【文章內(nèi)容簡介】 TXD引腳輸出移位脈沖。CPU將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送寄存器時(shí)，立即啟動發(fā)送，將8位數(shù)據(jù)以fos/12的固定波特率從RXD輸出，低位在前，高位在后。發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，發(fā)送中斷標(biāo)志TI由硬件置位[9]。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出功能，而且74LS164的驅(qū)動電流可達(dá)20mA，可直接驅(qū)動LED數(shù)碼管要顯示的數(shù)字存入。輸出時(shí)采用查表法，將數(shù)字對應(yīng)的段碼值送到P1口；位選信號輸出，采用直接位尋址方式。其中74LS164的A、B(第2腳)為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號，一個(gè)輸入信號時(shí)可并接。T(第8腳)為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中[13]。靜態(tài)顯示電路圖如圖28所示。圖28 靜態(tài)顯示電路圖該電路只使用AT89C51的2個(gè)端口，配接6片串入并出移位寄存器74LS164。其中74LS164的引腳Q0～Q7為8位并行輸出端：引腳A、B為串行輸入端；引腳CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端，在CLK脈沖的上升沿作用下實(shí)現(xiàn)移位，在CLK = 0，清除端MR = 1時(shí),74LS164保持原來數(shù)據(jù)狀態(tài)；MR = 0 時(shí)，74LS164輸出清零。其工作過程如下：AT89C51的串行口設(shè)定在方式0移位寄存器狀態(tài)下，串行數(shù)據(jù)由RXD發(fā)送，移位時(shí)鐘由TXD送出。在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164中。6片74LS164串級擴(kuò)展為6個(gè)8位并行輸出口,分別連接到6個(gè)LED顯示器的段選端作靜態(tài)顯示。需要指出的是，由于74LS164無并行輸出控制端，因而在串行輸入過程中，其輸出端的狀態(tài)會不斷變化，造成不應(yīng)顯示的字段仍有較暗的亮度，影響了顯示的效果。總體來說，顯示效果還是可以接受的，是符合設(shè)計(jì)要求的。圖29中的電阻阻值的確定：由于74LS164輸出低電平時(shí)最大電流為8mA，所以，數(shù)碼管每段工作電流不能超過8 mA。取IF=4mA，74LS164輸出低電平為Vol=。所以圖中的電阻值根據(jù)歐姆定律確定為：R=775，取750。為了方便起見，選擇電阻值為1k，起的是限流作用。LED數(shù)碼管的亮度控制非常重要，它直接影響LED數(shù)碼管的使用壽命。如果采用硬件控制，則電路復(fù)雜?？刹捎谩坝布浕钡姆椒ǎ绍浖刂莆覀冎溃好繏呙柰暌晃籐ED數(shù)碼管，要加入必要的延時(shí)時(shí)間(不引起閃爍)，才能使LED數(shù)碼管足夠亮，只要控制延時(shí)時(shí)間的長短，即可控制LED數(shù)碼管的亮度[14]。 外部信號的輸入電路在對單片機(jī)進(jìn)行信號輸入時(shí)，要防止干擾，尤其是外部干擾，例如霍爾傳感器產(chǎn)生的干擾、電源產(chǎn)生的干擾、外界環(huán)境產(chǎn)生的干擾等。為了抑制外部干擾，可以采取的措施有：利用光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號源隔離開來，把數(shù)字地同模擬地有效斷開，加入平波電抗器對電源干擾進(jìn)行抑制[6]。在本設(shè)計(jì)中，從無刷電機(jī)控制器中引出的3根線是控制器要輸出給無刷電機(jī)的電源A、B、C相，但是相序未知。為了檢測其相序，將3根引線輸入到單片機(jī)進(jìn)行檢測。由于控制器輸出的電壓和電流都無法確定大小，為了防止輸出的強(qiáng)電壓或者強(qiáng)電流燒壞單片機(jī)，我采用光電耦合電路對干擾進(jìn)行隔離。將無刷電機(jī)控制器輸出的A、B、C相引入光電耦合電路，并將輸出分別命名為P1P1P15，分別引入到單片機(jī)的P1P1P15口，這樣既可以防止外部干擾，又可以防止燒壞單片機(jī)。輸入電路圖如下圖29所示。圖29 輸入電路由經(jīng)驗(yàn)可知，光電耦合電路在電流為10毫安左右時(shí)傳輸效率最高，并據(jù)此選擇輸入電阻值。電動車無刷電機(jī)控制器的輸出電壓為36V或者48V，所以根據(jù)歐姆定律得RA=RB=RC=。采用光電耦合電路還有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，既節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，又節(jié)省了產(chǎn)品所占用的空間，使檢測系統(tǒng)更加小巧，且對功能的實(shí)現(xiàn)沒有太大的影響[7]。 電源電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，AT89C51單片機(jī)需要5V的穩(wěn)壓電源，而繼電器不能和單片機(jī)共用一個(gè)穩(wěn)壓電源，這是因?yàn)槔^電器在斷開時(shí)會產(chǎn)生一個(gè)比較大的沖擊電壓，從而會影響到穩(wěn)壓電源的輸出，可能會燒毀單片機(jī)，所以選擇12V的繼電器，就需要一個(gè)單獨(dú)的12V穩(wěn)壓電源。因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要使穩(wěn)壓電路可以分別輸出5V和12V的直流穩(wěn)壓電源。集成三端穩(wěn)壓器因其穩(wěn)壓精度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單、容易設(shè)計(jì)和制作、體積小、重量輕、成本低、維修簡單等優(yōu)點(diǎn)[16]，所以在本電源電路中采用的分別是12V集成三端穩(wěn)壓器和5V集成三端穩(wěn)壓器。本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓電源電路圖如圖210所示。圖210 穩(wěn)壓電源電路將交流電網(wǎng)220V的電壓輸送到變壓器，并且對變壓器的變比進(jìn)行選擇，為了達(dá)到設(shè)計(jì)要求，我選擇的是原、副線圈比為220：15的變壓器，將交流220V的電壓變成交流15V的電壓。然后通全波整流將交流電壓220V 變成脈動的直流電壓Vi。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電容加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。由于電壓經(jīng)電容濾波后，則濾波后電壓Ui=18V，故選取的濾波電容為耐壓值為25V的電容。再經(jīng)過穩(wěn)壓塊進(jìn)行穩(wěn)壓，每一個(gè)穩(wěn)壓塊都至少吸收4V的電壓。則此穩(wěn)壓電源電路可以輸出+12V和VCC的穩(wěn)定電壓，符合系統(tǒng)的要求[10]。確定電容C7 ,可用下式進(jìn)行計(jì)算： (21)式中:10ms 為交流電網(wǎng)電壓周期的一半。按輸出電流應(yīng)有10%的余量，可取Imax = ，I = 通過計(jì)算，得:C7≈1692。因此取C7 = 1800。同理，電容C8的取值為2000，是濾波電容。電容C9的作用是減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾，其數(shù)值為經(jīng)驗(yàn)值，在100左右[20]。 繼電器的選擇 繼電器的基本技術(shù)要求繼電器雖然分為電磁式、干簧式等很多種，也有很多技術(shù)參數(shù)，而且各種繼電器的技術(shù)參數(shù)也不盡相同，但電氣裝置對繼電器的基本技術(shù)要求則是相同的。這主要是：(1)工作可靠。繼電器在電氣裝置中擔(dān)任很重要的角色，它的失控不僅影響電器工作，還會造成更嚴(yán)重后果。不但在室溫下要正常工作，還要在一定溫度、濕度、氣壓及振動等條件下正常工作。(2)動作靈敏。不同繼電器的靈敏度不同，但總希望繼電器在很小驅(qū)動電壓(電流)下就可以工作，當(dāng)然要保證可靠穩(wěn)定。(3)性能穩(wěn)定。繼電器不但在出廠時(shí)性能應(yīng)該滿足要求，長時(shí)間使用后繼電器性能也應(yīng)該變化不大，并希望繼電器有很長的壽命(一般壽命為數(shù)十萬至數(shù)百萬次)[9]。 繼電器原則的選擇選擇繼電器時(shí)必須綜合考慮其工作電壓，線圈電流和電流，被控對象(機(jī)件或電路)的電壓、電流和負(fù)載性質(zhì)(純阻性、感性等)，功能特點(diǎn)及使用環(huán)境等因素。(1)類型的選擇①使用類別的選擇首先弄清楚被控負(fù)載的情況，如負(fù)載的性質(zhì)(阻性、感性或容性等)、負(fù)載的輕重、負(fù)載的額定工作頻率、被控電壓的高低以及是直流還是交流。所選定的繼電器應(yīng)與控制電路及其負(fù)載的實(shí)際要求相比較，看是否符合要求。②使用環(huán)境的考慮使用環(huán)境指安裝地點(diǎn)及使用場合、環(huán)境溫度、相對濕度、污染(或潔凈)情況、沖擊和振動情況等。這些是選定繼電器結(jié)構(gòu)(敞開式、封閉式和密封式)和防護(hù)類別的主要依據(jù)[8]。(2)型號規(guī)格的選擇首先應(yīng)選擇繼電器的額定工作電壓Ue和額定工作電流Ie。繼電器的最高工作電壓不能超過Ue，其最大工作電流應(yīng)小于Ie。當(dāng)繼電器由晶體三極管或集成電路驅(qū)動時(shí)，若驅(qū)動電流小于繼電器的額定工作電流時(shí)，必要時(shí)應(yīng)增添一只中間繼電器。一個(gè)型號的繼電器可能有幾個(gè)額定工作電壓，要求額定工作電流一定要與之對應(yīng)，例如JCZ22F型繼電器，它的額定電壓有DC3V、DC6V……DC48V等，與之相應(yīng)的額定電流有120mA、60mA……10mA系列值。額定工作電壓和額定工作電流二者之間共同表征繼電器觸頭所能切換電路的能力[11]。(3)觸點(diǎn)切換不同負(fù)載電流的選擇 一般情況下，繼電器的額定電流Ie是指在額定電壓下切換純阻性負(fù)載(如電阻器、白熾燈等)的電流值。當(dāng)用繼電器的觸點(diǎn)來切換電感性或電容性負(fù)載時(shí)，實(shí)際額定工作電流要小得多。負(fù)載的性質(zhì)對繼電器是有影響的。一個(gè)額定工作電流為2A的繼電器，不一定能承受同樣大小非電阻性電流。(4)觸點(diǎn)數(shù)量和種類的選擇根據(jù)實(shí)際控制觸點(diǎn)數(shù)的要求，選用合適型號的繼電器。即使同一種型號的繼電器，也有多種觸點(diǎn)形式可供選擇。要充分利用各組觸點(diǎn)。(5)繼電器線圈規(guī)格的選擇線圈電流種類和額定電壓值，或線圈的電壓種類和額定電流值，應(yīng)與控制電路及工作環(huán)境相一致。(6)繼電器體積的考慮和選擇在小型化產(chǎn)品中或安裝空間有要求的情況下，宜選用小型或超小型繼電器；在安裝空間不作要求的情況下，可選價(jià)廉而體積稍大的繼電器 [14] 。 繼電器的選擇在本設(shè)計(jì)的電路中，不能選擇5V的繼電器，這是因?yàn)?V的繼電器在RELAY跳開切離時(shí)，會產(chǎn)生一個(gè)很大的反電動勢，必然會對+5V的穩(wěn)壓電源造成某種程度的影響，這時(shí)會干擾到單片機(jī)動作的穩(wěn)定性以及隔離電路的精確度，甚至燒毀單片機(jī)，更重要的是，目前在市場上5V的繼電器比較難找，所以在這里我選用+12V的JCZ22F型繼電器。由于在本設(shè)計(jì)中霍爾(繼電器開關(guān)控制的物理量)在初始狀態(tài)時(shí)，處于全部是低電平的狀態(tài)(即繼電器開關(guān)處于常開狀態(tài))，在單片機(jī)接受到外部輸入信號并進(jìn)行軟件判斷以后，輸出信號通過光電耦合電路控制三極管的通斷，進(jìn)而控制霍爾信號的高低電平(即繼電器開關(guān)的斷開或閉合)，所以設(shè)計(jì)中所選擇的繼電器只需要一個(gè)常開點(diǎn)就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 繼電器的驅(qū)動電路在設(shè)計(jì)電路中，由于單片機(jī)和光耦隔離電路都不可以直接驅(qū)動繼電器動作，而且在我設(shè)計(jì)的硬件電路圖中所用的繼電器個(gè)數(shù)較少，所以我選擇直接用三極管驅(qū)動繼電器[12]。其電路圖如下211所示。圖211 繼電器的驅(qū)動電路 繼電器的附加電路在本設(shè)計(jì)的電路中，繼電器兩端并聯(lián)了二極管電路。在含有繼電器的電路中，并聯(lián)二極管的作用是：在流經(jīng)繼電器線圈的電流突然減小的瞬間，它的兩端會感應(yīng)出一個(gè)電動勢。它與原電源電壓疊加后加在輸出晶體管的(c)(e)間，使(c)(e)之間可能被擊穿。為了消除這個(gè)感應(yīng)電動勢的有害影響，我們在繼電器旁邊并聯(lián)一只二極管(注意二極管的極性不能接錯(cuò))，以吸收該電動勢，起到保護(hù)作用[13]。 第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一個(gè)電動車無刷電機(jī)控制器的相序檢測系統(tǒng)，是以AT89C51單片機(jī)為控制中心，并最終將檢測結(jié)果輸出到數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示，即將無刷電機(jī)控制器的三相A、B、C的輸出通過光耦隔離電路引入到AT89C51單片機(jī)中，通過軟件進(jìn)行判斷，并將判斷結(jié)果輸出到數(shù)碼管顯示器上進(jìn)行顯示。則主要任務(wù)如下：(1) 判別控制器的角度；(2) 判斷霍爾控制線相序判斷；(3) 控制器三相電源的相序；(4) 判斷控制器故障。 系統(tǒng)主程序?yàn)榱藱z測控制器角度、判斷霍爾控制線相序、判斷控制器三相電源相序和控制器故障，設(shè)計(jì)中需要對軟件進(jìn)行相應(yīng)的程序編寫，其中整個(gè)判斷過程的主程序流程圖如下圖31所示。開始結(jié)束初始化調(diào)用控制器故障檢測模塊調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用控制器相角判斷模塊調(diào)用霍爾和控制器相序的判斷模塊圖31 主程序流程圖 控制器故障檢測模塊在判斷之前，首先要檢測信號是否有輸入以及控制器的輸出是否正常，這是檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測的前提，如果控制器不正常工作，那么檢測的正確性就無從說起。由此，編寫軟件程序用來檢測無刷電機(jī)控制器是否存在輸出信號，并顯示到相應(yīng)的數(shù)碼管上,如果控制器正常則相應(yīng)的數(shù)碼管顯示OOO，否則相應(yīng)數(shù)碼管顯示EEE。初始化中令R1=06H，將單片機(jī)P13~P15口讀入的數(shù)據(jù)存入寄存器AL，判斷AL中的數(shù)據(jù)是否符合控制器在霍爾元件不接地時(shí)的固定相序，如果符合，則控制器工作正常；如果不符合，則R1自減1，進(jìn)行二次判斷。假如檢測到R1等于00H時(shí)，輸入信號依然不符合，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)(數(shù)碼管顯示EEE)，流程圖如圖32所示。圖32 控制器故障檢測模塊A=00H？讀入P13~P15的數(shù)據(jù)存入寄存器AYNA=01H？A=02H？A=04H？R2減1NNNR2=00H？調(diào)用顯示子程序，顯示EEE（報(bào)錯(cuò)）YNYYY調(diào)用顯示子程序，顯示OOO（正常）初始化，令R1=6開始開始 控制器相角判斷模塊，可以檢測到輸入信號，則將從P1P1P15口接收到的信號按照從高到低的順序放入寄存器AL的低三位，捕捉到信號后，比較寄存器AL是否為00H，若是，則電機(jī)為120度，調(diào)用顯示子程序，在數(shù)碼管顯示器的前三位顯示120；若不是，則電機(jī)角度為60度，同時(shí)調(diào)用顯示子程序，在數(shù)碼管顯示器的前三位上顯示60(第一位顯示0)。程序流程圖如下圖33所示。判斷是否有信號輸入YNA=00H？調(diào)用顯示子程序，顯示120YN調(diào)用顯示子程序，顯示60返回存入寄存器A開始圖33 控制器相角判斷模塊 霍爾和控制器相序的判斷模塊 60度電機(jī)的判斷模塊60度電機(jī)控制器以及霍爾相序的判斷主程序流程圖如下圖33所示。由于60度電機(jī)控制器相序的