無刷直流電機(jī)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、無刷直流電機(jī)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)目錄摘 要錯(cuò)誤!未定義書簽。abstract錯(cuò)誤!未定義書簽。第1章緒論11.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況11. 2無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較21.3無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理21.4無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性61.4.1機(jī)械特性61.4.2調(diào)節(jié)特性71.5無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向8第2章 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案102. 1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求102.2無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成1023系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證122. 3.1轉(zhuǎn)速測(cè)量方案論證122. 3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證122. 3. 3鍵盤輸入方案論證132. 3. 4顯示方案論證132. 3.5

2、 pwm調(diào)速工作方式132. 3.6 pwm軟件實(shí)現(xiàn)方案論證142. 3. 7直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方案論證142. 4系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)14第3章系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì)163.1單片機(jī)的介紹163.2顯示電路的設(shè)計(jì)203.2.1顯示電路的分析203.2.2顯示電路硬件原理213.3鍵盤電路的設(shè)計(jì)223.3.1鍵盤電路的分析223.3.2鍵盤電路硬件原理233.4逆變主電路設(shè)計(jì)243.4.1功率開關(guān)主電路243.4.2逆變電路驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)253.5辨相電路模塊263.6霍爾位置傳感器模塊27第4章 軟件程序設(shè)計(jì)294.1系統(tǒng)初始化程序模塊294.2鍵盤模塊314.3顯示模塊334.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)34結(jié)束

3、語36參考文獻(xiàn)37致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明錯(cuò)誤!未定義書簽。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明錯(cuò)誤!未定義書簽。附錄a無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)電路原理圖38附錄b程序清單38附錄c pcb電路版圖55附錄d 外文翻譯561.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況無刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這一淵源關(guān)系從 其名稱中就可以看出來。有刷直流電動(dòng)機(jī)從19世紀(jì)40年代出現(xiàn)以來，以其優(yōu)良的 轉(zhuǎn)矩控制特性，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是, 有機(jī)械接觸電刷-換向器一直是電流電機(jī)的一個(gè)致命弱點(diǎn)，它降低了系統(tǒng)的可靠 性，限制了其在很多場(chǎng)合中的使用。為了取代有

4、刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置, 人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。早在1917年，bolgior就提出了用整流管代替有刷直流 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕牛了無刷直流電機(jī)的基木思想。1955年美國(guó)的d. harrison等首次申請(qǐng)了用晶體管換相線路代替有刷直流電 動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動(dòng)機(jī)的誕牛。無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展在很大程度上取決于電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在無刷肓 流電動(dòng)機(jī)發(fā)展的早期，由于當(dāng)時(shí)大功率開關(guān)器件僅處于初級(jí)發(fā)展階段，可靠性差, 價(jià)格昂貴，加上永磁材料和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)水平的制約，使得無刷育流電動(dòng)機(jī)自發(fā) 明以后的一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，性能都不理想，只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段，無法推 廣使用，197

5、0年以后，隨著電力半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的全控型半導(dǎo) 體功率器件（如gtr、mosfet、igbt等）相繼問世，加之高磁能積永磁材料（如 smco、nsfeb）陸續(xù)出現(xiàn)，這些均為無刷育流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)因而得到了迅速的發(fā)展。在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì) 上，前聯(lián)邦德國(guó)的mannesmann公司正式推出了 mac無刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器， 引起了世界各國(guó)的關(guān)注，隨即在國(guó)際上掀起了研制和牛產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮， 這業(yè)標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)走向?qū)嵱秒A段。隨著人們對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)特性了解的日益深入，無刷育流電動(dòng)機(jī)的理論也 逐漸得到了完善。1986年，h.r. b

6、olton對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)作了全面系統(tǒng)的總結(jié)， 指出了無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無 刷直流電動(dòng)機(jī)在理論上走向成熟。我國(guó)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究起步較晚o 1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國(guó)金 屬加工設(shè)備展覽會(huì)上，siemens和bosch兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng) 器，引起了國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意，自此國(guó)內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)的經(jīng) 過多年的努力，目前，國(guó)內(nèi)己有無刷直流電動(dòng)機(jī)的系列產(chǎn)品，形成了一定的牛 產(chǎn)規(guī)模。1.2無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較表1.1無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較項(xiàng)目無刷肓流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)換向借助

7、轉(zhuǎn)自子位置傳感器 實(shí)現(xiàn)電子換向由電刷和換向器進(jìn)行機(jī) 械換向維護(hù)由于沒有電刷和換向器， 很少需要維護(hù)需要周期性維護(hù)壽命比較長(zhǎng)比較短機(jī)械（速度/力矩）特性平（硬）在負(fù)載條件下能 在所有速度上運(yùn)行中等平（中等硬）。在較 高速度上運(yùn)行時(shí)，電刷摩 擦增加，有用力矩減小效率由于沒有電刷壓降，所以效率高中等輸出功率/外形尺寸之比 高由于電樞繞組設(shè)置在與 機(jī)殼相連的定子上，容易 散熱。這種優(yōu)異的熱傳導(dǎo) 特性允許減小電動(dòng)機(jī)的 尺寸，所以輸出功率/外 形尺寸之比高中等/低。電樞產(chǎn)牛的熱 量消散在氣隙內(nèi)，這樣增 加了氣隙溫度，從而限制 了輸出功率/外形尺寸之 比轉(zhuǎn)自慣量低。因?yàn)橛来朋w設(shè)置在轉(zhuǎn) 子上，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)

8、自慣量高，限制了動(dòng)態(tài) 特性速度范圍比較高。沒有電刷/換向 器給予的機(jī)械限制比較低，存在電刷給予的 機(jī)械限制電氣噪聲低電刷的電弧將對(duì)附近的 設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾制造價(jià)格比較高低控制復(fù)雜和價(jià)格貴簡(jiǎn)單和價(jià)格不貴控制要求為了使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須 要有控制器，但同樣的控 制器可用于變速控制對(duì)于一個(gè)固定的速度而 言，不需要控制器；有變 速要求的時(shí)候才需要控 制器1-3無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理1.無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩分析電機(jī)本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電 路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號(hào)，控制動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離放人后 控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機(jī)的各相繞組按一定的順

9、序工作。abyaaozcc相斷電xo(c)t3、t2 導(dǎo)通，e、(d)t3、t4導(dǎo)通,e、a相通電圖11無刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖如圖11所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(順時(shí)針)到圖a所示的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器 輸岀的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使tl、t6導(dǎo)通，即a、b兩相繞 組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)t1流入a相繞組，再從b相繞組流出，經(jīng)t6 回到電源的負(fù)極，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電角度，到達(dá)圖b所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的 信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使tl、t2導(dǎo)通，a、c兩相繞組通電，電 流從電源的正極流出，經(jīng)t1流入a相

10、繞組，再從c相繞組流出，經(jīng)t2回到電源負(fù)極。 此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導(dǎo) 通邏輯為tl、t6tl、t2t3、t2t3、t4t5、t4t5、t6tl、t6。 在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順吋針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順吋針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，定子繞組就進(jìn)行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的磁 狀態(tài)就發(fā)生一次躍變?？梢姡姍C(jī)有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞 組的導(dǎo)通吋間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。無刷直流電動(dòng)機(jī)的這種工作方式叫兩 相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動(dòng)機(jī)最常用的一種工作方式。2

11、.無刷直流電動(dòng)機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號(hào)無刷直流電動(dòng)機(jī)的位置一般采用三個(gè)在空間上相隔120電角度的霍爾位置傳 感器進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)位于霍爾傳感器位置處的磁場(chǎng)極性發(fā)牛變化時(shí)，傳感器的輸出 電平將發(fā)牛改變，由于三個(gè)霍爾傳感器位檢測(cè)元件的位置在空間上各差120電角 度，因此從這三個(gè)檢測(cè)元件輸出端可以獲得三個(gè)在時(shí)間上互差120度、寬度為180 度的電平信號(hào)，分別用a、b、c來表示，如圖1.2所示，以信號(hào)a為例，a相位置寬 度為180電導(dǎo)角：在0-60度，t1必須導(dǎo)通，故t1狀態(tài)為1,而c相還剩下60度通電 寬度，所以此段時(shí)間為t1和t6等于1,（此時(shí)下部可供導(dǎo)通的管子為t4、t6和t2, 而為避免橋臂直通，t

12、4不能導(dǎo)通；t2的導(dǎo)通時(shí)間未到，故只能是t6導(dǎo)通）；而在 60度一120度，此時(shí)只有a相通電，b和c相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)通的開關(guān)管為t1 和t2 （t1和t2等于1）,其中t2是為b相導(dǎo)電作準(zhǔn)備；而在120度一180度時(shí)，由于 每一相只有120電導(dǎo)角導(dǎo)電時(shí)間，故此時(shí)t1關(guān)斷（tl=0） , t2仍然導(dǎo)通（b相開始 進(jìn)入導(dǎo)電期），此時(shí)可知，t1關(guān)斷，t5不能開通（防止橋臂直通），則此時(shí)只能 開通t3,所以t3信號(hào)此時(shí)間段為1。其他時(shí)間段的開關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似。理論上，只要保證三個(gè)位置傳感器在空間上互差120度，開關(guān)管的換流時(shí)刻 總是可以推算出來的。然而，為了簡(jiǎn)化控制電路，每個(gè)霍爾傳感器的起始安

13、裝位 置在各自相繞組的基準(zhǔn)點(diǎn)（弘0°）上那么在哄0°的控制條件下，a相繞組開始通 電的時(shí)刻（即該相反電勢(shì)相位30度位置）恰好與a相位置傳感器輸出信號(hào)a的電平 跳變時(shí)刻重合，此時(shí)應(yīng)將t1開關(guān)管驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。同理，其他開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)刻也可 以按同樣方法確定。t圖1.2無刷電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)表1.2無刷電動(dòng)機(jī)直流通電控制方式開關(guān)切換表旋轉(zhuǎn)方向位置傳感器逆變橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)abct1t2t3t4t5t6正轉(zhuǎn)001000011010001100011000110100110000101100001110011000反轉(zhuǎn)00101100001010000101111000010

14、00001101010011001100000111.4無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1.4.1機(jī)械特性無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為：(1. 1)us_2ut_2% _u、-2ut2廠cg%ce% cect(/>/ut-開關(guān)器件的管壓降i廠電樞電流cc-電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)常數(shù) 族-每級(jí)磁通量可見無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與一般直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式相同， 機(jī)械特性較硬。在不同的供電電壓驅(qū)動(dòng)下，可以得到如13圖所示機(jī)械特性曲線 簇。圖1. 3機(jī)械特性曲線簇當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時(shí)，流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時(shí)，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(jī) 械特性曲

15、線會(huì)偏離直線，向下彎曲。1.4.2調(diào)節(jié)特性無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖1. 4所示。圖1.4調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性的始動(dòng)電壓和斜率分別為：(1.2)(1.3)k =c沖§從機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無刷直流電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)一樣, 具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。但不能通過調(diào) 節(jié)勵(lì)磁調(diào)速，因?yàn)橛来朋w的勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)。1.5無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向現(xiàn)階段，雖然各種交流電動(dòng)機(jī)和肓流電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無 刷直流電動(dòng)機(jī)正受到普遍的關(guān)注。自20世紀(jì)90年代以來，隨著人們生活水平的提 高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來

16、越趨 向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機(jī)必須具 有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn)，無刷宜流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長(zhǎng)。尤 其在節(jié)能已成為時(shí)代主題的今天，無刷育流電機(jī)高效率的特點(diǎn)更顯示了其巨大的 應(yīng)用價(jià)值。無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，其產(chǎn)生的氣隙磁通保持為常值，因而特別 適用于恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行；對(duì)于恒功率運(yùn)行，無刷育流電機(jī)雖然不能育接改變磁通實(shí)現(xiàn) 弱磁控制，但通過控制方法的改進(jìn)也可以獲得弱磁控制的效果。由于稀土永磁材 料的矯頑力高、剩磁大，可產(chǎn)牛很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉(zhuǎn)子半徑， 減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)中，如數(shù)控

17、機(jī)床、機(jī)器人等應(yīng)用中，無刷育流電機(jī)比交流伺服電機(jī)和育流伺服 電機(jī)顯示了更多的優(yōu)越性。目前無刷育流電機(jī)的應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè) 領(lǐng)域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域已得到大量 應(yīng)用。目前，無刷直流屯機(jī)的研究主要集屮在以下方面：(1) 無機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本 和復(fù)雜性，而且降低系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時(shí)還需要占據(jù)一定的空間位 置。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，例如空調(diào)器和計(jì)算機(jī)外設(shè)都要求無刷直流電動(dòng)機(jī)以無轉(zhuǎn)子 位置傳感器方式運(yùn)行。無轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行實(shí)際上就是要求在不采用機(jī)械傳感器的條件下，利用 電機(jī)的電壓

18、和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置.目前比較成熟的無轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行方式有:1反電動(dòng)勢(shì)法包括直接反電動(dòng)勢(shì)法、間接反電動(dòng)勢(shì)法以及派生出來的反電動(dòng)勢(shì)積分法等。2定子三次諧波檢測(cè)法。3續(xù)流二極管電流通路檢測(cè)法。但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善之中。(1) 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制。存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無刷直流電動(dòng)機(jī)的i占i有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相 導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是提高無刷直流電 動(dòng)機(jī)性能的重要方面。(2) 智能控制。隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中，一個(gè)新的發(fā)展方向就 是先進(jìn)控制理論，尤其是智1能控制理論的應(yīng)用。目前，專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制 和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

19、控制是三個(gè)最主要的理論和方法。其中，模糊控制是把一些具有模糊 性的成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則有機(jī)地融入到傳動(dòng)控制策略當(dāng)中，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到許多方 面。隨著無刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，智1能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視。第2章 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)以at89c52單片機(jī)為核心，以4*4矩陣鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電 機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速和減速，本系統(tǒng)主要完成的功能是：(1) 啟動(dòng)該系統(tǒng)后可以顯示實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值和給定轉(zhuǎn)速值；(2) 可以通過鍵盤輸入給定轉(zhuǎn)速(3) 可以通過調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速；(4) 可以實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)。當(dāng)流過電動(dòng)機(jī)的電流大于某個(gè)值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速降為0。2.2

20、無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成無刷直流電動(dòng)機(jī)(brushless dc motor,簡(jiǎn)稱bldcm)是一種典型的機(jī)電一體化 產(chǎn)品，它是由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、逆變器和控制器組成的自同步電動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)或自控式變頻同步電動(dòng)機(jī).位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)，控制器對(duì)轉(zhuǎn) 子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)，開關(guān)信號(hào)以一定的順序觸發(fā)逆 變器中的功率開關(guān)器件,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)定子各相繞 組，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩.現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。1. 電機(jī)本體無刷直流電動(dòng)機(jī)最初的設(shè)計(jì)思想來自普通的有刷直流電動(dòng)機(jī)，不同的是將肓 流電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了互換，

21、其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通；定 子為電樞，有多相對(duì)稱繞組。原育流電動(dòng)機(jī)的電刷和機(jī)械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子 位置檢測(cè)器所代替。所以無刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)木體實(shí)際上是一種永磁同步電 機(jī)。由于無刷肓流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)木體為永磁電機(jī)，所以無刷肓流電動(dòng)機(jī)也稱為永 磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。定了的結(jié)構(gòu)與普通同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，鐵心中嵌有多相對(duì)稱繞組。繞組可以接成星形或三角形，并分別與逆變器中的各開關(guān)管相連，三相無刷 直流電動(dòng)機(jī)最為常見。2. 逆變器目前，無刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器主開關(guān)一般采用igbt或功率mosfet等全控型 器件，有些主電路已有集成的功率模塊(pic)和智能功率模塊(ipm),選用這 些模塊可

22、以提高系統(tǒng)的可靠性。無刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星 形和角型z分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。不同的組合使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不 同的性能和成本。綜合以下三個(gè)指標(biāo)有助于我們做岀正確的選擇：(1) 繞組利用率。與普通直流電動(dòng)機(jī)不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組是斷續(xù)通電的。適當(dāng)?shù)靥?高繞組利用率將可以使同時(shí)通電的導(dǎo)體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。從這 個(gè)角度來看，三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。(2) 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。無刷直流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比普通直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。一般相數(shù) 越多，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)越?。徊捎脴蚴街麟娐繁炔捎梅菢蚴街麟娐返霓D(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。(3) 電路成本。相數(shù)越多，逆變

23、器電路使用的開關(guān)管越多，成本越高。橋式主電路所用的開 關(guān)管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動(dòng)機(jī)的逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。因 此，目前以星形連接三相橋式主電路應(yīng)用最多。3. 位置檢測(cè)器位置檢測(cè)器的作用是檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)與定子繞組的位置信號(hào)，為逆變器提 供正確的換相信息。位置檢測(cè)包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測(cè)兩種方式。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟 蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機(jī)本體定子或端蓋上，以檢測(cè)和輸 出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。轉(zhuǎn)子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開 關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。在無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中安裝機(jī)

24、械式位置傳感器解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢 測(cè)問題。但是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性， 限制了無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍，對(duì)電機(jī)的制造工藝也帶來了不利的影響。因 此，國(guó)內(nèi)外對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置運(yùn)行方式給予高度重視。無機(jī)械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是通過檢測(cè)和計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的物 理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢 測(cè)法、定子三次諧波檢測(cè)法和瞬時(shí)電壓方程法等。4. 控制器控制器是無刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮屮心，它 主要完成以卜功能：（1）對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器輸出的信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管 的斬波信號(hào)和

25、選通信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制。（2）產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)的電壓隨給定速度信號(hào)而白動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開 環(huán)調(diào)速。（3）對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和 靜態(tài)性能。（4）實(shí)現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護(hù)電路。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，要求調(diào)速釆用pid控制器，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)直流電機(jī) 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用脈寬調(diào)速，使電機(jī)速度等于設(shè)定值，并且實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的 轉(zhuǎn)速值。通過對(duì)設(shè)計(jì)功能分解，設(shè)計(jì)方案論證可以分為：速度測(cè)量方案論證，電 機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證，鍵盤顯示方案論證，pwm軟件實(shí)現(xiàn)方案論證等等。2.3.1轉(zhuǎn)速測(cè)量方案論證方案一：采用記數(shù)的方法。具體

26、是通過單片機(jī)單位時(shí)間s （秒）內(nèi)的脈沖數(shù) n,每分鐘的轉(zhuǎn)速:m=n/sx60o方案二：采用定時(shí)的方法。是通過定時(shí)器記錄脈沖的周期t,這樣每分鐘的轉(zhuǎn)速: m=60/to本設(shè)計(jì)采用方案一。2.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案論證方案一：采用專用小型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單, 幾乎不添加其它外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，使得驅(qū)動(dòng)電路功耗相對(duì)較小， 而口目前市場(chǎng)上此類芯片種類齊全，價(jià)格也比較便宜。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電動(dòng)機(jī) 的速度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單、在觸點(diǎn)上允許流過較人的電 流，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)吋間慢，無法實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的快速

27、切換、機(jī)械 結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。所以繼電器不適合應(yīng)用在要求快速動(dòng)作的 場(chǎng)合。方案三：采用由晶體管組成的pwm電路。用單片機(jī)控制晶體管或達(dá)林頓管使 之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。電路保證了可以簡(jiǎn)單地 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，這種電路由于工 作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；所以是一種廣泛采用的pwm調(diào)速技術(shù)。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè) 計(jì)采用方案三。2.3.3鍵盤輸入方案論證方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，其特點(diǎn)是：一鍵一線，即每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一條 檢測(cè)線，并與主機(jī)相連。當(dāng)某一按鍵被按下時(shí)，對(duì)應(yīng)

28、的檢測(cè)線就變成了低電平， 而與他按鍵相連的檢測(cè)線仍然為高電平，從而很容易識(shí)別出哪個(gè)按鍵被按下。這 種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是：鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，各條測(cè)試線相互獨(dú)立，容易識(shí)別被按下的 鍵，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于少量使用鍵盤的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是：如果鍵盤數(shù)量較多， 將占用較多的檢測(cè)線，所以不適用于組成大型鍵盤。方案二：采用矩陣式鍵盤，其特點(diǎn)是：一組定為行線，另一組定為列線，在 行線和列線的交叉點(diǎn)上放置按鍵。每個(gè)按鍵都通過不同的行線和列線與單片機(jī)相 連。4x4矩陣鍵盤共使用16個(gè)按鍵，但只需要8條測(cè)試線。不難看出，mxn 矩陣鍵盤與單片機(jī)之間的測(cè)試線共需要m+n條，顯然，鍵盤的規(guī)模越大，矩陣式 鍵盤的優(yōu)點(diǎn)越顯著。當(dāng)需要

29、的按鍵大于8時(shí)，一般都采用矩陣式鍵盤。由于本系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目較多，因此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用方案二。2.3.4顯示方案論證通過查閱資料設(shè)想了兩種方案為木系統(tǒng)的顯示模塊。方案一：lcd顯示，lcd是一種被動(dòng)式顯示器，由于他的功耗低，抗干擾能 力強(qiáng)因而在低功耗的單片機(jī)系統(tǒng)中大量使用。lcd不發(fā)光他只調(diào)節(jié)光的亮度。液 晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方式由電極引線的選擇方式確定。因此在選擇好液晶顯示器后用 戶無法更改其驅(qū)動(dòng)方式。方案二：數(shù)碼管是一類顯示屏通過對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流會(huì)使其發(fā) 亮從而顯示出數(shù)字，它可以顯示時(shí)間、日期、溫度等所有可以用數(shù)字代替的參數(shù)。 由于它的價(jià)格便宜、使用簡(jiǎn)單，在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極

30、為廣泛。在木設(shè)計(jì)中，屏幕需要顯示的信息較少，采用led數(shù)碼管完全可以滿足要求。2.3.5 pwm調(diào)速工作方式方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩個(gè)控 制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平相反，兩信號(hào)的高電平時(shí)差決定電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。方案二 單極性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端口置低電平，另 一端輸出pwm信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)pwm的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和 轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用了方案一。2.3.6 pwm軟件實(shí)現(xiàn)方案論證脈寬調(diào)制的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。木設(shè)計(jì)采用了定 頻調(diào)寬方式，采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定，并且

31、在采用單片 機(jī)產(chǎn)牛pwm脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。對(duì)于實(shí)現(xiàn)方式則有兩種方案。方案一：采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式獲得pwm信號(hào)。常用的有兩種：一種是定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器的定時(shí)時(shí)間固定，這種方法類似于利用軟件延時(shí)做基準(zhǔn)時(shí)間：另一種方法 是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)時(shí)間按照高低電平的要求變化。方案二：采用軟件延時(shí)方式獲得pwm信號(hào)。以p1.0輸出pwm信號(hào)為例，在 軟件中設(shè)計(jì)一個(gè)基準(zhǔn)的軟件延時(shí)程序，通過反復(fù)調(diào)用這個(gè)延時(shí)程序，從而獲得不 同的時(shí)間長(zhǎng)度。木設(shè)計(jì)采用方案一。2.3.7直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方案論證在應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行部件時(shí)，如果要很好的控制直流電動(dòng)機(jī)，首先要 知道直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方法有很多種。

32、方案一：采用霍爾傳感器。霍爾傳感器是應(yīng)用電磁感應(yīng)的方式進(jìn)行檢測(cè)，由 于其安裝結(jié)構(gòu)的限制，這種傳感器檢測(cè)的精度很低，所以常常用在高轉(zhuǎn)速并且對(duì) 精度要求不高的場(chǎng)合。方案二：采用光電傳感器。光電傳感器又稱光電開關(guān)，由于光電傳感器屬于 非接觸式檢測(cè)器件，對(duì)檢測(cè)器件不會(huì)造成損傷。方案三：采用光電編碼器。光電編碼器的檢測(cè)精度非常高，通常旋轉(zhuǎn)一圈可 輸出幾百至幾千個(gè)脈沖，適用于轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合。由于光電編碼器的檢測(cè)精度最高，本設(shè)計(jì)選擇方案一。24系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)通過位置傳感器的對(duì)電機(jī)的位置進(jìn)行檢測(cè)，將其位置信號(hào)傳入微控制器，微 控制器對(duì)其信號(hào)進(jìn)行邏輯出來，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)單元放大, 放大控制

33、信號(hào)對(duì)逆變電路進(jìn)控制，通過電力全控晶體管的開通達(dá)到將交流電流轉(zhuǎn) 變?yōu)殡亮麟娏鞯墓ぷ鳌Ｆ潆姍C(jī)速度的調(diào)節(jié)依靠改變單片機(jī)輸出的pwm脈沖信號(hào)的 占空比來調(diào)節(jié)，如圖2. 4所示鍵盤輸入+顯示模塊*at89s52單片機(jī)t圖2. 4系統(tǒng)原理框圖三相電機(jī)第3章系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的介紹如圖3.1是本設(shè)計(jì)選用的主控芯片at89s52單片機(jī)的外部引腳結(jié)構(gòu)圖。pdip(t2)p1.0 匚 vcc140(t2ex)p1.1 匚239 pc.c (ado)p1.2e338 p0.1 (ad1)p1.3e437 pc.2 (ad2)p1.4e536 pc.3 (ad3)(mosdp1.5e635 pc .4

34、i：ad4)(miso)p1.6e734 pc.5 (ad5)(sckjp1.7e833 pc.c (ad6)rst匚932 pc.7 (ad7)(rxd)p3.0e1031 eavpp(txdjp3.1 匚113d aleprog(intc) p3.2 匚1229 psen(ttep3.3 匚1328 p2.7 (a15)(to) p3.4 匚1427 p2.c (a14)(t1)p3.5e1526 p2.e(a13)(vvr：ip3.6e1625 p2.4 (a12)(to)p3.7e1724 p2 3(a11)xtal2 匚1823 p2.2 (a10)xtal-匚1922 p2.1 (

35、a9)gnd匚2j21 p2.c (as)圖3. 1at89s52的外部引腳結(jié)圖下面簡(jiǎn)要介紹其主要性能。主要性能： 與mcs51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0hz33hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程i/o 口線三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷全雙工uart串行通低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒看門狗定時(shí)器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)符下面對(duì)其功能進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。功能特性描述：at89s52是一種低功耗、高性能cm0s8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程 flash存儲(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品

36、指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程 器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash,使得at89s52為眾多 嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash, 256字節(jié)ram, 32位i/o口線，看 門狗定吋器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定吋器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工串行口，片內(nèi)晶振及吋鐘電路。另外，at89s52可降至ohz靜態(tài)邏輯操作， 支持2種軟件可選擇節(jié)屯模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定吋器/ 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)

37、容被保存，振蕩器被凍 結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。對(duì)各個(gè)引腳及外部接口做以下說明：vcc：電源gnd：地p0口： p0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉 電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。 程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口： p1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，pl輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p1端口寫“1”

38、時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作 為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2） 和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）,具體如表3. 2所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1 口接收低8位地址字節(jié)。表3. 2 p1 口的第二功能引腳號(hào)第二功能p1.0t2 （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出p1.1t2ex （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）p1.5mosi （在系統(tǒng)編程用）p1.6miso （在系統(tǒng)編程用）p1.7sck （在系統(tǒng)

39、編程用）p2口： p2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以 作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將 輸出電流（iil） o在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例 如執(zhí)行movxdptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2口使用很 強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送在使用8位地址（如movxri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， p2 口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2 口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。p3口： p3口是一個(gè)具有內(nèi)部上

40、拉電阻的8位雙向i/o口，p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作 為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸 出電流（iil） o p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，如表3. 3所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3 口也接收一些控制信號(hào)。表3.3 p3 口的第二功能引腳號(hào)第二功能p3.0rxd （串行輸入）p3.1txd （串行輸出）p3.2into （外部中斷0）p3.3int （外部中斷1）p3.4t0 （定時(shí)器0外部輸入）p3.5t1 （定時(shí)器1外部輸入）p3.6wr （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

41、器寫選通）p3.7rd （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器度選通）vcc22ufs0.restrst:復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù) 位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，rst腳輸岀96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr （地 址8eh） ±的disrto位可以使此功能無效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 本系統(tǒng)主控芯片at89s52的復(fù)位電路如圖3. 4所示。r110k圖3. 4 at89s52的復(fù)位電路ale/prog：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在 一般情

42、況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器 或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale脈沖將會(huì)跳 過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置“1” , ale操作將無效。這一 位置“1” , ale僅在執(zhí)行movx或m0vc指令時(shí)有效。否則，ale將被微弱拉 高。這個(gè)ale使能標(biāo)志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外 部執(zhí)行模式下無效。在此系統(tǒng)屮ale/p懸空一一默認(rèn)為高電平。psen: psen是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)at89s52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行 外部代碼時(shí)，psen在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存

43、儲(chǔ)器時(shí)， psen將不被激活。ea/vpp:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000h到ffffh的外部程序 存儲(chǔ)器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash 編程期間，ea也接收12伏的vpp電壓。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的晶振屯路如圖3. 5所示。xtal230pf丄y1口 crystac4xtal1圖3. 5 at89s52的晶振電路3.2顯示電路的設(shè)計(jì)3.2.1顯示電路的分析led數(shù)碼管實(shí)際上是由7個(gè)發(fā)光二級(jí)管組成“8”字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn) 就是8個(gè)。這些段分別由

44、字母a, bcdefqdp來表示。通過不同的組合可用來 顯示數(shù)字09、字符af、h、l、p、u等。根據(jù)led顯示的硬件設(shè)計(jì)方法的不 同，led顯示驅(qū)動(dòng)分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示倆種方法。所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)法，是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如bcd碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的 優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài) 顯示則需要5x8 = 40根i/o端口來驅(qū)動(dòng)，耍知道一個(gè)89s51單片機(jī)可用的i/o端 口才32個(gè)），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù) 雜性。所謂動(dòng)態(tài)顯示，是指無論在任何時(shí)刻只有

45、一個(gè)數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)每個(gè)數(shù)碼 管輪流顯示。當(dāng)數(shù)碼管處于動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，所有位選線分離，而每個(gè)數(shù)碼管的各條 段選線相連。當(dāng)需要顯示數(shù)字或字符時(shí)，需耍將所有數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮這時(shí)對(duì)每個(gè) 數(shù)碼管的點(diǎn)亮周期有一個(gè)較嚴(yán)格的要求：由于發(fā)光體從通入電流開始點(diǎn)亮到完全 發(fā)光需要一定的時(shí)間，叫做響應(yīng)周期，這個(gè)時(shí)間對(duì)于不同的發(fā)光材質(zhì)是不同的， 通常情況下為幾百微妙，所以數(shù)碼管的刷新周期（所有數(shù)碼管被輪流點(diǎn)亮一次的 時(shí)間）不要過短，這也與數(shù)碼管的數(shù)量有關(guān)，一般的數(shù)碼管的刷新周期應(yīng)控制在 5-10ms,即刷新率為200-100hz,這樣既保證了數(shù)碼管每一次刷新都被完全點(diǎn) 亮，同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，在向各位

46、led傳送顯示碼之前, 必須先暫時(shí)關(guān)閉led,然后再傳送顯示碼，否則容易造成視覺干擾。動(dòng)態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是碩件電路簡(jiǎn)單（數(shù)碼管越多，這個(gè)優(yōu)勢(shì)越明顯），由于每 個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管被點(diǎn)亮，所以所有數(shù)碼管消耗的電流較少；缺點(diǎn)是數(shù)碼管 殼度不如i靜態(tài)顯不時(shí)的殼度高。8段led的字型碼如表3.6所示。表3. 6 8段led的字型碼顯示字符共陰極字型碼共陽極字型碼03fhcoh106hf9h25bha4h34fhboh466h99h56dh92h67dh82h707hf8h87fh80h96fh90ha77h88hb7ch83hc39hc6hd5eha1he79h86hf71h8eh3.2.2顯示電路硬件原

47、理速度顯示模塊有驅(qū)動(dòng)電路和led顯示器組成。驅(qū)動(dòng)芯片分別用到74ls244八 路驅(qū)動(dòng)芯片和74ls06六路驅(qū)動(dòng)芯片。其中74ls244用于對(duì)led顯示器的八位段 碼管的驅(qū)動(dòng)；74ls06用于對(duì)每個(gè)led顯示器的vcc電源接線端的驅(qū)動(dòng)，控制每 個(gè)晶體管的工作狀態(tài)是“工作”還是“非工作”狀態(tài)，即“位控制”。單片機(jī)的p0 口對(duì)顯示模塊提供數(shù)據(jù)信號(hào)。p2.0, p2.1, p2.2通過74ls138 把譯碼芯片對(duì)六個(gè)顯示器進(jìn)行“位控制”。其原理圖如3.2.2所示-jr i66666vocvccads2 redcads4 redcavoc ds1 丄 redcavoc ds5 丄 redcavoc ds

48、3 丄redc八vac ds6i p 色. p ooo b cd c f g dp ii abed c f g dp | a b c d c f g dp 軟瞇聯(lián)無欺離瞇艮 redcaub ub ub ouo a b c <i c f g dp | b c d c f g dp | 虐 bed c f g dp/ /8 z就ww46z f 寸 cj e 寸 aaaa aaaa 一一 c z cl zu?74als244-clbzacdofofo、cr-cdcjolorqo匚1vgnd圖3.2.2顯示電路硬件原理圖3.3鍵盤電路的設(shè)計(jì)3.3.1盤電路的分析在人機(jī)交互功能中，起到“手”的作用

49、的是鍵盤，鍵盤是現(xiàn)代單片機(jī)系統(tǒng)中 不可缺少的組成部分，應(yīng)用鍵盤主要完成用戶指令的輸入、功能的切換等。隨著 電子技術(shù)的不斷發(fā)展，鍵盤的種類也比較多，有按鍵式、感應(yīng)式、觸摸式等，最 常用的是按鍵式鍵盤，因?yàn)樗写T件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能容易實(shí)現(xiàn)、軟件調(diào)試方便等 優(yōu)點(diǎn)。鍵盤的任務(wù)大體可分為三項(xiàng)：1）識(shí)鍵：判斷是否有鍵按下。若有，進(jìn)入下一步工作。2）譯鍵：識(shí)別出哪一個(gè)按鍵被按下并求出相應(yīng)的鍵值。3）鍵值分析：根據(jù)鍵值，找到相應(yīng)的處理程序入口并執(zhí)行。根據(jù)本系統(tǒng)的需要，采用了按鍵式鍵盤中的矩陣式鍵盤，并采用了查詢工作 方式來檢測(cè)鍵盤上有無鍵按下，采用行掃描法實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的識(shí)別。矩陣式鍵盤工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較

50、多時(shí)，為了減少1/0 口的占用，通常將按鍵排列成 矩陣形式，在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而 是通過一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口（如p1 口）就可以構(gòu)成4x4二16 個(gè)按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明 顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出 一鍵。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。矩陣式鍵盤的輸入原理：矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識(shí)別也耍復(fù)雜一些，在圖 3. 3. 2中，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機(jī)的i/o 口作為輸出端, 而列線所接的1/0 口則作為輸

51、入。當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平, 代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下時(shí)，則輸入線就會(huì)被拉低，這 樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。其可分為以下三步： cpu先通過輸出口使所有行線輸出為低電平，然后從輸入口讀入所有列線 的狀態(tài)。若列線狀態(tài)都為高電平，則說明沒有鍵被按下，若列線中有低電平，則 表明有鍵被按下。 判斷按鍵位置。cpu通過輸出口使行線從低位至高位逐位變低電平輸出， 每次均讀入列線的狀態(tài)，以確定那條行線為“0”狀態(tài)。由行、列線的狀態(tài)就可 以判斷是哪一個(gè)鍵被按下（行、列交叉處）。 當(dāng)判斷出哪個(gè)鍵壓下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。3.3.2盤電路硬件原理

52、木系統(tǒng)采用4*4矩陣式鍵盤。共16鍵位。sis1o分別對(duì)應(yīng)數(shù)字鍵09;s16對(duì)應(yīng)“啟動(dòng)和關(guān)閉按鍵”，按一下啟動(dòng)鍵盤，再按一下禁止輸入。 對(duì)應(yīng)“刪除鍵”。對(duì)當(dāng)前輸入有誤的數(shù)值進(jìn)行修改。s12 "確定鍵”，在輸入當(dāng)前值完畢的情況下，按此鍵表示運(yùn)行當(dāng)前輸入的數(shù)值速 度。s12鍵是系統(tǒng)啟動(dòng)鍵。s13鍵是系統(tǒng)停止鍵。s14鍵是電動(dòng)機(jī)加速鍵。s15鍵是電動(dòng)機(jī)減速鍵。鍵盤的信號(hào)通過單片機(jī)上的p3 口傳給單片機(jī)。單片機(jī)通過中斷或者查詢方式來判斷鍵盤10是否有數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)通過運(yùn)行鍵盤掃描法的的程序?qū)w鍵位進(jìn)行識(shí)別。 其電路原理圖如圖3.3.2所示3.4逆變主電路設(shè)計(jì)3.4.1功率開關(guān)主電路無刷電

53、機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，定子繞組所產(chǎn)生的的磁場(chǎng)和裝洞中轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永 磁場(chǎng)，在空間始終保持在（兀z2） rad左右的電角度，因此定子繞組需要加三相 電源，此電源可通過下圖的逆變電路產(chǎn)牛。如圖3.4.1所示qi、q2、 q6為六只mosfet功率管，起繞組的開關(guān)作 用，高電平是導(dǎo)通，其控制信號(hào)靠單片機(jī)的p3.0-p3.5拐角發(fā)出的信號(hào)控制。每一 瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期（60°電角度）換相一次，每次換相一個(gè) 功率管導(dǎo)通120°電角度。各功率管的導(dǎo)通順序是q1q2、q2q3、q3q4、q4q5、 q5q6、q6q1vddvcc馭hk2hn3而un2而qcml30ir2:m2

54、3m34m45m56m67圖3.4.1逆變主電路圖3.4.2逆變電路驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)如圖3.4.1其中驅(qū)動(dòng)部分采用芯片ir2130對(duì)逆變電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。ir2130的 拐角圖如圖3.4.2所示vccvol hin1hoi h in 2vslh in 3jlin 1vo1jlin2ho2 jlin 3vs2foljltitripvo3 caoho3 c a-vs3vssvsolo1lo3lo23.4.2芯片.ir2130拐角圖ir2130是國(guó)際整流器公司最新推出的高壓集成驅(qū)動(dòng)器，可作為交直流調(diào)速、 ups電源、電子鎮(zhèn)流器以及永磁無刷電機(jī)調(diào)速電路中主功率元件的驅(qū)動(dòng)電路。ir2130可直接驅(qū)動(dòng)中小容量的功率場(chǎng)效應(yīng)管(mosfet )>絕緣柵晶體管(igb t )和 場(chǎng)效應(yīng)控制品閘管(mct)等。ir2130具有六路輸入信號(hào)和六路輸出信號(hào)，其中六 路輸出信號(hào)中的三路具有電平轉(zhuǎn)換功能，因而它既能驅(qū)動(dòng)橋式電路中低壓側(cè)的 功率器件，又能驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)的功率元件。也就是說,該驅(qū)動(dòng)器可共地運(yùn)行，且只需一 路控制電源，而常規(guī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常包括光電隔離器件或者脈沖變壓器，同時(shí)述 必須向驅(qū)動(dòng)電