【正文】 ）和 CHMOS 工藝。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體） 化、低功耗、小體積、 大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。 本 畢業(yè)設(shè)計(jì)論 文 參考 了大量的 數(shù) 據(jù)，借 鑒 了不少 專 家、 學(xué) 者和 單 片機(jī)愛 好者的著作、 學(xué)術(shù)論 文、交流 討論 文章和 經(jīng)驗(yàn) 心得等，在此 對(duì) 他 們 表示最誠(chéng)摯 的感 謝 ！本 論 文在 寫 作 時(shí) 同 樣 得到了指 導(dǎo) 教 師 趙秀婷 的 幫 助，在此也表示衷心的 謝 意！ 由于本人水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，其中 難 免存在 錯(cuò)誤 和不足之 處 ，還望指導(dǎo)老師批評(píng)指正。 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是在直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來(lái)的，它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一種，繼承了直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好等特點(diǎn)克服了需要換向器的缺點(diǎn)在交通工具、家用電器及中小功率工業(yè)市場(chǎng)占有重要的地位。隨著微電子技術(shù)，系統(tǒng)集成技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，一大 批新穎、獨(dú)特、高集成度、高性價(jià)比的單片機(jī)競(jìng)相問世。 本論文將介紹基于 MCS51 單片機(jī)控制直流無(wú)刷電動(dòng) 機(jī)的設(shè)計(jì)，它可以實(shí)現(xiàn)控制直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、急停、正反轉(zhuǎn)、加減速等功能。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 I 基于 MCS51 單片機(jī)控制直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 摘 要 直流無(wú)刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種， 由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。直流無(wú)刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器 )，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接 近直流電機(jī)特性的方式。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ， 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī) ， 控制系統(tǒng) II BASED ON THE MCS 51 SINGLECHIP MICROCOMPUTER CONTROL BRUSHLESS DC MOTOR ABSTRACT Brushless dc motor is a kind of synchronous motor, the motor ontology, and position sensors and electronic switch line 3 parts. The stator winding into general multiphase (threephase, four, five phase), rotor surfacemounted according to the certain by permanent extremely logarithm (system 2p = 2,4diflooronitrohenzene,...). Composition. The speed of the motor rotor rotating magic field by the speed of the motor stator and rotor polar number (P) : N = f/P j. In a fixed number of rotor stator circumstance, change the frequency of rotating magic rotor speed can be changed. Brushless dc motor is synchronous motor drive and control (electronic), a rotating magic field frequency control stator and rotor motor speed feedback to the control center, in order to achieve and correction of dc motor characteristics. Namely brushless dc motor for rated load in range when the load change still can control motor rotor maintain speed. MCS51 SCM is the Intel pany manufactures A range of MCU, is an integrated circuit chips, using the technology with large scale data processing ability of microprocessor (CPU), random access memory (RAM), read only memory (ROM), input/output interface circuit and timing calculator, serial munication, pulse width modulation circuit, A/D converters to A semiconductor silicon integrated circuits, the circuit in software under the control of the accurate, rapid and efficient program designers preordained task. This paper will introduce MCS51 singlechip microputer control design of brushless dc motor control, which can realize brushless dc motor start, stop, stop, positive amp。單片機(jī)的使用領(lǐng)域已經(jīng)深入到了智能儀表、通信設(shè)備、實(shí)時(shí)工控、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、教育等方方面面。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)不僅在電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車上有著廣泛的應(yīng)用，而且在新一代的空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器，空氣凈化器等家用電器中也有逐步采用的趨勢(shì)，尤其是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)逐漸占有原來(lái)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的領(lǐng)域，這就使得直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 3 第 1 章 單片機(jī)概述 單片機(jī) 概述 單片機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問世以來(lái)，作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，得到了快速的發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。 低功耗化 單片機(jī)的功耗已從 Ma 級(jí)，甚至 1uA 以下；使用電壓在3~6V 之間，完全適應(yīng)電池工作。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá) 1~2V。但在需要復(fù)雜控制的場(chǎng)合， 該存儲(chǔ)容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。采用精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。隨著集成度的不斷提高，有可能把眾 多的各種 外 圍功能器件集成在片內(nèi)。特別是 IC、 SPI 等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的 引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)化及規(guī)范化。 （ 3）控制功能強(qiáng) 單片機(jī)指令系統(tǒng)、硬件資源豐富，能充分滿足工業(yè)控制的各種要求。 （ 1）工業(yè)自動(dòng)化 如工廠流水線的智能化管理、電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)。 （ 5）通信領(lǐng)域 單片機(jī)普遍具有通信接口，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的智能控制，從手機(jī)、電話機(jī)、小型程控交換機(jī)再到日常生活中的集群移動(dòng)通信、限線對(duì)講機(jī)等。加上單片機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合廣泛，銷售量大，廠商間委托加工與技術(shù)轉(zhuǎn)讓頻繁，大量技術(shù)資料外瀉，使得利用該類芯片的設(shè)計(jì)漏 洞和廠商的測(cè)試接口，并通過修改熔絲保護(hù)位等侵入型攻擊或非侵入型攻擊手段來(lái)讀取單片機(jī)的內(nèi)部程序變得比較容易。 MCS51 系列單片機(jī)芯片有許多種，但是它們的 基本組成和基本性能是相同的。單片機(jī) CPU 運(yùn)算器內(nèi)部包含一個(gè)專門 進(jìn)行位數(shù) 8 據(jù)操作的布爾處理機(jī)，增加了面向控制的處理能力，可以進(jìn)行位尋址等功能。用于 CPU 對(duì)片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視等。 （ 7） 中斷系統(tǒng) 有 5 個(gè)中斷系統(tǒng)， 2 個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)的 中斷系統(tǒng)，用于外部中斷申請(qǐng)，串行口中斷申請(qǐng)和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中斷申請(qǐng)。 MCS51 單片機(jī)的引腳及其功能描述 MCS51 系列單片機(jī)芯 片的引腳均為 40 只引腳，制造工藝為 HMOS 9 （高密度溝道 MOS 工藝），采用雙列直插（ DIP）封裝形式， 4 個(gè)并行 I/O口（ P0～ P1）共有 32 根引腳，可分別用作地址線，數(shù)據(jù)線和 I/O 線。 P1 口： ～ P1 口 8 位雙向口線（在引腳的 1～ 8 號(hào)端子） ，是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，是一個(gè)通用單一功能的 I/O 端口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 PSEN ：為外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，低電平有效。 pdV 為此引腳的第二功能，即備用電源輸入端。 圖 22 所示為 MCS51 系列單片機(jī)雙列直插引腳圖 。 一般在 ccV 和 ssV 之間接有高頻和低頻濾波電容。 （ 1） 復(fù)位方式：復(fù)位是單片機(jī)進(jìn)入狀態(tài)的初始化操作，是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 MCS51 系列單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位方式有：上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位。連續(xù)執(zhí)行方式是所有單片機(jī)都需要的一種基本工作方式，用戶編寫好的被執(zhí)行程序放在片內(nèi)或片外 ROM 中；單步運(yùn)行方式是用戶調(diào)試程序的一種工作方式，在單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)上有一個(gè)專用的單步執(zhí)行按鍵，每按下一次，單片機(jī)就順序執(zhí)行一條指令（僅僅執(zhí)行一條），單片機(jī)的單步運(yùn)行方式通常只在用戶調(diào)試程序時(shí)使用，用于觀察每條指令的執(zhí)行情況。 表 21 PCON 寄存器的位定義 位序 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SMOD —— —— —— —— GF1 GF0 IDL SMOD：串行口波特率倍率控制位，用于串行口通信； GF GF0：通用標(biāo)志位； PD：掉電方式控制位， PD=1 進(jìn)入掉電工作方式； IDL：空閑方式控制位， IDL=1 進(jìn)入空閑工作方式。應(yīng)當(dāng)注意的是 EA/ ppV 上編程電壓 不能大于 ，因此要求該電壓非常穩(wěn)定。對(duì)于片內(nèi)無(wú) ROM/或者 EPROM 的 8031 芯片來(lái)說，其做小應(yīng)用系統(tǒng)除了外部配置時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)在片外擴(kuò)展 EPROM 作為程序存儲(chǔ)器用 。 MCS51 單片機(jī)的指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)概述 一個(gè)單片機(jī)所需執(zhí)行指令的集合即為單片機(jī)的指令系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)的指令一般是采用匯編語(yǔ)言指令來(lái)表示。 PUSH 把 SP 寄存器加 1，然后從第二操作數(shù)傳送一個(gè)字節(jié)到當(dāng)前 SP尋址的堆棧單元中。 MOVX 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 A 累加器之間傳送一個(gè)字節(jié)。 MCS51 系列單片機(jī)的 指令系統(tǒng)的特點(diǎn)是除了加、減法外，還有乘法和除法功能，因而加快了運(yùn)算速度，增強(qiáng)了運(yùn)算功能，減少了編程工作量。 ADDC （帶進(jìn)位加） 執(zhí)行 A 累加器和第二操作數(shù)之間的加法，若以前 C 標(biāo)志置 位則加 1，把結(jié)果送到 A 累加器中。 （ 2） 減 法 （兩種） SUBB （連借位減） 執(zhí)行從第一操作數(shù)（累加器）中間去第二操作數(shù)， 如果 C 標(biāo)志位置位則再減 1，把結(jié)果回送到 A 寄存器。如果乘積的高位字節(jié)為 0 則 0V 清零，若非 0 則 0V 置位。 C 清 0， AC 保持不變。 CPL 把 A 累加器中的操作數(shù)取反，并把結(jié)果回送到 A 累加器中，不影響標(biāo)志位；或者將 C 進(jìn)位標(biāo)志或任何直接尋址位取反。 ACALL 絕對(duì)調(diào)用指令、無(wú)條件地調(diào)用指定地址的子程序。所調(diào)用的子程序可以從全部 64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器地址空間的任何地方開始。 AJMP 和 LJMP 操作類似于 ACALL和 LCALL。這樣轉(zhuǎn)移的實(shí)際目的可以是程序儲(chǔ)存空間中的任何單元。 J C 如果僅為標(biāo)志 Cy 為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移。 JBC 如果直接尋址位為 1，則執(zhí)行轉(zhuǎn)移，然后直接尋址為清 0。 4. 中斷操作指令 通過內(nèi)部或外部終端方法可執(zhí)行程序的轉(zhuǎn)移。 單片機(jī)在進(jìn)行 實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界交換信息。 18 第 3 章 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量 的 轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過了幾十年的努力，直至上世紀(jì) 60 年代初終于實(shí)現(xiàn)了這一愿望。 直流無(wú)刷 電動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)結(jié)。此處采用光電器件作為位置傳感器，以三只功率晶體管 V V2 和 V3 構(gòu)成功率邏輯單元。 圖 33 開關(guān)順序及定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)示意圖 隨著位 置傳感器轉(zhuǎn)子扇形片的轉(zhuǎn)動(dòng)，定子繞組在位置傳感器 VPVP VP3 的控制下，便一相一相地依次饋電，實(shí)現(xiàn)了各相繞組電流的換相。位置傳感器種類較多，且各具特點(diǎn)。定子一般有六個(gè)極，它們之間的間隔分別為 60 度，其中三個(gè)極上繞一次繞組，并相互串聯(lián)后通以高頻電源，另外三個(gè)極分別繞上二次繞組 WA 、 WB、WC。一次繞組所產(chǎn)生的高頻磁通通過跟蹤轉(zhuǎn)子上的 到此材料耦合到二次繞組上，故在二次繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而 21 另外兩相二次繞