【文章內容簡介】 電路只 用一個三極管控制電路的通斷 ， 用四個繼電器控制電流流向 ， 從而控制電機的轉向。這樣無論如何 ， 都不會出現因編程原因而造成電源短路的情況。 由于采用單片機控制電機 ， 如果單片機的電源采用與電機同一電源 ， 雖然經過穩(wěn)壓、濾波 ， 但單片機仍然容易受到電機以及繼電器的干擾。為了避免干擾 ， 采用光電隔離 ， 單片機和電機采用兩套電源 ， 4N26 光耦一般需要 2mA 以上的驅動電流 ， 由于單片機的輸出電流只有幾百毫安 ， 故需要先接 74LS245 或者接一個三極管增加驅動能力（ 74LS245 的高電平驅動能力為 15mA）。光耦的輸出再接給達林頓管 ， 考慮 到電機的短路電流有 2A，故選用 TIP132 型號的達林頓管（允許通過的最大瞬時 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 10 N P N9 0 3 1A+24V1 4 0 W2 m A2 m AK2ONK3O F FK40NK11k24vO F F+61K1KT IP 1 2 3 圖 電源電路 電流 為 8A）。另外 ， 在達林頓管的 C 極和電源的正極之間接一個耐流為 2A 的二極管 ，這樣在關斷電源后 ， 使繼電器反相 ， 可以讓電機放電 ， 這樣停時車不至于因為慣性滑行太遠而浪費能源。因此 ， 切斷電源后要將電動車停下來而采取的無謂制動不能將電能回饋給蓄電池。 考慮到電動自行車對電機轉速距離控制要求不高 ， 為了簡化程序和外接電路 ， 所以沒有考慮采用閉環(huán) PWM 控制 ， 用開環(huán) PWM 控制和就可以實現自行車的功能。 圖 脈沖信號波形圖 工作時 Ta 為高電平 ， 通過光耦驅動復合管 T 導通 ， 此時 Tb 為高電平通過光耦使三極管導通 ， 繼電器各線圈被短路。 K K2 為常閉觸點 ， 所以電動機加正向電壓。當 Tb 為低電平電壓時所有繼電器得電 ， 常開觸點閉合常閉觸點斷開 ， K K3 斷開K K4 導通。電動機加反向電壓。如果保證 TaTb 則電動機正轉。通過改變 Ta、Tb 的占空比即可改變轉速。 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 11 4 主 要器件 性能及原理 8051 單片機內部結構 8051 是 MCS51 系列單片機的典型產品 ， 我們以這一代表性的機型進行系 統(tǒng)的講解。 8051 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數據存儲器 (RAM)、定時 /計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線 ， 現在我們分別加以說明： (1) 中央處理器 (CPU) 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件 ， 是 8 位數據寬度的處理器 ， 能處理8 位二進制數據或代碼 ， CPU 負責控制、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作 ， 完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 (2) 數據存儲器（ RAM） 8051 內部有 128 個 8 位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存器單元 ， 它們是統(tǒng)一編址的 ， 專用寄存器只能用于存放控制指令數據 ， 用戶只能訪問 ， 而不能用于存放用戶數據 ， 所以 ， 用戶能使用的的 RAM 只有 128 個 ， 可存放讀寫的數據 ， 運算的中間結果或用戶定義的字型表 (3) 程序存存儲器（ ROM） 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM， 用于存放用戶程序 ， 原始數據或表格 。 (4) 定時 /計數器（ ROM） 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數器 ， 以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。 (5) 并行輸入輸出 (I/O)口 8051 共有 4組 8位 I/O 口 (P0、 P P2或 P3)， 用于對外部數據的傳輸。 (6) 全雙工串行口 (7) 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 (8) 時鐘電路 8051 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路 ， 用于產生整個單片機運行的脈沖時序 ， 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 12 但 8051 單片機需外置振蕩電容。 8051 的引腳說明 ： 8051 引腳如圖 所示： 圖 8051引腳圖 Pin20:接地腳。 Pin40:正電源腳 ， 正常工作或對片內 EPROM 讀 寫程序時 ， 接 +5V 電源。 Pin19:時鐘 XTAL1 腳 ， 片內振蕩電路的輸入端。 Pin18:時鐘 XTAL2 腳 ， 片 內振蕩電路的輸出端。 輸入輸出 (I/O)引腳： Pin39Pin32 為 輸入輸出腳 ， Pin1Pin1 為 輸入輸出腳 ，Pin21Pin28 為 輸入輸出腳 ， Pin10Pin17 為 輸入輸出腳 ， 這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內容闡述。 Pin9:RESET/Vpd 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 24 個時鐘周期以上的高電平 ， 系統(tǒng)即初始復位。初始化后 ， 程序計數器PC 指向 0000H， P0P3 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 “0” 。 RESET 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 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 13 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 所示 : 表 8051初始狀態(tài) 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)。而訪問內部程序存儲器時 ， ALE 端將有一個 1/6 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 位地址數據將出現在 P0 和 P2 口上 ， 外部程序存儲器則把指令數據放到 P0 口上 ， CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線 ， 8051 和 8751 單片機 ， 內置有 4kB 的程序存儲器 ， 當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時 ， 讀取內部程序存儲器指令數據 ， 而超過 4kB 地址則讀取外部指令數據。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。 A/ D 轉換芯片 （ 1）內部結構 ADC0809 芯片是最常用的 8 位模數轉 換器。它的模數轉換原理采用逐次逼近型 ，芯片由單個 +5V 電源供電 ， 可以分時對 8 路輸入模擬量進行 A/D 轉換 ， 典型的 A/D轉換時間為 100 微秒左右。在同類產品中 ， ADC0809 模數轉換器的分辨率、轉換速度和價位都居首位。 ADC0809 的內部邏輯結構 ， 如圖 ： 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 14 圖 ADC0809 的內部邏輯結構 由上圖可知 ， ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道 ， 允許 8 路模擬量分時輸入 ， 共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數字量 ，當 OE 端為高電平時 ， 才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。 （ 2） 引腳結構 圖 ADC0809 引腳結構圖 IN0－ IN7： 8 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；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變 ， 如若模擬量 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 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存 ， 經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 A， B 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 所示 ： 表 通道選擇表 C B A 選擇的通道 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 15 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 1 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時 ， 所有內部寄存器清零；下跳沿時 ， 開始進行 A/D 轉換；在轉換期間 ， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC 為高電平時 ， 表明轉換結束；否則 ， 表明正在進行 A/D 轉換。 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換得到的數據。 OE＝ 1， 輸出轉換得到的數據；OE＝ 0， 輸出數據線 呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內部沒有時鐘電路 ， 所需時鐘信號 必須由外界提供 ， 通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋） ， VREF（－）為參考電壓輸入。 永磁無刷直流電動機 1．無 刷直流電動機的結構特點 無刷直流電動機（ BLDCM）由電動機本體和驅動器構成 ， 是一種典型的機電一體化產品。 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。電動機轉子由釹鐵硼永磁材料構成。在定轉子形成的氣隙中產生 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 ， 在電動機內裝有位置傳感器 ， 作為轉子極性的位置信號 。 驅動器組成： 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字顯示單位；作為控制、驅動電源的開關電源。 2． 無刷直流電動機的主要特點 無刷直流電動機 有 效率高 ； 功率因子高 ； 啟動轉矩大 ， 啟動電流小 ； 電動機出力高 ； 適應性強 等特點。此外 ， 無刷直流電動機是一種自控式調速系統(tǒng) ， 它無需像普 通 西安工業(yè)大學繼續(xù)教育學院（設計）論文 16 同步電動機那樣需要啟動繞組；在負載突變時 ， 不會產生振蕩和失步 ； 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構 ； 無刷 直流電動機適合長期低速運轉、頻繁 啟動的場合 ， 這是變頻調速器拖動 Y 系列電動機不可能實現的。 3． 永磁無刷直流電動機的基本工作原理 無刷直流電動機由電動機主體和驅動器組成 ， 是一種典型的機電一體化產品。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。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體 ， 為了檢測電動機轉子的極性 ， 在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成 ， 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信號 ， 用來控制逆變橋各功率管的通斷 ， 產生連續(xù)轉矩；接受 速度指令和速度反饋信號 ， 用來控 制和調整轉速；提供保護和顯示等等。無刷直流電動機的原理簡圖如圖 所示： 圖 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 ， 使位置傳感器產生相位差 120176。的 U、V、 W 方波 ， 結合正 /反轉信號產生有 效的六狀態(tài)編碼信號： 10 100、 1 001 001， 通過邏輯組建處理產生 T1T4 導通、 T1T6 導通、 T3T6 導通、 T3T2導通、 T5T2 導通、 T5T4 導通