差為120度電角度的方波信號，該信號經(jīng)單片機(jī)邏輯變換后與PWM調(diào)制信號經(jīng)過邏輯組合變換得到使逆變器功率管按T1T2，T2T3，T3T4，T4T5，T5T6，T6T1.的順序?qū)ǖ挠|發(fā)信號。3.6.1驅(qū)動電路將單片機(jī)輸出的PWM調(diào)制信號PWM1（P0.6）和AT89C51輸出的信號(P0.0P0.5)邏輯組合變換后得到控制6個功率管的觸發(fā)信號（PWM11PWM16）接到上圖的對應(yīng)的27輸入口。第4章控制器軟件部分的設(shè)計(jì)4.1 控制器軟件設(shè)計(jì)總述 控制器的向上向下、向左向右的移動、啟動、正反的裝程序讓鍵盤的程序進(jìn)行調(diào)用，鍵盤的程序、顯