基于單片機的電動車直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 只有 128個可存放讀寫的數(shù)據(jù)運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM 用于存放用戶程序原始數(shù)據(jù)或表格 8051 有兩個 16 位的可編程定時計數(shù)器以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向并行輸入輸出 IO 口 8051 共有 4組 8 位 IO 口 P0 P1P2 或 P3 用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸全雙工串行口中斷系統(tǒng) 8051 具備較完善的中斷功能有兩個外中斷兩個定 時計數(shù)器中斷和一個串行中斷可滿足不同的控制要求并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇時鐘電路 8051 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序但 8051 單片機需外置振蕩電容 8051 的引腳說明 圖 41 8051 引腳圖 Pin20 接地腳 Pin40 正電源腳正常工作或?qū)ζ瑑?nèi) EPROM 寫程序時接 5V 電源Pin19 時鐘 XTAL1 腳片內(nèi)振蕩電路的輸入端 Pin18 時鐘 XTAL2 腳片內(nèi)振蕩電路的輸出端輸入輸出 IO 引腳 Pin39Pin32 為 P00P07 輸入輸出腳 Pin1Pin1 為P10P17輸入輸出腳 Pin21Pin28為 P20P27輸入輸出腳 Pin10Pin17為 P30P37輸入輸出腳這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內(nèi)容闡述 Pin9RESETVpd 復位信號復用腳當 8051通電時鐘電路開始工作在 RESET引腳上出現(xiàn) 24個時鐘周期以上的高電平系統(tǒng)即初始復位初始化后程序計數(shù)器 PC指向 0000HP0P3輸出口全部為高電平堆棧指鐘寫入 07H 其它專用寄存器被清 0RESET 由高電平下降為低電平后系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序然而初始復位不改變 RAM 包括工作寄存器R0R7 的狀態(tài) 8051 的初始態(tài)如表特殊功能 寄存器 初始態(tài) 特 殊 功能 寄存 器 初始態(tài) ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB Pin30 ALE 當訪問外部程序器時 ALE 地址鎖存 的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)而訪問內(nèi)部程序存儲器 時 ALE 端將有一個 16 時鐘頻率的正脈沖信號這個信號可以用于識別單片機是否工作也可以當作一個時鐘向外輸出更有一個特點當訪問外部程序存儲器 ALE 會跳過一個脈沖如果單片機是 EPROM在編程其間將用于輸入編程脈沖 Pin29當訪問外部程序存儲器時此腳輸出負脈沖選通信號 PC的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0和 P2口上外部程序存儲器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0口上 CPU讀入并執(zhí)行 Pin31EAVpp程序存儲器的內(nèi)外部選通線 8051 和 8751 單片機內(nèi)置有 4kB 的程序存儲器當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB時讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)而 超過 4kB地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)如 EA 為低電平則不管地址大小一律讀取外部程序存儲器指令 圖 42 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)由上圖可知 ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)一個地址鎖存與譯碼器一個 AD 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成多路開關(guān)可選通8 個模擬通道允許 8 路模擬量分時輸入共用 AD 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 AD轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量當 OE端為高電平時才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)引腳結(jié)構(gòu) 圖 43 ADC0809 引腳結(jié)構(gòu)圖 IN0－ IN78 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求信號單極性電壓范圍是 0－ 5V 若信號太小必須進行放大輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變?nèi)缛裟M量變化太快則需在輸入前增加采樣保持電路地址輸入和控制線 4 條 ALE為地址鎖存允許輸入線高電平有效當 ALE線為高電平時地址鎖存與譯碼器將ABC 三條地址線的地址信號進行鎖存經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 AB和 C為地址輸入線用于選通 IN0－ IN7上的一路模擬量輸入通道選擇表如表數(shù)字量輸出及控制線 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號當 ST 上跳沿時所有內(nèi)部寄存器清零下跳沿時開始進行 AD轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換期間 ST應(yīng)保持低電平 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號當 EOC為高電平時表明轉(zhuǎn)換結(jié)束否則表明正在進行 AD轉(zhuǎn)換 OE為輸出允許信號用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù) OE＝ 1 輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù) OE＝ 0 輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài) D7－ D0 為數(shù)字量輸出線 CLK 為時鐘輸入信號線因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路所需時鐘信號必須由外界提供通常使用頻率為 500KHZVREF＋ VREF－為參考電壓輸入刷直流電動機的結(jié)構(gòu)特點無刷直流電動機 BLDCM 由電動機本體和驅(qū)動器構(gòu)成是一種典型的機電一體化產(chǎn)品定子繞組做成三相對稱星行接法同三相異步電動機十分相似電動機轉(zhuǎn)子由釹鐵硼永 磁材料構(gòu)成在定轉(zhuǎn)子形成的氣隙中產(chǎn)生 NS 級相間的方波磁場所以也把這種電動機稱為方波電動機為了使電動機繞組準確換向在電動機內(nèi)裝有位置傳感器作為轉(zhuǎn)子極性的位置信號驅(qū)動器組成 作為控制中樞的單片子作為電子換向的由 IGBT或 MOSFET 構(gòu)成的逆變橋作為電壓型交一直一交主電路的整流濾波單位作為人機接口的鍵盤和數(shù)字顯示單位作為控制驅(qū)動電源的開關(guān)電源無刷直流電動機的主要特點無刷直流電動機效率高功率因子高啟動轉(zhuǎn)矩大啟動電流小電動機出力高適應(yīng)性強無刷直流電動機是一種自控式調(diào)速系統(tǒng)它無需像普通同步電動機那樣需要啟動繞組在負載突 變時不會產(chǎn)生振蕩和失步無刷直流電動機具有直流電動機特性交流異步電動機的結(jié)構(gòu)無 刷直流電動機適合長期低速運轉(zhuǎn)頻繁啟動的場合這是變頻調(diào)速器拖動 Y 系列電動機不可能實現(xiàn)的無刷直流電動機由電動機主體和驅(qū)動器組成是一種典型的機電一體化產(chǎn)品電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法同三相異步電動機十分相似電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性在電動機內(nèi)裝有位置傳感器驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成其功能是接受電動機的啟動停止制動信號以控制電動機的啟動停止和制動接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號用來控制逆變橋各功率管的通斷產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩接受速度指令和速度反饋信號用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速提供保護 和顯示等等無刷直流電動機的原理簡圖如圖 圖 44 無刷直流電動機的原理圖 主電路是一個典型的電壓型交 直 交電路逆變器提供等幅等頻 526KHZ 調(diào)制波的對稱交變矩形波永磁體 NS 交替交換使位置傳感器產(chǎn)生相位差 120176。的UVW 方波結(jié)合正反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號 101100110010011001 通過邏輯組建處理產(chǎn)生 T1T4導通 T1T6導通 T3T6導通 T3T2導通 T5T2導通 T5T4導通也就是說將直流母線電壓依次加在 ABACBCBACACB上這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對 NS極 T1T6功率管 即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導通每種狀態(tài)下僅有兩相繞組通電依次改變一種狀態(tài)定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動 60176。電度角轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于 60176。電度角空間位置轉(zhuǎn)子在新位置上使位置傳感器 UVW 按約定產(chǎn)生一組新編碼新的編碼又改變了功率管的導通組合使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進 60176。電度角如此循環(huán)無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)正因為無刷直流電動機的換向是自身產(chǎn)生的而不是由逆變器強制換向的所以也稱作自控式同步電動機由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直在鐵芯不飽和的情況下產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電 流成正比這正是他勵直流電動機的電流 轉(zhuǎn)矩特性電動機的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流 TM Ktlav NM 電動機兩相組反電勢的差比于電動機的角速度 ELL Keω V 所以電動機繞組中的平均電流為 Iav VmELL 2Ra A 其中