無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計方案畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p>　　無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)是一種新型的調(diào)速系統(tǒng)，具有良好的運(yùn)行、控制及經(jīng)濟(jì)性能，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。其中無刷直流電機(jī)是利用電子換相替代機(jī)械換相和電刷，既具有直流電動機(jī)良好的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中得到了

2、廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　無刷直流電動機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動機(jī)和直流電動機(jī)在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機(jī)正受到普遍的關(guān)注。</p><p>　　本設(shè)計是把無刷直流電動機(jī)是以ATS89S52單片機(jī)為控制電路，單片機(jī)采集比較電平及電機(jī)霍爾反饋信號，通過軟件編程控制無刷直流電動機(jī)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無

3、刷直流電動機(jī)，單片機(jī)，霍爾位置傳感器，辨相電路，逆變電路。</p><p>　　Brushless DC motor control system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Brushless DC motor(BLDCM)is a new type of motor that ge

4、ts much popularityin the past few years．It combines the characteristics of AC motor and DC motoL，Therefore，it has excellent timing capability,high efficiency,simple configuration，reliable operation，and Can be controlled

5、and maintained easily．BLDCM has beenwidely using in various fields．</p><p>　　Brushless DC motor in a brush DC motor developed on the basis of. At this stage, although exchanges of all kinds of DC motors and

6、motor drive in the application of the dominant, but brushless DC motor is under common concern.</p><p>　　This design of the brushless DC motor control system is based on ATS8952 microcontroller for control c

7、ircuit, SCM collection and comparison-level electrical signal Hall feedback, software programming through brushless DC motor control .</p><p>　　Key words： bldcm;the single chip processor;hall position sensor

8、;Phase circuit judge;Inverter circuits.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b>&l

9、t;/p><p>　　1.1 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況1</p><p>　　1.2無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較2</p><p>　　1.3 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理2</p><p>　　1.4 無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行特性6</p><p>　　1.4.1 機(jī)械特性6</p

10、><p>　　1.4.2 調(diào)節(jié)特性7</p><p>　　1.5 無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用與研究動向8</p><p>　　第2章 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案10</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計要求10</p><p>　　2.2 無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的組成10</p><p>　　

11、2.3系統(tǒng)設(shè)計方案論證12</p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)速測量方案論證12</p><p>　　2.3.2電機(jī)驅(qū)動方案論證12</p><p>　　2.3.3鍵盤輸入方案論證13</p><p>　　2.3.4顯示方案論證13</p><p>　　2.3.5 PWM調(diào)速工作方式13</p>

12、<p>　　2.3.6 PWM軟件實(shí)現(xiàn)方案論證14</p><p>　　2.3.7直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測方案論證14</p><p>　　2.4系統(tǒng)原理框圖設(shè)計14</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計16</p><p>　　3.1單片機(jī)的介紹16</p><p>　　3.2顯示電路的設(shè)計

13、20</p><p>　　3.2.1顯示電路的分析20</p><p>　　3.2.2顯示電路硬件原理21</p><p>　　3.3鍵盤電路的設(shè)計22</p><p>　　3.3.1鍵盤電路的分析22</p><p>　　3.3.2鍵盤電路硬件原理23</p><p>　　3.4逆

14、變主電路設(shè)計24</p><p>　　3.4.1 功率開關(guān)主電路24</p><p>　　3.4.2逆變電路驅(qū)動設(shè)計25</p><p>　　3.5辨相電路模塊26</p><p>　　3.6霍爾位置傳感器模塊27</p><p>　　第4章 軟件程序設(shè)計29</p><p>　　

15、4.1系統(tǒng)初始化程序模塊29</p><p>　　4.2鍵盤模塊31</p><p>　　4.3 顯示模塊33</p><p>　　4.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序設(shè)計34</p><p><b>　　結(jié)束語36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b><

16、;/p><p><b>　　致 謝38</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明39</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明40</p><p>　　附錄A 無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)電路原理圖41</p><p>　　附錄B 程序清單42</p>

17、<p>　　附錄C PCB電路版圖55</p><p>　　附錄D 外文翻譯56</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況</p><p>　　無刷直流電動機(jī)是在有刷直流電動機(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

18、動機(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)長的一段時間內(nèi)一直在運(yùn)動控制領(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)的一個致命弱點(diǎn)，它降低了系統(tǒng)的可靠性，限制了其在很多場合中的使用。為了取代有刷直流電動機(jī)的機(jī)械換向裝置，人們進(jìn)行了長期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流電動機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無刷直流電機(jī)的基本思想。</p><p>　　1955

19、年美國的D.Harrison等首次申請了用晶體管換相線路代替有刷直流電動機(jī)的機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的誕生。</p><p>　　無刷直流電動機(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，在無刷直流電動機(jī)發(fā)展的早期，由于當(dāng)時大功率開關(guān)器件僅處于初級發(fā)展階段，可靠性差，價格昂貴，加上永磁材料和驅(qū)動控制技術(shù)水平的制約，使得無刷直流電動機(jī)自發(fā)明以后的一個相當(dāng)長的時間內(nèi)，性能都不理想，只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段

20、，無法推廣使用，1970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)，這些均為無刷直流電動機(jī)廣泛應(yīng)用奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，</p><p>　　無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)因而得到了迅速的發(fā)展。在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會上，前聯(lián)邦德國的MANNESMANN公司正式推出了 MAC無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動器

21、，引起了世界各國的關(guān)注，隨即在國際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)走向?qū)嵱秒A段。</p><p>　　隨著人們對無刷直流電動機(jī)特性了解的日益深入，無刷直流電動機(jī)的理論也逐漸得到了完善。1986年，H.R.Bolton對無刷直流電動機(jī)作了全面系統(tǒng)的總結(jié)，指出了無刷直流電動機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無刷直流電動機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)在理論上走向成熟。</p><p

22、>　　我國對無刷直流電動機(jī)的研究起步較晚。1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會上，SIEMENS和BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意，自此國內(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，國內(nèi)已有無刷直流電動機(jī)的系列 產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。</p><p>　　1.2無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較</p><

23、p>　　表1.1 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較</p><p>　　1.3無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理</p><p>　　1．無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩分析</p><p>　　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，控制電路對位置信號進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號，控制動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機(jī)的

24、各相繞組按一定的順序工作。</p><p>　　圖1.1 無刷直流電動機(jī)工作原理示意圖</p><p>　　如圖1.1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時針）到圖a所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、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，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。

25、</p><p>　　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，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使T1、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相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)T2回到電源負(fù)極。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　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

26、為T1、T6—T1、T2—T3、T2—T3、T4—T5、T4—T5、T6—T1、T6。</p><p>　　在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　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)通時間對應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。無刷直流電動機(jī)

27、的這種工作方式叫兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機(jī)最常用的一種工作方式。</p><p>　　2．無刷直流電動機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號</p><p>　　無刷直流電動機(jī)的位置一般采用三個在空間上相隔120電角度的霍爾位置傳感器進(jìn)行檢測，當(dāng)位于霍爾傳感器位置處的磁場極性發(fā)生變化時，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾傳感器位檢測元件的位置在空間上各差120電角度，因此從這三個檢測

28、元件輸出端可以獲得三個在時間上互差120度、寬度為180度的電平信號，分別用A、B、C來表示，如圖1.2所示，以信號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，所以此段時間為T1和T6等于1，（此時下部可供導(dǎo)通的管子為T4、 T6和T2，而為避免橋臂直通，T4不能導(dǎo)通；T2的導(dǎo)通時間未到，故只能是T6導(dǎo)通）；而在60度—120度，此時只有A相通電，B和C相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)

29、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—180度時，由于 每一相只有120電導(dǎo)角導(dǎo)電時間，故此時T1關(guān)斷（T1=0），T2仍然導(dǎo)通（B相開始進(jìn)入導(dǎo)電期），此時可知，T1關(guān)斷，T5不能開通（防止橋臂直通），則此時只能開通T3，所以T3信號此時間段為1。其他時間段的開關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似</p><p>　　理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差120度，開關(guān)管的換流

30、時刻總是可以推算出來的。然而，為了簡化控制電路，每個霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準(zhǔn)點(diǎn)（r0=00）上.那么在r0=00的控制條件下，A相繞組開始通電的時刻（即該相反電勢相位30度位置）恰好與A相位置傳感器輸出信號A的電平跳變時刻重合，此時應(yīng)將T1開關(guān)管驅(qū)動導(dǎo)通。同理，其他開關(guān)管的導(dǎo)通時刻也可以按同樣方法確定。</p><p>　　圖1.2 無刷電動機(jī)位置檢測及開關(guān)管驅(qū)動信號</p>&l

31、t;p>　　表1.2 無刷電動機(jī)直流通電控制方式開關(guān)切換表</p><p>　　1.4 無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行特性</p><p><b>　　1.4.1機(jī)械特性</b></p><p>　　無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p>&l

32、t;p>　　UT-開關(guān)器件的管壓降</p><p><b>　　Ia-電樞電流</b></p><p>　　Ce-電機(jī)的電動勢常數(shù)</p><p><b>　　-每級磁通量</b></p><p>　　可見無刷直流電動機(jī)的機(jī)械特性與一般直流電動機(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

33、電壓驅(qū)動下，可以得到如1.3圖所示機(jī)械特性曲線簇。</p><p>　　圖1.3 機(jī)械特性曲線簇</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(jī)械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。</p><p><b>　　1.4.2調(diào)節(jié)特性</b>&l

34、t;/p><p>　　無刷直流電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖1.4所示。</p><p><b>　　圖1.4 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）</

35、b></p><p>　　從機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無刷直流電動機(jī)與一般直流電動機(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)無級調(diào)速。但不能通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)速，因?yàn)橛来朋w的勵磁磁場不可調(diào)。</p><p>　　1.5無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用與研究動向</p><p>　　現(xiàn)階段，雖然各種交流電動機(jī)和直流電動機(jī)在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機(jī)正

36、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)、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來越趨向于高效率化、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)，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長。尤其在節(jié)能已成為時代主題的今天，無刷直流電機(jī)高效率的特點(diǎn)更顯示了其巨大的應(yīng)用價值。</p><p>　　無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，其產(chǎn)生的氣隙磁

37、通保持為常值，因而特別適用于恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行；對于恒功率運(yùn)行，無刷直流電機(jī)雖然不能直接改變磁通實(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)生很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉(zhuǎn)子半徑，減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等應(yīng)用中，無刷直流電機(jī)比交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)顯示了更多的優(yōu)越性。目前無刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各

38、個領(lǐng)域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。</p><p>　　目前，無刷直流電機(jī)的研究主要集中在以下方面：</p><p>　?。?）無機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。</p><p>　　轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個驅(qū)動系統(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，同時還需要占據(jù)一定的空間位置。在很多

39、應(yīng)用場合，例如空調(diào)器和計算機(jī)外設(shè)都要求無刷直流電動機(jī)以無轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運(yùn)行。</p><p>　　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)的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置.</p><p>　　目前比較成熟的無轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行方式有：</p><p>　　1 反電動勢法——包括直接反電動勢法、間接反電動勢法以及派生出來的反電動

40、勢積分法等。</p><p>　　2 定子三次諧波檢測法。</p><p>　　3 續(xù)流二極管電流通路檢測法。</p><p>　　但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善之中。</p><p>　　（1）轉(zhuǎn)矩脈動控制。</p><p>　　存在轉(zhuǎn)矩脈動是無刷直流電動機(jī)的固有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動

41、加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。減小轉(zhuǎn)矩脈動是提高無刷直流電動機(jī)性能的重要方面。</p><p><b>　?。?）智能控制。</b></p><p>　　隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，在運(yùn)動控制領(lǐng)域中，一個新的發(fā)展方向就是先進(jìn)控制理論，尤其是智能控制理論的應(yīng)用。目前，專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三個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)

42、和規(guī)則有機(jī)地融入到傳動控制策略當(dāng)中，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到許多方面。隨著無刷直流電動機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，智能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視。</p><p>　　第2章 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計要求</b></p><p>　　本設(shè)計以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

43、啟動、停止、加速和減速，本系統(tǒng)主要完成的功能是：</p><p>　　(1) 啟動該系統(tǒng)后可以顯示實(shí)時轉(zhuǎn)速值和給定轉(zhuǎn)速值；</p><p>　　(2) 可以通過鍵盤輸入給定轉(zhuǎn)速</p><p>　　(3) 可以通過調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速；</p><p>　　(4) 可以實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)。當(dāng)流過電動機(jī)的電流大于某個值時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降為0

44、。</p><p>　　2.2 無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的組成</p><p>　　無刷直流電動機(jī)(Brushless DC Motor,簡稱BLDCM)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是由電動機(jī)本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機(jī).位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號,控制器對轉(zhuǎn)子位置信號進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號,開關(guān)信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功

45、率開關(guān)器件,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動機(jī)定子各相繞組,使電動機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩.</p><p>　　現(xiàn)對無刷直流電動機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。</p><p><b>　　1．電機(jī)本體</b></p><p>　　無刷直流電動機(jī)最初的設(shè)計思想來自普通的有刷直流電動機(jī)，不同的是將直流電動機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了互換，其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)

46、構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，有多相對稱繞組。原直流電動機(jī)的電刷和機(jī)械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器所代替。所以無刷直流電動機(jī)的電機(jī)本體實(shí)際上是一種永磁同步電機(jī)。由于無刷直流電動機(jī)的電機(jī)本體為永磁電機(jī)，所以無刷直流電動機(jī)也稱為永磁無刷直流電動機(jī)。</p><p>　　定子的結(jié)構(gòu)與普通同步電動機(jī)或感應(yīng)電動機(jī)相同，鐵心中嵌有多相對稱繞組。</p><p>　　繞組可以接成星形或三角形，并分別與

47、逆變器中的各開關(guān)管相連，三相無刷直流電動機(jī)最為常見。</p><p><b>　　2．逆變器</b></p><p>　　目前，無刷直流電動機(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），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　無刷直流電動機(jī)定子繞組

48、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之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。不同的組合使電動機(jī)產(chǎn)生不同的性能和成本。綜合以下三個指標(biāo)有助于我們做出正確的選擇：</p><p><b>　?。?）繞組利用率。</b></p><p>　　與普通直流電動機(jī)不同，無刷直流電動機(jī)的繞組是斷續(xù)通電的。適當(dāng)?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時通電的導(dǎo)體數(shù)增加，使電阻下降，效

49、率提高。從這個角度來看，三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)矩脈動。</b></p><p>　　無刷直流電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動大。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動越??；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動小。</p><p><b>　?。?）電路成本。</b><

50、/p><p>　　相數(shù)越多，逆變器電路使用的開關(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。</p><p><b>　　3．位置檢測器</b></p><p>　　位置檢測器的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信

51、息。位置檢測包括有位置傳感器和無位置傳感器檢測兩種方式。</p><p>　　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，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。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。</p><p>　　在無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)中安裝機(jī)械式位置傳感器解決了

52、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測問題。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機(jī)的應(yīng)用范圍，對電機(jī)的制造工藝也帶來了不利的影響。因此，國內(nèi)外對無刷直流電動機(jī)的無位置運(yùn)行方式給予高度重視。</p><p>　　無機(jī)械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測是通過檢測和計算與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的物理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動勢檢測法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法、定子三次諧波檢測法和瞬時電壓方程法等。&l

53、t;/p><p><b>　　4．控制器</b></p><p>　　控制器是無刷直流電動機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：</p><p>　?。?）對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各開關(guān)管的斬波信號和選通信號，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車控制。</p><p>　?。?）產(chǎn)生

54、調(diào)制信號，使電機(jī)的電壓隨給定速度信號而自動變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開環(huán)調(diào)速。</p><p>　　（3）對電動機(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)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。</p><p>　　（4）實(shí)現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護(hù)電路。</p><p>　　2.3系統(tǒng)設(shè)計方案論證</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)，要求調(diào)速采用PID控制器

55、，因此需要設(shè)計一個閉環(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)時顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。通過對設(shè)計功能分解，設(shè)計方案論證可以分為：速度測量方案論證，電機(jī)驅(qū)動方案論證，鍵盤顯示方案論證，PWM軟件實(shí)現(xiàn)方案論證等等。</p><p>　　2.3.1轉(zhuǎn)速測量方案論證</p><p>　　方案一：采用記數(shù)的方法。具體是通過單片機(jī)單位時間S（秒）內(nèi)的脈沖數(shù)N，每分鐘的轉(zhuǎn)速：M=N

56、/S×60。</p><p>　　方案二：采用定時的方法。是通過定時器記錄脈沖的周期T，這樣每分鐘的轉(zhuǎn)速：M=60/T。</p><p><b>　　本設(shè)計采用方案一。</b></p><p>　　2.3.2電機(jī)驅(qū)動方案論證</p><p>　　方案一：采用專用小型直流電機(jī)驅(qū)動芯片。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動電路簡單

57、，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)動電路功耗相對較小，而且目前市場上此類芯片種類齊全，價格也比較便宜。</p><p>　　方案二：采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對電動機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單、在觸點(diǎn)上允許流過較大的電流，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間慢，無法實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的快速切換、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)用在要求快速動作

58、的場合。</p><p>　　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)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。電路保證了可以簡單地實(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)。</p><p>　　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，

59、因此本設(shè)計采用方案三。</p><p>　　2.3.3鍵盤輸入方案論證</p><p>　　方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，其特點(diǎn)是：一鍵一線，即每個按鍵單獨(dú)占用一條檢測線，并與主機(jī)相連。當(dāng)某一按鍵被按下時，對應(yīng)的檢測線就變成了低電平，而與他按鍵相連的檢測線仍然為高電平，從而很容易識別出哪個按鍵被按下。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是：鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，各條測試線相互獨(dú)立，容易識別被按下的鍵，軟件結(jié)構(gòu)簡單，適用于

60、少量使用鍵盤的場合。缺點(diǎn)是：如果鍵盤數(shù)量較多，將占用較多的檢測線，所以不適用于組成大型鍵盤。</p><p>　　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。每個按鍵都通過不同的行線和列線與單片機(jī)相連。4×4矩陣鍵盤共使用16個按鍵，但只需要8條測試線。不難看出，m×n矩陣鍵盤與單片機(jī)之間的測試線共需要m+n條，顯然，鍵盤的規(guī)模越大，矩陣式鍵

61、盤的優(yōu)點(diǎn)越顯著。當(dāng)需要的按鍵大于8時，一般都采用矩陣式鍵盤。</p><p>　　由于本系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)目較多，因此，本設(shè)計系統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　2.3.4顯示方案論證</p><p>　　通過查閱資料設(shè)想了兩種方案為本系統(tǒng)的顯示模塊。</p><p>　　方案一：LCD顯示，LCD是一種被動式顯示器，由于他的功耗低，抗干擾能

62、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)動方式。</p><p>　　方案二：數(shù)碼管是一類顯示屏通過對其不同的管腳輸入相對的電流會使其發(fā)亮從而顯示出數(shù)字，它可以顯示時間、日期、溫度等所有可以用數(shù)字代替的參數(shù)。由于它的價格便宜、使用簡單，在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。 </p>&l

63、t;p>　　在本設(shè)計中，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。</p><p>　　2.3.5 PWM調(diào)速工作方式</p><p>　　方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩個控制口各輸出一個控制信號，兩信號高低電平相反，兩信號的高電平時差決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　方案二：單極性工作制。單極性工作

64、制是單片機(jī)控制口一端口置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)采用了方案一。</p><p>　　2.3.6 PWM軟件實(shí)現(xiàn)方案論證</p><p>　　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。本設(shè)計采用了定頻調(diào)寬方式，采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)是電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定，并且在采

65、用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。對于實(shí)現(xiàn)方式則有兩種方案。</p><p>　　方案一：采用定時/計數(shù)器方式獲得PWM信號。常用的有兩種：一種是定時/計數(shù)器的定時時間固定，這種方法類似于利用軟件延時做基準(zhǔn)時間：另一種方法是定時/計數(shù)器的定時時間按照高低電平的要求變化。</p><p>　　方案二：采用軟件延時方式獲得PWM信號。以P1.0輸出PWM信號為例，在軟件中設(shè)計一個基準(zhǔn)

66、的軟件延時程序，通過反復(fù)調(diào)用這個延時程序，從而獲得不同的時間長度。</p><p><b>　　本設(shè)計采用方案一。</b></p><p>　　2.3.7直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測方案論證</p><p>　　在應(yīng)用直流電動機(jī)作為執(zhí)行部件時，如果要很好的控制直流電動機(jī)，首先要知道直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于轉(zhuǎn)速的檢測方法有很多種。</p>&l

67、t;p>　　方案一：采用霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇菓?yīng)用電磁感應(yīng)的方式進(jìn)行檢測，由于其安裝結(jié)構(gòu)的限制，這種傳感器檢測的精度很低，所以常常用在高轉(zhuǎn)速并且對精度要求不高的場合。</p><p>　　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器件，對檢測器件不會造成損傷。</p><p>　　方案三：采用光電編碼器。光電編碼器的檢測精度非常高，通常旋轉(zhuǎn)一圈可

68、輸出幾百至幾千個脈沖，適用于轉(zhuǎn)速較低的場合。</p><p>　　由于光電編碼器的檢測精度最高，本設(shè)計選擇方案一。</p><p>　　2.4系統(tǒng)原理框圖設(shè)計</p><p>　　通過位置傳感器的對電機(jī)的位置進(jìn)行檢測，將其位置信號傳入微控制器，微控制器對其信號進(jìn)行邏輯出來，產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖驅(qū)動信號，經(jīng)功率驅(qū)動單元放大，放大控制信號對逆變電路進(jìn)控制，通過電力全控晶體管的

69、開通達(dá)到將交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鞯墓ぷ?。其電機(jī)速度的調(diào)節(jié)依靠改變單片機(jī)輸出的PWM脈沖信號的占空比來調(diào)節(jié),如圖2.4所示</p><p>　　圖2.4 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　第3章 系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計</p><p><b>　　3.1單片機(jī)的介紹</b></p><p>　　如圖 3.1 是本設(shè)計選用的主控

70、芯片AT89S52單片機(jī)的外部引腳結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3.1 AT89S52的外部引腳結(jié)圖</p><p>　　下面簡要介紹其主要性能。</p><p><b>　　主要性能：</b></p><p>　　??與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容</p><p>　　??8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程

71、Flash存儲器</p><p>　　??1000次擦寫周期</p><p>　　??全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz</p><p>　　??三級加密程序存儲器</p><p>　　??32個可編程I/O口線</p><p>　　??三個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　

72、??八個中斷</b></p><p>　　??全雙工UART串行通</p><p>　　??低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　??掉電后中斷可喚醒</p><p><b>　　??看門狗定時器</b></p><p><b>　　??雙數(shù)據(jù)指針</b>&l

73、t;/p><p><b>　　??掉電標(biāo)識符</b></p><p>　　下面對其功能進(jìn)行簡要描述。</p><p><b>　　功能特性描述：</b></p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲

74、器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(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。</p><p>　　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，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向

75、量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　對各個引腳及外部接口做以下說明：</p><p><b>　　

76、VCC：電源</b></p><p><b>　　GND：地</b></p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，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。</p><p

77、>　　在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。</p><p>　　P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，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分別作定時器

78、/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3.2所示。</p><p>　　在flash編程和校驗(yàn)時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表3.2 P1口的第二功能</p><p>　　P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫

79、“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，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1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。</p><p>　　在flash編程和

80、校驗(yàn)時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表 3.3所示。</p><

81、p>　　在flash編程和校驗(yàn)時，P3口也接收一些控制信號。</p><p>　　表 3.3 P3口的第二功能</p><p>　　RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的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

82、AT89S52的復(fù)位電路如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 AT89S52的復(fù)位電路</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，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器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)

83、存儲器時，ALE脈沖將會跳過。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MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。在此系統(tǒng)中ALE/懸空——默認(rèn)為高電平。</p><p>　　PSEN: PSEN是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52

84、從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，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。</p><p>　　XTAL1: 振蕩器反相放

85、大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)的晶振電路如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 AT89S52的晶振電路</p><p>　　3.2顯示電路的設(shè)計</p><p>　　3.2.1顯示電路的分析</p>

86、<p>　　LED數(shù)碼管實(shí)際上是由7個發(fā)光二級管組成“8”字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個。這些段分別由字母a，b,c,d,e,f,g,dp來表示。通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0—9、字符A—F、H、L、P、U等。根據(jù)LED顯示的硬件設(shè)計方法的不同，LED顯示驅(qū)動分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示倆種方法。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示驅(qū)動法，是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用

87、如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個），實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p><p>　　所謂動態(tài)顯示，是指無論在任何時刻只有一個數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)每個數(shù)碼管輪流顯示。當(dāng)數(shù)碼管處于動態(tài)顯示時，所

88、有位選線分離，而每個數(shù)碼管的各條段選線相連。當(dāng)需要顯示數(shù)字或字符時，需要將所有數(shù)碼管輪流點(diǎn)亮這時對每個數(shù)碼管的點(diǎn)亮周期有一個較嚴(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)光需要一定的時間，叫做響應(yīng)周期，這個時間對于不同的發(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)

89、碼管每一次刷新都被完全點(diǎn)亮，同時又不會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。進(jìn)行動態(tài)顯示時，在向各位LED傳送顯示碼之前，必須先暫時關(guān)閉LED，然后再傳送顯示碼，否則容易造成視覺干擾。</p><p>　　動態(tài)顯示的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡單（數(shù)碼管越多，這個優(yōu)勢越明顯），由于每個時刻只有一個數(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)碼管亮度不如靜態(tài)顯示時的亮度高。</p><p>　　8段LED的字型碼如表3

90、.6所示。</p><p>　　表3.6 8段LED的字型碼</p><p>　　3.2.2顯示電路硬件原理</p><p>　　速度顯示模塊有驅(qū)動電路和LED顯示器組成。驅(qū)動芯片分別用到74LS244八路驅(qū)動芯片和74LS06六路驅(qū)動芯片。其中74LS244用于對LED顯示器的八位段碼管的驅(qū)動；74LS06用于對每個LED顯示器的VCC電源接線端的驅(qū)動，控制每個

91、晶體管的工作狀態(tài)是“工作”還是“非工作”狀態(tài)，即“位控制”。</p><p>　　單片機(jī)的P0口對顯示模塊提供數(shù)據(jù)信號。P2.0，P2.1，P2.2通過74LS138把譯碼芯片對六個顯示器進(jìn)行“位控制”。</p><p>　　其原理圖如3.2.2所示</p><p>　　圖3.2.2顯示電路硬件原理圖</p><p>　　3.3鍵盤電路的設(shè)計

92、</p><p>　　3.3.1鍵盤電路的分析</p><p>　　在人機(jī)交互功能中，起到“手”的作用的是鍵盤，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杏布Y(jié)構(gòu)簡單、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：</p&g

93、t;<p>　　1）識鍵：判斷是否有鍵按下。若有，進(jìn)入下一步工作。</p><p>　　2）譯鍵：識別出哪一個按鍵被按下并求出相應(yīng)的鍵值。</p><p>　　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。</p><p>　　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鍵盤上有無鍵按下，采用行掃描法實(shí)現(xiàn)對按鍵的

94、識別。</p><p>　　矩陣式鍵盤工作原理：</p><p>　　在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O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，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4×4=16個按鍵，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，

95、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，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。</p><p>　　矩陣式鍵盤的輸入原理：</p><p>　　矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(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I/O口則作為輸入。當(dāng)按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出

96、是低電平，一旦有鍵按下時，則輸入線就會被拉低，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：</p><p>　?、貱PU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。</p><p>　?、谂袛喟存I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

97、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鍵被按下（行、列交叉處）。</p><p>　?、郛?dāng)判斷出哪個鍵壓下后，程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理程序。</p><p>　　3.3.2鍵盤電路硬件原理</p><p>　　本系統(tǒng)采用4*4矩陣式鍵盤。共16鍵位。</p><p>　　S1—S10分別對應(yīng)數(shù)字鍵0—9; &l

98、t;/p><p>　　S16對應(yīng)“啟動和關(guān)閉按鍵”，按一下啟動鍵盤，再按一下禁止輸入。</p><p>　　S11對應(yīng)“刪除鍵”。對當(dāng)前輸入有誤的數(shù)值進(jìn)行修改。</p><p>　　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。</p><p>　　S12鍵是系統(tǒng)啟動鍵。</p><p>　

99、　S13鍵是系統(tǒng)停止鍵。</p><p>　　S14鍵是電動機(jī)加速鍵。</p><p>　　S15鍵是電動機(jī)減速鍵。</p><p>　　鍵盤的信號通過單片機(jī)上的P3口傳給單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)通過中斷或者查詢方式來判斷鍵盤I\O是否有數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　單片機(jī)通過運(yùn)行鍵盤掃描法的的程序?qū)w

100、鍵位進(jìn)行識別。</p><p>　　其電路原理圖如圖3.3.2所示</p><p>　　圖3.3.2鍵盤電路硬件原理圖</p><p>　　3.4逆變主電路設(shè)計</p><p>　　3.4.1功率開關(guān)主電路</p><p>　　無刷電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，定子繞組所產(chǎn)生的的磁場和裝洞中轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁場，在空間始終保持在

101、（π/2）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)生。</p><p>　　如圖3.4.1所示Q1、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，其控制信號靠單片機(jī)的P3.0-P3.5拐角發(fā)出的信號控制。每一瞬間有兩個功率管導(dǎo)通，每隔1/ 6周期（60°電角度）換相一次，每次換相一個功率管導(dǎo)通120°電角度。各功率管的導(dǎo)通順序是Q

102、1Q2、Q2Q3、Q3Q4、Q4Q5、Q5Q6、Q6Q1</p><p>　　圖3.4.1 逆變主電路圖</p><p>　　3.4.2逆變電路驅(qū)動設(shè)計</p><p>　　如圖3.4.1其中驅(qū)動部分采用芯片IR2130對逆變電路進(jìn)行驅(qū)動。IR2130 的拐角圖如圖3.4.2所示</p><p>　　圖3.4.2芯片IR2130拐角圖<

103、/p><p>　　IR2130 是國際整流器公司最新推出的高壓集成驅(qū)動器, 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)動電路。IR2130 可直接驅(qū)動中小容量的功率場效應(yīng)管(MOSFET )、絕緣柵晶體管(IGB T ) 和場效應(yīng)控制晶閘管(MCT ) 等。IR2130 具有六路輸入信號和六路輸出信號, 其中六路輸出信號中的三路具有電平轉(zhuǎn)換功能, 因而它既能驅(qū)動橋式電路中低壓側(cè)的

104、功率器件, 又能驅(qū)動高壓側(cè)的功率元件。也就是說,該驅(qū)動器可共地運(yùn)行,且只需一路控制電源, 而常規(guī)的驅(qū)動系統(tǒng)通常包括光電隔離器件或者脈沖變壓器, 同時還必須向驅(qū)動電路提供相應(yīng)的隔離電源</p><p>　　IR2130 引腳功能:</p><p>　　VCC 為輸入電源, HIN1、HIN2、HIN3、L IN1、L IN2、L IN3 為輸入端,FALU T 為故障輸出端, ITRIP 為

105、電流比較器輸入端, CAO 為電流放大器輸出端, CA -為電流放大器反向輸入端,VSS為電源地,VSD為驅(qū)動地, L 01 , L 02 , L 03 為三路低側(cè)輸出,VB1 、VB2 、VB3為三路高側(cè)電源端, HO1、VS1 ,HO2、VS2、HO3、VS3 為三路高側(cè)輸出端。</p><p>　　IR2130芯片的特點(diǎn)</p><p>　　1）可直接驅(qū)動600V 高壓系統(tǒng);<

106、/p><p>　　2）具有電流放大和過電流保護(hù)功能;</p><p>　　3）自動產(chǎn)生成上、下側(cè)驅(qū)動所必需的死區(qū)時間(2μs ) ;</p><p>　　4）具有欠壓鎖定功能并能指示欠壓和過電流狀態(tài);</p><p>　　5）輸入端具有噪聲抑制功能。</p><p><b>　　3.5辨相電路模塊</b&g

107、t;</p><p>　　分辨三相電源相序在電氣設(shè)備中是一項十分重要的工作. 在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、電力調(diào)速、電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行、電焊設(shè)備及軍用電源等場合中常常用到. 市場上許多傳統(tǒng)產(chǎn)品的鑒相裝置為體積大、成本高、工作不靈敏、不易推廣的鑒相電路. 如電磁繼電器式分辨電路, 其電路復(fù)雜、可靠性差;使用自耦變壓器分辨電路, 自然體積大、成本高. 也有使用單片機(jī)系統(tǒng)來控制. 這在技術(shù)上太浪費(fèi), 且不易維護(hù)、推廣</p>

108、<p>　　為了讓單片機(jī)辨別電動機(jī)的正傳還是反轉(zhuǎn)，此處用到了辨相電路來辨別電動機(jī)的運(yùn)行方向。其電路原理圖3.5所示</p><p>　　本設(shè)計將三相電機(jī)轉(zhuǎn)子的A,B,C相的位置信號分別接入辨相電路的HA.HB.HC相連接，矢量處于正半周期時，矢量才能導(dǎo)通，由于在矢量的正半周期矢量在兩個對稱晶體管Q9.Q10中的導(dǎo)通時間不一樣，導(dǎo)致兩電容c9,c10充電后之間存在電壓差，電壓差通過有源放大器作用產(chǎn)生相應(yīng)信

109、號傳給單片機(jī)判別電機(jī)的運(yùn)行方向。矢量滯后矢量時xy處為低電位。超前時xy處為高電位。所以可以根據(jù)xy處的高低電平判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向問題。</p><p>　　本設(shè)計中xy處的信號與單片機(jī)P2.6相連接。</p><p>　　圖3.5 逆變電路原理圖</p><p>　　3.6霍爾位置傳感器模塊</p><p>　　轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無刷直流電機(jī)

110、的關(guān)鍵部件。它對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，其輸出信號經(jīng)過邏輯變換后去控制開關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)ǎＷC電機(jī)連續(xù)工作。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號</p><p>　　霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場中，即

111、輸出霍爾電勢信號，當(dāng)其不受外磁場作用時，其輸出端無信號。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機(jī)端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機(jī)軸同軸的永磁體對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，三個霍爾元件在空間彼此相隔120°電角度，永磁體的極弧寬度為180°電角度。這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件便交替輸出三個寬度為180°電角、相位互差120°

112、;電角的矩形波信號。</p><p>　　第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作。</p><p>　　霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、可靠，但對工作溫度有一定要求，同時霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號電平太