無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)本科畢業(yè)設(shè)計

PAGEPAGE3目錄內(nèi)容摘要： 3關(guān)鍵詞： 31設(shè)計要求 42設(shè)計系統(tǒng)總框架圖 43無刷直流電動機(jī) 53.1無刷直流電機(jī)簡介 53.2無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 63.2.1定子繞組 63.2.2永磁轉(zhuǎn)子 73.2.3位置傳感器 73.2.4相序輸入 73.3無刷直流電動機(jī)的工作原理 73.4直流電動機(jī)的主要驅(qū)動方式 83.4.1單極性驅(qū)動方式 83.4.2雙極性驅(qū)動方式 104MC33035與MC33039的應(yīng)用 134.1MC33035簡介 134.1.1轉(zhuǎn)子位子譯碼器： 144.1.2正/反旋轉(zhuǎn)控制管腳 154.1.3制動管腳 154.1.4誤差放大器 154.1.5脈寬調(diào)制器 154.1.6電流限制 164.2MC33039 164.3無刷電機(jī)驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計 194.4無刷電機(jī)接線口 195主控模塊 205.1單片機(jī)的原理與應(yīng)用 205.2主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 215.2.1最小系統(tǒng) 215.2.2手控模塊 225.2.3顯示模塊 226軟件模塊 237硬件調(diào)試圖和結(jié)果 24總結(jié): 25參考文獻(xiàn)： 25誠信協(xié)議書 27內(nèi)容摘要：伴隨著機(jī)械與電子的科技發(fā)展，無刷直流電動機(jī)在社會生產(chǎn)生活中占據(jù)著越來越重要的地位，本著可塑性寬，工作穩(wěn)定的特點，無刷直流電動機(jī)的使用也日益壯大。本設(shè)計是基于單片機(jī)的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，通過無刷直流電機(jī)的工作原理，以及在其以MC33035和MC33039為驅(qū)動芯片中的應(yīng)用，設(shè)計成閉環(huán)控制系統(tǒng)其能實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，啟動，停止，電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)和轉(zhuǎn)速可顯示的。整個設(shè)計，硬件由主控模塊，驅(qū)動模塊，顯示模塊和調(diào)速模塊構(gòu)成，并通過軟件實現(xiàn)速度測量以及顯示。本設(shè)計已能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，停止或啟動，以及轉(zhuǎn)速可調(diào)的功能。關(guān)鍵詞：AT89S52；MC33035；MC33039；無刷直流電機(jī)正文：1設(shè)計要求1.1應(yīng)用MC33035和MC33039驅(qū)動無刷直流電機(jī)，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，啟動或停止以及轉(zhuǎn)速可調(diào)。1.2基于單片機(jī)來實現(xiàn)以上功能，并能顯示轉(zhuǎn)速。1.3能從設(shè)計中認(rèn)識無刷直流電機(jī)的原理以及提高調(diào)試能力，軟件和硬件設(shè)計的能力，鞏固并更進(jìn)一步認(rèn)識專業(yè)知識。2設(shè)計系統(tǒng)總框架圖位置傳感器位置傳感器AT89S52ENF/RMC33035和MC33039的三相六步閉環(huán)驅(qū)動模塊三相帶霍爾元件無刷直流電機(jī)12864轉(zhuǎn)速顯示模塊相序輸出圖1-13無刷直流電動機(jī)3.1無刷直流電機(jī)簡介無刷直流電動機(jī)是在有刷直流電動機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是電動機(jī)從一個成就到另一個成就的進(jìn)步成品。有刷直流電動機(jī)從19世紀(jì)40年代出現(xiàn)以來，以其靈活的控制特性而廣為人所用。而其機(jī)械接觸的電刷-換向的特點則是電流電機(jī)最顯著的弱點，電刷的運用讓其不僅工作性能不穩(wěn)定，體型大卻無法優(yōu)化，限制了有刷電機(jī)在特別場合中的使用。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。1955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。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，只能停留在實驗室階段，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)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。無刷直流電動機(jī)的發(fā)展在電力電子技術(shù)的發(fā)展中萌生了許多新的創(chuàng)造和發(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，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，無刷直流電動機(jī)從此迅速的走向?qū)嵱秒A段。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)的熱潮。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。無刷直流電機(jī)（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）目前的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，與有刷直流電機(jī)相比其具有許多的優(yōu)點，無刷直流電機(jī)工作更穩(wěn)定，使用壽命更長，無噪聲的工作以及更寬的速度范圍。由于其在實現(xiàn)同轉(zhuǎn)矩下使用時可以把電機(jī)做得更小，因此在對體積和重量要求比較苛刻的場合應(yīng)用十分靈活。3.2無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)無刷直流電動機(jī)（BLDCM）是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是由定子繞組、永磁轉(zhuǎn)子、相序輸入和位置傳感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)，如圖3-1所示。當(dāng)電機(jī)正常工作時，位置傳感器檢測到轉(zhuǎn)子磁極的位置信號，譯碼器則對轉(zhuǎn)子位置信號進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的信號，導(dǎo)通或關(guān)閉驅(qū)動橋中對應(yīng)的功率管而使電動機(jī)定子各相繞組按一定邏輯相序開關(guān)電源，維持電動機(jī)持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。相序輸入相序輸入定子繞組位置傳感器驅(qū)動橋譯碼器正/反轉(zhuǎn)永磁轉(zhuǎn)子圖3-1無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.2.1定子繞組無刷電機(jī)的三相繞組線圈就是定子，也就是在電機(jī)本體中是不動的一個部分，并負(fù)責(zé)供給電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動驅(qū)動力的部件。如果能給三相繞組正確的通/關(guān)電順序，則電機(jī)便可以連續(xù)的發(fā)生扭矩，也就是能持續(xù)轉(zhuǎn)動。3.2.2永磁轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子就是電機(jī)中，在定子發(fā)生磁場變化時做出扭矩的運動部件，其能發(fā)生扭矩是磁場所特有的磁場效應(yīng)，也就是同極相斥，異極相吸，三相繞組就提供了這個變化的磁極，永磁轉(zhuǎn)子有著固定的磁極，所以在變化的磁場中，轉(zhuǎn)子便可以發(fā)生相應(yīng)的扭矩，磁場有序變化時就如同一根不停息的牽引轉(zhuǎn)子的繩子。3.2.3位置傳感器位置傳感器即電機(jī)內(nèi)部的霍爾元件，作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對于定子繞組的位置信號，為譯碼器提供轉(zhuǎn)子的位置信號。3.2.4相序輸入相序的輸入決定著定子繞組的磁場變化順序，也就決定了永磁轉(zhuǎn)子的扭矩和連貫性，同樣是霍爾傳感器工作的目的和起因，所以相序的輸入是一個電機(jī)重要的動力來源。本設(shè)計采用的是三相帶霍爾傳感器的無刷直流電動機(jī)，輸入有三路相序信號，輸出也有三路位置傳感器信號。3.3無刷直流電動機(jī)的工作原理眾所周知，一般的永磁式直流電動機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場。其電樞繞組通電后產(chǎn)生磁場。由于電刷換向作用，使得這兩個磁場的方向在直流電動機(jī)運行的過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動電動機(jī)不停地運轉(zhuǎn)。直流無刷電動機(jī)為了實現(xiàn)無電刷換向，首先要求把一般直流電動機(jī)電樞繞組放在定子上，把永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電動機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行的，因為用一般直流電源給定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場，它不能與運動中轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永磁磁場相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。所以直流無刷電動機(jī)除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電動機(jī)本體以外，還要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同構(gòu)成換相裝置，使得直流無刷電動機(jī)在運行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生永磁磁場，在空間始終保持（π/2）rad左右的電角度。為了更加詳細(xì)的闡述這種直流無刷電動機(jī)的工作原理和特點，下面就以三相星型聯(lián)結(jié)繞組無刷直流電機(jī)的控制來介紹。如圖3-2，無刷電機(jī)有A、B、C三相繞組，當(dāng)定子繞組在某相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每發(fā)生一次轉(zhuǎn)矩，位置傳感器都會有其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置信號輸出。當(dāng)初始狀態(tài)如途中實線所在位置，在B相通電，轉(zhuǎn)子由于磁場發(fā)生變化而發(fā)生順時針扭矩轉(zhuǎn)至C-H3的位置，斷開B相而通A相，轉(zhuǎn)子繼續(xù)發(fā)生扭矩,轉(zhuǎn)至B-H2的位置，再斷開A相通C相，則轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)至初始位置。如此看來，在三相無刷直流電機(jī)中，定子各相繞組在工作換相器件是跳躍式的，形成跳躍變化的磁場角度為120°/240°。CCVCCH3H1BAH2圖3-23.4直流電動機(jī)的主要驅(qū)動方式3.4.1單極性驅(qū)動方式就是使用單個開關(guān)驅(qū)動、斬波控制的電路，如圖3-3所示，使用一個功率MOSFET開關(guān)管，并在電動機(jī)兩端并接一個二極管做續(xù)流用。開關(guān)管由一個MOSFET柵極驅(qū)動器驅(qū)動，它又接受一個模擬控制器或一個微控制器的PWM斬波控制。如圖3-3所示功率開關(guān)串接在電動機(jī)下方（靠近電源地），其柵極驅(qū)動器應(yīng)采用低側(cè)柵極驅(qū)動器。如果功率開關(guān)管串接在電動機(jī)上方（靠近電源正極），其柵極驅(qū)動器應(yīng)采用高側(cè)柵極驅(qū)動器。電源電源控制器柵極驅(qū)動二極管MOSFETM圖3-3圖3-4給出高側(cè)（HS）和低側(cè)（LS）兩種驅(qū)動方式。對于高側(cè)開關(guān)，它的柵極驅(qū)動需要附加的電平提升電路，所以大多采用低側(cè)驅(qū)動方式。典型應(yīng)用是小型風(fēng)機(jī)、泵的驅(qū)動。當(dāng)采用斬波控制時，電流通過續(xù)流二極管續(xù)流，時間較長，損耗較大。開/關(guān)或PWM開/關(guān)開/關(guān)或PWM開/關(guān)續(xù)流二極管M電平提升電路M高側(cè)開關(guān)圖3-4圖3-5的半橋驅(qū)動電路可以避免這個缺點。它有低損耗和快速的特點。其中的二極管VD1、VD2實際上是DMOS管的“體”二極管，這是由于工藝原因和與DMOS管一起自動生成的。這樣，不必在另外附加續(xù)流二極管。另外，半橋驅(qū)動電路一個附加的優(yōu)點是可實現(xiàn)電動機(jī)制動控制：斷開VF1停止對電動機(jī)供電的同時，將VF2連續(xù)開通，電動機(jī)的電動勢（EMF）經(jīng)VF2短路，使電動機(jī)制動。此時，如果VF2不是連續(xù)開通，而是PWM控制，可實現(xiàn)電動機(jī)的軟制動。VD1VD1VD2VF1VF2M圖3-53.4.2雙極性驅(qū)動方式由四個功率開關(guān)組成的H橋電路（又稱全橋電路），它需要兩個半橋驅(qū)動器。利用H橋式電路和PWM控制實現(xiàn)對直流電動機(jī)正反兩個方向的調(diào)速控制和伺服控制，如圖3-6所示。雙極性驅(qū)動也可以想單極性驅(qū)動那樣，將EMF短路實現(xiàn)電動機(jī)制動。例如，將兩個低側(cè)開關(guān)同時開通，或?qū)蓚€高側(cè)開關(guān)同時開通。如果希望制動作用緩和些，可讓短路電流過一個開關(guān)和一個二極管。雙極性驅(qū)動有另一種十分有效的制動方式——反向制動，是單極性驅(qū)動不能實現(xiàn)的。反向制動電流的幅值大約可達(dá)到堵轉(zhuǎn)電流的兩倍。此脈沖電流對電動機(jī)和驅(qū)動器都是有害的，它可以通過只能制動程序來避免。通過只能制動控制可獲得所需的系統(tǒng)阻尼。VFH2VFH2OUT2OUT1VFL1VFH11MVFL21圖3-6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)的各相繞組按一定的順序工作。本設(shè)計是實現(xiàn)對三相無刷直流電動機(jī)的控制，控制三相的驅(qū)動橋采用的是H全橋式驅(qū)動橋控制，如圖3-7所示。圖3-7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。可見，電機(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)的這種工作方式叫兩兩換相導(dǎo)通法，這是無刷直流電動機(jī)最常用的一種工作方式。就圖3-7而言，所謂兩兩導(dǎo)通方式是指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，每一功率管導(dǎo)通120°電角度。個功率管的導(dǎo)通順序是Q1Q2、Q2Q3、Q3Q4、Q5Q6、Q6Q1、……。當(dāng)功率管Q1和Q2導(dǎo)通時，電流從Q1管流入A相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)過Q2流回電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組流出所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩則為負(fù)，他們合成的轉(zhuǎn)矩如圖3-8a所示，其大小可為Ta，方向在Ta和-Tc的角平分線上。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)過60°后，由Q1Q2通電換成Q2Q3通電。這時，電流從Q3流入B相繞組再從C相繞組流出，經(jīng)過Q2流回電源。此時合成的轉(zhuǎn)矩如圖3-8b所示，其大小同樣為Ta。但合成轉(zhuǎn)矩Tbc的方向轉(zhuǎn)過60°電角度。而后每次換相一個功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向就隨著轉(zhuǎn)過60°電角度，但大小始終保持Ta不變。圖3-8本設(shè)計使用的電機(jī)輸入輸出波形如下表所示：轉(zhuǎn)度電角度06012018024030036060120180240300360機(jī)械角度0153045607590105120135150165180S1OUTS2OUTS3OUTA-0++0--0++0-B++0--0++0--0C0--0++0--0++從上表波形可以看出，該電機(jī)內(nèi)有4對磁極轉(zhuǎn)子，既8個極對數(shù)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過機(jī)械度15°，相電改變一次，所以一圈需改變相電次數(shù)24次，相電每6次為一個周期，則經(jīng)過4個周期，電機(jī)方可旋轉(zhuǎn)一圈，從圖中可知，一周期相電包含一個高脈沖的傳感器輸出，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械轉(zhuǎn)度360°一次會輸出4個脈沖的位置傳感器信號。這為下面所提及的轉(zhuǎn)速運算提供幫助。4MC33035與MC33039的應(yīng)用4.1MC33035簡介MC33035是一款高性能多功能的無刷直流電機(jī)驅(qū)動芯片，它具有開環(huán)三相或四相電機(jī)控制所需要的全部功能。該器件由一個整流序列的轉(zhuǎn)子位置譯碼器、提供傳感器電源的溫度補(bǔ)償參考電壓、頻率可編程的鋸齒波振蕩器、三個集電極開路的頂部驅(qū)動器和三個適用于驅(qū)動大功率Mosfet的底部驅(qū)動器組成。MC33035包含的保護(hù)結(jié)構(gòu)有欠壓鎖定、帶可選時間延遲鎖存關(guān)斷模式的逐周限流、內(nèi)部熱關(guān)斷、及特有的可接入微處理器的錯誤指示。典型的電機(jī)控制功能包括開環(huán)速度、正向或反向、運行使能、及阻尼式制動。MC33035設(shè)計為控制帶傳感器的電氣角度為120°/240°或者60°/360°的無刷電機(jī)，并且還能有效地控制有刷直流電機(jī)。下圖為芯片的管腳定義：特性：10到30伏電壓可以正常工作內(nèi)有欠電壓鎖定功能可供給調(diào)速芯片MC33039和電動機(jī)傳感器所需電源6.25伏特參考電壓完全可訪問的誤差放大器，用于閉環(huán)伺服應(yīng)用大電流驅(qū)動器，可控制三相的功率管驅(qū)動橋逐周限流帶電流檢測參考引腳內(nèi)部熱關(guān)斷可選60°/120°傳感器相位具有錯誤指示信號下面就三相無刷直流電機(jī)的控制來介紹該芯片的在此設(shè)計中的主要功能：4.1.1轉(zhuǎn)子位子譯碼器：MC33035之所以能自動提供正確的相序來驅(qū)動橋式功率管，就是因為內(nèi)部特有的位置譯碼器，譯碼器從芯片的位置輸入管腳（4、5、6）得到無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號（輸入與門限典型值為2.2V的TTL點平兼容），從而在上下橋驅(qū)動管腳輸出正確的相序驅(qū)動信號，上驅(qū)動橋信號由1、2、24管腳輸出；下驅(qū)動橋信號由19、20、21管腳輸出。MC33035還可在60°/120°傳感器的電機(jī)中選擇控制（22管腳），可輸出相應(yīng)電機(jī)的相序信號。對于三個傳感器輸入，有8種可能的輸入編碼組合，其中只有6種是有效輸入編碼組合，另外兩種是無效的編碼組合，通常是由于傳感器的開路或者短路造成的。4.1.2正/反旋轉(zhuǎn)控制管腳正向/反向輸出管腳（管腳3）通過翻轉(zhuǎn)定子繞組上的電壓用來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，當(dāng)輸入狀態(tài)被改變，一個指定的傳感器輸入編碼從高電平變?yōu)榈碗娖剑哂邢嗤帜笜?biāo)示的可用頂部和底部驅(qū)動輸出相互交換（AT變AB，BT變BB，CT變CB）。實際上，整流時序被反向，電機(jī)就改變轉(zhuǎn)動方向。該管腳通過給其輸入低電平或高電平來切換電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。4.1.3制動管腳MC33035的第23管腳是阻尼式控制電機(jī)工作與否的管腳，為控制電機(jī)提供了安全保證。當(dāng)制動管腳23腳接入高電平時，頂部驅(qū)動輸出全部關(guān)斷，底部驅(qū)動全部接通，電機(jī)短接產(chǎn)生電動勢（EMF）。4.1.4誤差放大器該芯片內(nèi)設(shè)有高性能，全補(bǔ)償?shù)恼`差放大器。在閉環(huán)速度控制時，該放大器的直流電壓增益為80dB，增益帶寬為0．6MHz，輸入共模電壓范圍從地到VREf(典型值為6．25V)，可得到良好性能。作開環(huán)速度控制時，可將此放大器改接成增益為l的電壓跟隨器，即速度設(shè)定電壓從其同相輸入端腳ll輸入。4.1.5脈寬調(diào)制器除非由于過電流或故障狀態(tài)使6個驅(qū)動輸出調(diào)閉鎖，在正常情況下，誤差放大器輸出與振蕩器輸出鋸齒波信號比較后，產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)信號，控制3個下側(cè)驅(qū)動輸出。改變輸出脈沖寬度，相當(dāng)于改變供給電動機(jī)繞組的平均電壓，從而控制其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。4.1.6電流限制外接逆變橋經(jīng)一電阻RS接地作電流采樣。采樣電壓由腳9和腳15輸入至電流檢測比較器。比較器反相輸入端設(shè)置有100mV基準(zhǔn)電壓，作為電流限流基準(zhǔn)。在振蕩器鋸齒波上升時間內(nèi)，若電流過大，此比較器翻轉(zhuǎn)，使下Rs觸發(fā)器重置，將驅(qū)動輸出關(guān)閉，以限制電流繼續(xù)增大。在鋸齒波下降時間，重新將觸發(fā)器置位，使驅(qū)動輸出開通。利用這樣的逐個周期電流比較，實現(xiàn)了限流，若允許最大電流為Imax，則采樣電阻按下式選擇：Rs＝0．1/Imax為了避免由換相尖峰脈沖引起電流檢測誤動作，在腳9輸入前可設(shè)置RC低通濾波器。4.2MC33039MC33039是高性能閉環(huán)速度控制適配器，專門設(shè)計為用于無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)允許精確的速度調(diào)整而不需要磁性或光學(xué)速度計。該器件包含三個輸入緩沖器，每個都為噪聲抑制而帶有滯后；三個數(shù)字邊沿檢測器、一個可編程單穩(wěn)態(tài)和一個內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器。還包含一個用于需要傳感器相位轉(zhuǎn)換的反相器輸出。盡管該器件最初為與MC33035無刷電機(jī)控制器同用，但它也能低成本用于許多其他閉環(huán)速度控制應(yīng)用中。MC33039是為無刷直流電動機(jī)閉環(huán)速度控制專門設(shè)計的集成電路，系統(tǒng)不必使用高價的電磁式或光電測速機(jī)，就可實現(xiàn)精確調(diào)速控制。它直接利用三相無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器3個輸出信號，經(jīng)F／V變換成正比于電動機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓。從MC33039結(jié)構(gòu)圖可知，腳1、2、3接收位置傳感器3個信號，經(jīng)有滯后的緩沖電路，以抑制輸入噪聲。經(jīng)“或”運算得到相當(dāng)于電動機(jī)每對極下6個脈沖的信號。再經(jīng)有外接定時元件CT和RT的單穩(wěn)態(tài)電路，從腳5輸出的fout信號的占空比與電動機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，其直流分量與轉(zhuǎn)速成正比，此信號在外接低通濾波器處理后，即可得到與轉(zhuǎn)速成正比的測速電壓。三相電動機(jī)中應(yīng)用時的波形圖中，fout是腳5輸出，Vout(AVG)表示它的平均值，即直流分量。下圖為MC33039在調(diào)速控制中對應(yīng)的脈沖波形輸入輸出：4.3無刷電機(jī)驅(qū)動模塊的硬件設(shè)計4.4無刷電機(jī)接線口5主控模塊5.1單片機(jī)的原理與應(yīng)用單片微型計算機(jī)（Single-chipMicrocomputer）簡稱單片機(jī)。它在一塊芯片內(nèi)集成了計算機(jī)的組成單元，包括中央處理單元（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、定時器/計數(shù)器以及I/O等主要計算機(jī)部件，它們是通過片內(nèi)總線連接起來的。雖然單片機(jī)只是一個芯片，但它具有微機(jī)系統(tǒng)的組成和功能特征。單片機(jī)經(jīng)歷了4位單片機(jī)、8位抵擋單片機(jī)、8位高檔單片機(jī)、16位單片機(jī)等階段，現(xiàn)在正向高性能、高速度、高集成度、大容量、多功能、低功耗、加強(qiáng)I/O能力及結(jié)構(gòu)兼容的32位和雙CPU方向發(fā)展。就單片機(jī)的工作方式而言，主要有：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、低功耗方式和在線仿真四種。單片機(jī)時序是CPU在執(zhí)行指令時控制信號的時間順序。CPU本身是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，時序電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序在時鐘脈沖的推動下進(jìn)行工作。則需要提供以下外圍電路：復(fù)位電路（圖5-1），振蕩器與時鐘電路（圖5-2）。圖5-1圖5-2單片機(jī)I/O端口，或稱為I/O通道或I/O通路。I/O端口是單片機(jī)與外圍器件或外部設(shè)備實現(xiàn)控制和信息交換的橋梁。AT89C52單片機(jī)有4個雙向8位I/O端口P0~P3，共32根I/O引線。每個雙向I/O端口都包含了一個鎖存器，即專用寄存器P0~P3，一個輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。在單片機(jī)測量控制系統(tǒng)中，常需要有實時時鐘和計數(shù)器，以實現(xiàn)計時（或延時）控制及對外界時間進(jìn)行計數(shù)。AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有三個16位的計時器/計數(shù)器T0、T1、T2。還有6個中斷源：2個外部輸入中斷源INTO(P3.2)和INT1(P3.3)；3個內(nèi)部中斷源T0、T1、T2的溢出中斷源TF0(TCON.5)、TF1(TCON.7)、TF2(T2CON.7)；1個串行端口發(fā)送和接收中斷源TI(SCON.1)和RI(SCON.0)。其中計時中斷由內(nèi)部計時器計數(shù)產(chǎn)生計數(shù)溢出時所引起的中斷，屬于內(nèi)部中斷。當(dāng)計時器計數(shù)溢出時，表明即使時間到或計數(shù)值已滿，此時TCON中的TF0/TF1或T2CON的TF2置位，向CPU申請中斷。計時器的計時時間或計數(shù)值由用戶通過程序設(shè)定。5.2主控系統(tǒng)的硬件設(shè)計5.2.1最小系統(tǒng)圖5-35.2.2手控模塊正/反轉(zhuǎn)控制與制動控制分別由MC33035的第3管腳和第23管腳控制，高電平和低電平的切換可以方便的實現(xiàn)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)動，以及啟動和停止。利用撥動開關(guān)對無刷電機(jī)的驅(qū)動模塊進(jìn)行正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，啟動或停止的控制。原理圖如5-4所示：圖5-45.2.3顯示模塊6軟件模塊這個設(shè)計中所需要的程序設(shè)計比較簡單，主要是利用單片機(jī)的中斷功能，以及定時器/計數(shù)器的功能，在設(shè)定單位時間1S內(nèi)計算來自電機(jī)位置傳感器脈沖信號的脈沖數(shù)，每一秒鐘通過定時器0產(chǎn)生中斷，并將所計算的脈沖數(shù)值計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。傳感器脈沖的計算來自計數(shù)器1的中斷，每當(dāng)遇到負(fù)跳變則計數(shù)加1，并存于n（寄存器）中，在優(yōu)先權(quán)優(yōu)于計數(shù)器1的定時器0中斷時將寄存器內(nèi)的累加脈沖數(shù)按公式V=n*60/4（r/min）計算出實際機(jī)械轉(zhuǎn)速，并將該值經(jīng)由顯示程序顯示出來，同時計數(shù)器1清零，并再次累計，直至下一個定時器0的中斷產(chǎn)生。程序流程圖NNY開始計時器溢出？計時器清0；temp=n*60/4（轉(zhuǎn)速送往顯示器端口）；n=0；YN開始外部中斷有負(fù)跳變？n+1（脈沖計數(shù)）中斷執(zhí)行程序脈沖計數(shù)程序中斷程序：#include<reg52.h>voidxuanshi();inttemp,n,tt;voidmain(void){TMOD=0x02;//定時器0方式2TH0=0x47;//賦T0的預(yù)置值，溢出1次是0.2毫秒鐘TL0=0x47; ET0=1;//允許定時器0中斷TR0=1;//啟動定時器0IT1=1;//外中斷1,負(fù)跳變產(chǎn)生中斷EX1=1;//允許外中斷EA=1;//打開總中斷while(1)//主程序循環(huán){xuanshi();}}voidxuanshi(){……}voidint2()interrupt2//外中斷1計數(shù){n++;}voidtimer0()interrupt1//定時器0中斷處理，中斷5000次是一秒鐘{tt++;if(tt==5000){tt=0; temp=n*60/4; n=0; }}voiddelay(unsignedinti)//延時程序,i是形式參數(shù),i為1時延時約1MS{unsignedintj;for(;i>0;i--)//變量i由實際參數(shù)傳入一個值,因此i不能賦初值for(j=0;j<125;j++);}

7硬件調(diào)試圖和結(jié)果成品相片：傳感器輸出波形：驅(qū)動橋上下驅(qū)動輸出：調(diào)速脈沖調(diào)制寬度：轉(zhuǎn)速顯示：總結(jié):在控制系統(tǒng)設(shè)計中，熟悉每一個功能的原理至關(guān)重要，無刷直流