无刷直流电动机的单片机控制.doc
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无刷直流电动机的单片机控制,[摘要] 直流无刷电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机。具有许多其它电机所不具备的优点，它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中的重要的机电元件之一，所以对直流无刷电动机控制方法的研究是很重要的。以c8051f330为例介绍了c8051f单片机在无刷直流电机转速控制中的应用、实现方法、硬...
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此文档由会员 jackeycyt 发布
[摘要] 直流无刷电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机。具有许多其它电机所不具备的优点，它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中的重要的机电元件之一，所以对直流无刷电动机控制方法的研究是很重要的。
以C8051F330为例介绍了C8051F单片机在无刷直流电机转速控制中的应用、实现方法、硬件结构及软件结构等。
在学习直流无刷电动机的工作原理和控制方案后对各种控制方案进行了对比分析，根据直流无刷电动机的运行特性，最终以霍尔式三相直流无刷电动机全控电路为例，以C8051F330单片机为核心，设计了直流无刷电动机的运行控制电路控制直流无刷电动机的正常运行。
实验和分析表明，控制电路基本上达到了课题设计的目的和要求，能安全地控制直流无刷电动机的正常运行。
本设计所做的控制电路在满足设计条件的情况下能够独立运行，也可以扩展后实现更为复杂、精确的控制，以满足更高性能的要求。
[关键词] 直流无刷电动机；换相；C8051F330单片机；转速控制
目录
0 引言-------------------------------------------------------------------1
0.1 概述---------------------------------------------------------------1
0.2 目前现状-----------------------------------------------------------2
0.3 课题的设计要求和目的-----------------------------------------------2
0.4 设计工作的主要内容-------------------------------------------------2
1 直流无刷电动机控制系统的概述-------------------------------------------4
1.1 基本结构-----------------------------------------------------------4
1.1.1 直流无刷电动机的绕组联结方式---------------------------------4
1.1.2 三相星形联结全桥驱动方式-------------------------------------5
1.2 控制结构-----------------------------------------------------------6
1.2.1 直流无刷电机的控制结构---------------------------------------6
1.2.2 直流无刷电动机的控制原理-------------------------------------7
1.3 PWM调速原理-------------------------------------------------------9
1.4 P.I.D简要介绍---------------------------------------------------11
2.4.1 P.I.D控制的原理和特点--------------------------------------11
2 系统硬件设计----------------------------------------------------------13
2.1 硬件电路基本设计思想----------------------------------------------13
2.1.1 换相控制----------------------------------------------------13
2.1.2 转速控制----------------------------------------------------14
2.1.3 转向控制----------------------------------------------------14
2.1.4 启动限流控制------------------------------------------------15
2.2 C8051F330单片机系统概述[1]----------------------------------------15
2.2.1 片内存储器--------------------------------------------------15
2.2.2 片内调试电路------------------------------------------------16
2.2.3可编程数字I/O和交叉开关-------------------------------------16
2.2.4 串行端口----------------------------------------------------16
2.2.5 可编程计数器阵列--------------------------------------------17
2.2.6 10位模/数转换器---------------------------------------------17
2.2.7 比较器------------------------------------------------------17
2.2.8 10位电流输出DAC--------------------------------------------18
2.3 引脚及封装定义----------------------------------------------------18
2.4 sn7407n（集电极开路六正相高压驱动器）-----------------------------20
2.4.1管脚图-------------------------------------------------------20
2.4.2 sn7407n主要功能及其列表------------------------------------20
2.5 HD7409------------------------------------------------------------20
2.5.1 HD7409引脚图------------------------------------------------20
2.5.2 HD7409功能表------------------------------------------------21
2.6 LM324-------------------------------------------------------------21
2.7 MOSFET基本结构及原理（以N沟道MOSFET为例）-----------------------21
2.7.1 基本结构----------------------------------------------------21
2.7.2 功率MOSFET的工作原理---------------------------------------22
2.7.3绝缘栅型场效应管的特性曲线(以N沟道增强型MOS场效应管) -------22
2.7.4 本设计所用MOSFET管------------------------------------------23
3 系统软件设计----------------------------------------------------------24
3.1 设计思想----------------------------------------------------------24
3.2 直流无刷电动机正反转设计------------------------------------------24
3.3 程序流程图--------------------------------------------------------25
3.3.1软件设计的主程序流程图---------------------------------------25
3.3.2 换相程序流程图：---------------------------------------------26
3.3.3 定时器0中断服务程序-----------------------------------------26
结论---------------------------------------------------------------------27
致谢---------------------------------------------------------------------28
参考文献-----------------------------------------------------------------29
附录---------------------------------------------------------------------31
附录一 原理图---------------------------------------------31
附录二 程序---------------------------------------------------------32
附录三 英文原文------------------------------------------------------43
附录四 中文译文------------------------------------------------------51
参考文献
[1] 潘琢金.C8051F330/1混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[J],沈阳航空工业学院，2003，11～17
[2] 路如旃，张继伟，方千山等.无刷直流电动机的控制系统设计[J]，福建工程学院学报，2006
[3] 杜晓芸，林瑞光，吴建华．无位置传感器无刷直流电机的控制策略[J]，电机与控制学报，2002．
[4] 刘丁，余志平，杨延西．基于DSP的无刷直流电机无传感器控制系统设计[J]．电机与控制学报，2002，6(1)．
[5] 羊彦，景占荣，陈文斌，杨旭．无位置传感器直流无刷电机转子位置检测新方法的研究[J]．电气传动，2004，34(2)．
[6] 刘明基，王强，邹继斌．电动势换向无刷直流电机的预定位方式起动[J]．微特电机，1999，27(2)．
[7] 谭建成主编．电机控制专用集成电路[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[8] 崔晓丽，阎治安，易萍虎．一种实用型数字化无刷直流电动机控制系统[J]．微电机。2003．
[9] 张争争，任永德，谢宝昌．基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J]．微特电机，2001，(2)．
[10] 白雷石，杨华．基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J]．电气传动自动化，2002，24(2)：12-14．
[11] 胡文华，宋平岗．基于80C196KB的无刷直流电机控制系统[J]．华东交通大学学报，2004，21(1)：64～67．
[12] 王秀芝，吴忠，许镇琳．高性能BdCM交流伺服系统发展趋势及研究现状[J]．电气自动化，1996，18(2)：4—8
[13] 王晓明.电动机的单片机控制[M]，北京航空航天大学出版社.2004
[14] 张琛.直流无刷电动机原理及应用[M]，机械工业出版社.1998
[15] 汪文 陈林.单片机原理及应用[M]，华中科技大学出版社.2002
字数统计 23，969
页数：63
以C8051F330为例介绍了C8051F单片机在无刷直流电机转速控制中的应用、实现方法、硬件结构及软件结构等。
在学习直流无刷电动机的工作原理和控制方案后对各种控制方案进行了对比分析，根据直流无刷电动机的运行特性，最终以霍尔式三相直流无刷电动机全控电路为例，以C8051F330单片机为核心，设计了直流无刷电动机的运行控制电路控制直流无刷电动机的正常运行。
实验和分析表明，控制电路基本上达到了课题设计的目的和要求，能安全地控制直流无刷电动机的正常运行。
本设计所做的控制电路在满足设计条件的情况下能够独立运行，也可以扩展后实现更为复杂、精确的控制，以满足更高性能的要求。
[关键词] 直流无刷电动机；换相；C8051F330单片机；转速控制
目录
0 引言-------------------------------------------------------------------1
0.1 概述---------------------------------------------------------------1
0.2 目前现状-----------------------------------------------------------2
0.3 课题的设计要求和目的-----------------------------------------------2
0.4 设计工作的主要内容-------------------------------------------------2
1 直流无刷电动机控制系统的概述-------------------------------------------4
1.1 基本结构-----------------------------------------------------------4
1.1.1 直流无刷电动机的绕组联结方式---------------------------------4
1.1.2 三相星形联结全桥驱动方式-------------------------------------5
1.2 控制结构-----------------------------------------------------------6
1.2.1 直流无刷电机的控制结构---------------------------------------6
1.2.2 直流无刷电动机的控制原理-------------------------------------7
1.3 PWM调速原理-------------------------------------------------------9
1.4 P.I.D简要介绍---------------------------------------------------11
2.4.1 P.I.D控制的原理和特点--------------------------------------11
2 系统硬件设计----------------------------------------------------------13
2.1 硬件电路基本设计思想----------------------------------------------13
2.1.1 换相控制----------------------------------------------------13
2.1.2 转速控制----------------------------------------------------14
2.1.3 转向控制----------------------------------------------------14
2.1.4 启动限流控制------------------------------------------------15
2.2 C8051F330单片机系统概述[1]----------------------------------------15
2.2.1 片内存储器--------------------------------------------------15
2.2.2 片内调试电路------------------------------------------------16
2.2.3可编程数字I/O和交叉开关-------------------------------------16
2.2.4 串行端口----------------------------------------------------16
2.2.5 可编程计数器阵列--------------------------------------------17
2.2.6 10位模/数转换器---------------------------------------------17
2.2.7 比较器------------------------------------------------------17
2.2.8 10位电流输出DAC--------------------------------------------18
2.3 引脚及封装定义----------------------------------------------------18
2.4 sn7407n（集电极开路六正相高压驱动器）-----------------------------20
2.4.1管脚图-------------------------------------------------------20
2.4.2 sn7407n主要功能及其列表------------------------------------20
2.5 HD7409------------------------------------------------------------20
2.5.1 HD7409引脚图------------------------------------------------20
2.5.2 HD7409功能表------------------------------------------------21
2.6 LM324-------------------------------------------------------------21
2.7 MOSFET基本结构及原理（以N沟道MOSFET为例）-----------------------21
2.7.1 基本结构----------------------------------------------------21
2.7.2 功率MOSFET的工作原理---------------------------------------22
2.7.3绝缘栅型场效应管的特性曲线(以N沟道增强型MOS场效应管) -------22
2.7.4 本设计所用MOSFET管------------------------------------------23
3 系统软件设计----------------------------------------------------------24
3.1 设计思想----------------------------------------------------------24
3.2 直流无刷电动机正反转设计------------------------------------------24
3.3 程序流程图--------------------------------------------------------25
3.3.1软件设计的主程序流程图---------------------------------------25
3.3.2 换相程序流程图：---------------------------------------------26
3.3.3 定时器0中断服务程序-----------------------------------------26
结论---------------------------------------------------------------------27
致谢---------------------------------------------------------------------28
参考文献-----------------------------------------------------------------29
附录---------------------------------------------------------------------31
附录一 原理图---------------------------------------------31
附录二 程序---------------------------------------------------------32
附录三 英文原文------------------------------------------------------43
附录四 中文译文------------------------------------------------------51
参考文献
[1] 潘琢金.C8051F330/1混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[J],沈阳航空工业学院，2003，11～17
[2] 路如旃，张继伟，方千山等.无刷直流电动机的控制系统设计[J]，福建工程学院学报，2006
[3] 杜晓芸，林瑞光，吴建华．无位置传感器无刷直流电机的控制策略[J]，电机与控制学报，2002．
[4] 刘丁，余志平，杨延西．基于DSP的无刷直流电机无传感器控制系统设计[J]．电机与控制学报，2002，6(1)．
[5] 羊彦，景占荣，陈文斌，杨旭．无位置传感器直流无刷电机转子位置检测新方法的研究[J]．电气传动，2004，34(2)．
[6] 刘明基，王强，邹继斌．电动势换向无刷直流电机的预定位方式起动[J]．微特电机，1999，27(2)．
[7] 谭建成主编．电机控制专用集成电路[M]．北京：机械工业出版社，2003．
[8] 崔晓丽，阎治安，易萍虎．一种实用型数字化无刷直流电动机控制系统[J]．微电机。2003．
[9] 张争争，任永德，谢宝昌．基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J]．微特电机，2001，(2)．
[10] 白雷石，杨华．基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J]．电气传动自动化，2002，24(2)：12-14．
[11] 胡文华，宋平岗．基于80C196KB的无刷直流电机控制系统[J]．华东交通大学学报，2004，21(1)：64～67．
[12] 王秀芝，吴忠，许镇琳．高性能BdCM交流伺服系统发展趋势及研究现状[J]．电气自动化，1996，18(2)：4—8
[13] 王晓明.电动机的单片机控制[M]，北京航空航天大学出版社.2004
[14] 张琛.直流无刷电动机原理及应用[M]，机械工业出版社.1998
[15] 汪文 陈林.单片机原理及应用[M]，华中科技大学出版社.2002
字数统计 23，969
页数：63
