【文章內(nèi)容簡介】 須與轉子磁通矢量位置保持同步（而非相反），以使電機操作順暢。要實現(xiàn)這一目的，需要了解轉子位置來確定要驅動的定 子線圈?，F(xiàn)有多種技術可實現(xiàn)這一目的，但最常用的技術是使用霍爾效應傳感器監(jiān)控轉子位置。遺憾的是，這些傳感器及其相關連接器和線束會增加系統(tǒng)成本，并降低可靠性。 為減少這些問題，已有多種技術開發(fā)出來用于消除這些傳感器，進而實現(xiàn)無傳感器操作。多數(shù)技術依靠在電機旋轉時，從定子繞線的反電動勢波形中提取位置信息。但是，依靠反電動勢傳感的技術在電機旋轉緩慢或靜止時便無用武之地，因為此時反電動勢波形很弱或根本不存在。因此，我們不斷開發(fā)新技術，以在低轉速或零轉速時從其它信號中獲取轉子位置信息。 BLDC 電機在效率額定 值方面占絕對優(yōu)勢，一般可達到 95% 左右。當前對新非晶合金材料的研究正在將這一數(shù)字推向新高。已有報道稱 100W 范圍內(nèi)效率為 96%。 BLDC 電機還在爭奪“世界最快電機”之稱，部分電機速度可達到數(shù)十萬 RPM（其中一項應用中已報道 400K RPM） 最常用的 BLDC 電機拓撲使用 3 相定子結構。因此，標準的 6 晶體管反向器是最常用的功率級，根據(jù)運行要求（含傳感器與 無傳感器、換向與 正弦、 PWM 與 SVM 等），有很多方法可驅動晶體管來達到所需目標，不勝枚舉。這對一般位于微處理器中的 PWM 發(fā)生器的靈活性提出了極高要求。 第 五 節(jié) 本章小結 本章節(jié)著重對直流電機調速整個系統(tǒng) 中運用到的控制算法以及被控對象 做簡要 的 介紹，其中包括了以下幾個部分：常用的一些算法 （ PI控制算法）， 模糊重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 9 PID 控制的原理，無刷直流電機工作的相關原理，了解他們的具體控制算法 和被控對象的原理有助于我們來實現(xiàn)讓 整個系統(tǒng)得到改善的 。 重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 10 第 三 章 系統(tǒng)硬件 設計 第一節(jié) 調速系統(tǒng)硬件 設計 圖 中所示的是直流電動機 調速 系統(tǒng) 的框圖 。這個系統(tǒng)是基于STC12C5410AD 單片機組成的閉環(huán)實 時控制系統(tǒng)的核心，是一個典型的直接數(shù)字控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)預先設定的速度，速度顯示，并能夠進行精確的速度控制。 霍爾高速采樣電路產(chǎn)生一個外部中斷是通過發(fā)送脈沖計數(shù)器計數(shù)速度來計算。此速度值與預置的速度值進行比較，所不同的是通過 MCU 之間的差異進行PI 運算，得到的控制增量，那么 MCU 輸出的控制參數(shù)，由 PWM 電路改變電機兩端的有效電壓，最終達到速度控制的目的。 由 PWM 波形發(fā)生器和放大器電路的 PWM 控制器。系統(tǒng)的一部分使用定時器的速度 T0， STC12C5410 自己 AD 降低了軟件任務，從而提高了整個系統(tǒng)的實時 控制。 SCM 提供的控制參數(shù)，改變脈沖的占空比，頻率控制電機的轉速來實現(xiàn)。 PWM 波輸出負載容量太小，不能直接驅動電機，所以我們用一個脈沖寬度調制放大器 LN298。 圖 電機調速系統(tǒng)框圖 重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 11 第二節(jié) 主要元器件介紹 在整個直流電機調速系統(tǒng)的硬件中，我們用到的幾個主要的元器件有以下元器件 。 單片機 STC12C5410AD STC12C5410 單片機所產(chǎn)生的宏觀技術的單時鐘 /機器周期（ 1T） 8051 兼容微控制器核心。他是更加先進的單片機，它的工作條件和特點有： 1。 512 字節(jié)的片上 RAM 2。電壓： 3。時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R / C 振蕩器 4。 SPI 同步通信口，主模式 /從模式 5?？撮T狗 6。工作溫度范圍 :075℃ / 40 +85℃ 7。 （ 4 位） PWM / PCA（可編程計數(shù)器陣列），也可用于實現(xiàn)四個定時器 8。 EPROM 功能 9。 ADC， 10 位分辨率的 ADC，共 8個 10。頻率范圍 :035MHz 時 4。應用空間最大 12K 字節(jié) 11。內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 12。兩個 16位定時器 /計數(shù)器 13。通用異步串行口（ UART） 14。包 含了幾乎所有必要的控制單元模塊，可以看作是在一個芯片上的系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構成了一個典型的控制系統(tǒng)。 STC12 系列單片機的典型結構 STC12 系列單片機是一個宏觀晶體技術公司的新的低功耗 16 位閃存微控制器，其 16 個中斷，高效的尋址模式， 10K 大容量閃存， EEPROM， A / D 轉換，硬件乘法器，硬件脈沖寬度調制控制器（ PWM）和其他功能， STC 還是比較強悍的。 60K 的 ROM， 1K 的 RAM 。定時器有 4個。有 10 位 A/D 。有硬件 PWM 速度也比 51 系列的單片機有很大幅度的 提高 。 I/0 也可以選擇 好幾種工作狀態(tài)，還有就是便宜供貨穩(wěn)定。 在線 STC12C5412AD10K 的容量，是我們在做設計的時候所需要用到的。 基本配置 STC12C5412AD 單片機除了具有 STC12 一系列單片它們整體都具有的一些普重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 12 遍特點外，當然，它還有它自己獨有的關鍵性的一些特點，下面我就對STC12C5412AD 單片機的一些基本配置做一下簡單的介紹 : 首先是： （ 1）、 Flash 存儲器 對于單片機來說 ,你通過外接 FLASH,單片機也一樣可以執(zhí)行外部 FLASH的程序 .就看你硬件的設計了 .而 有的單片機的內(nèi)部 FLASH 也可當做 EEPROM 用 . STC12C5412AD 的 flash 儲存的大小為 l0KB。存儲程序是它的主要功能，下載程序的方式是通過計算機串行接口來實現(xiàn)的，如果程序正在運行的時間段或在進行段擦除或者寫的操作，那么這兩個數(shù)據(jù)的存儲能力是同時具備的。閃存的作用體現(xiàn)在很多方面如： 當電源突然斷電，可以起到保護電路的作用； 它也可以起到保存程序數(shù)據(jù)的作用， 我們可以按字或字節(jié)來讀取閃存里面的內(nèi)容。 其次是： （ 2）、 脈寬調節(jié)模式 (PWM) STC 單片機和 51 單片機基本上差不多，如果要輸 出 PWM 波進行電機調速的話，可以用兩個定時器產(chǎn)生可變占空比可變周期的 PWM 波來驅動主電路 定時器 1 用來控制 PWM 波的周期 定時器 2 用來控制 PWM 波的占空比 在定時中斷中改變輸出的電平就可產(chǎn)生需要的 PWM波可用于所有的 PCA模塊PMW 輸出。輸出頻率取決于 PCA定時器的時鐘源。由于所有模塊共享 PCA 定時器，所有它們的輸出頻率。 STC12C5410AD 作為 PWM 輸出的，直接按照文檔配置相應的寄存器就可以了啊。輸出口是固定的 pin，在手冊上標明為 PWMx 的就是， x為相應的 PWM 的通道，我用的有 4通道，也就是 pwm0,pwm1,pwm2,pwm3 除此之外還有： （ 3）、 I/O 口工作類型設置 STC12C5412AD 的 I / O 引腳一共有多種，我用的是 24個的，其 I / O 與傳統(tǒng)的 I / O 是不同的，每個 I / O 端口可以通過軟件設置成 4種類型的工作，使嘴和通用 I / O 口的功能重用。 4種類型分別是：漏極開路輸出，僅為輸入（高阻抗），推挽輸出，和準雙向口（標準 8051 輸出模式）。為了提高了港口的功能和靈活性，我們可以在對相同的 I / O 口進行操作，再選擇其對應要它實現(xiàn)的功能。當然，除此之外，這些 I / O 端口還可以 用一種特殊的模塊 STC12C5410AD組合來完成更復雜的工作。為了可以實現(xiàn)與 A / D 模塊結合實現(xiàn) A / D 轉換，我們可以通過加上捕獲比較模塊的串行通信。此外， STC12C5410AD I / O 端口有非常突出的電氣特性，那便是，絕大多數(shù)的 I / O 口的驅動能力 6毫安，普通的液晶，蜂鳴器都可以直接驅動，而不需要再添加額外的輔助電路。為了可以方便重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 13 地與外圍設備進行有效的快速的連接，在很多的端口上都集成內(nèi)部設置了上拉電阻器來實現(xiàn)這一目標。 下面就準雙向口輸出配置做分析： 準雙向口輸出配置 標準的話，想寫就寫，想 讀就讀，但 51 單片機的 I/O 口如果要讀必須先寫1才可以，就因為這個條件在這里，所以稱為“準”雙向口。準雙向口輸出類型，由于當口線輸出一個為 1時驅動能力很弱的原因，就會推倒允許外部裝置，我們完全可以不用重新配置端口輸出狀態(tài)，可以作為輸入和輸出。然而當輸出為低，它的驅動能力很強，電流就會變得非常大。 3個上拉晶體在準雙向口中就會為不同的需要提供作用。 有一個被稱為“弱”上拉的上拉晶體管是三個上拉晶體管中的其中一個，當端口寄存器是 1 和引腳本身也是開放 1:00。那么這個上拉提供準雙向輸出電流的主要來源就是來自于 1。如 果一個引腳是由一個外部設備的產(chǎn)量下降，低，弱上拉和“極弱上拉”的體上，為了是外部設備有足夠的電流能力使得腳電壓低于閾值電壓，可以通過以強拉該引腳為低的方法來實現(xiàn)該過程。 （ 4）、 AD模數(shù)轉換寄存器 STC12C5412AD 單片機的 P1 口（ ）， 8 通道 10 位高速 A/ D 轉換器，STC12C5410AD 系列 12 位精度的 A / D 轉換，速度可以達到 100KHz 的 A / D 轉換端口。 8 電壓輸入型 A / D 的功能有很多，可完成頻譜檢測，溫度檢測，按鍵掃描，電池電壓檢測。在上電復位 P1口是弱上拉輸 入 A / D 端口的 I / O 端口，可通過軟件設置，在任何路 8路 A / D 轉換，而不可以繼續(xù)使用作為 I / O端口使用。通過這種方式， A / D 轉換和 I / O 端口，可靈活使用，節(jié)省了時間和軟件。 顯示電路 LCD1602 對于液晶顯示器，其實我們大家并不陌生，相對于數(shù)碼管來說，它顯示的東西更多更豐富，在很多常見的電子儀器設備中，我們都可以看到它的影子。當然，在于單片機之間的通信之間，我們會通過以下幾種方式來將此應用： LED 數(shù)碼管，液晶顯示器。液晶顯示屏的顯示品質相對而言會比較高，之所以會比較 高的原因是因為在液晶顯示器上的每個單位點上接收到的信號一直保持一種固定的色彩和亮度，而不像普通陰極射線管顯示器（ CRT）那樣，需要不斷地一遍又一遍地刷新使之得到顯示。因此，液晶顯示器的質量非常高。第二，液晶顯示器會讓數(shù)字，微處理器系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作也會變得更加的方便。第三，重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 14 顯示面積比同樣的傳統(tǒng)顯示器要輕得多，那是因為狀態(tài)的液晶顯示是通過顯示器上的液晶分子的電極來實現(xiàn)的，讓顯示的內(nèi)容更加豐富。與此同時，相對于其他的普通顯示器而言，其內(nèi)部的電極和驅動器 IC 才是液晶顯示器的功耗主要消耗場所，因此它會更加 有效，效率更高，消耗更小。 液晶顯示原理 物理性能的液晶是液晶顯示所采用的的液晶，它的具體原理是用一個電壓來控制其顯示區(qū)域，其中示出一個電信號的，從而讓需要顯示的內(nèi)容得到顯示。液晶顯示裝置的特點有很多，比如：適用性廣，它適用于直接驅動大規(guī)模的基礎電路，材料輕便，薄是它的另一個主要的特征，當然，它顯示的畫面也可以非常多元化，色彩豐富絢麗。 （ 1）、線段的顯示 由液晶顯示器（ LCD）的單位的 MN 個圖象的形式，假設 LCD 顯示器有 64行，每 128，每一個對應于一個 8 字節(jié)的 8，它由每行 16 字節(jié)，共 168= 128點， 6416 在屏幕上的顯示部分和顯示出來的 RAM 區(qū)與 1024 個字節(jié)相對應，顯示屏上的位置相對應的亮與暗是源于每個字節(jié)的內(nèi)容的值來控制。舉例說明：RAM000H 00FH16 字節(jié)的內(nèi)容就決定了在液晶顯示屏幕上第一行的區(qū)域。 （ 2）、字符的顯示 要想在液晶顯示屏幕上顯示出一個字符來，其實是一個相對而言比較復雜的過程，為撒這樣子說呢？其原因就是要從 8 8 點陣中去找到并顯示在液晶顯示屏幕上的顯示區(qū)所對應的數(shù)字，但也讓每個 wordthe 部分字符不同的位是“ 0”， “ 1”， . “ 0”表示的是不亮，“ 1”表 示的是亮通過這樣的規(guī)定一下亮另一些不亮，從而來構成一個我們想要它顯示的字符。 （ 3）、漢字的顯示 要想在液晶顯示器上顯示一個漢字，就要用到顯示中國常用字顯卡，預裝顯示中國漢字點陣碼（字模提取軟件）從電腦中提取，每個字符占 32B，分為左，右兩半，每 16B，左邊是 1,35......正確的顯示中文字符可以找出顯示 RAM 的地址對應 2,4,6......根據(jù)數(shù)量的行和列，每行的列的數(shù)目，在 LCD 顯示器上，光標的建立，發(fā)送的的第一 字節(jié) ，光標在地址上的逐步增加 .....得到一個完整的中文字符，直到 32B 被顯示在液晶顯 示屏上。 1602 字符型 LCD 簡介 所謂字符型液晶，就是用于顯示模塊是一個用來顯示數(shù)字，特殊符號，字母等與字符型相關的液晶顯示 .那么字符型常用到的模塊是相對而言比較多樣的一重慶郵電大學 本科 畢業(yè)論文 15 種顯示，常用 16*1,16*2