【文章內容簡介】 電動自行車調速系統(tǒng)的設計 11 中央處理器 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)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。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 8051 內部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的 RAM 只有 128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 程序存儲器 (ROM) 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM) 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。 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(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口 8051 內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 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(shù)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。 時鐘電路 8051 內置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù) 據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛(Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓 (Princeton)結構。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用江南大學畢業(yè)設計論文 12 的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結構。 下圖是 MCS51 系列單片機的內部結構示意圖。 的引腳說明 MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 電動自行車調速系統(tǒng)的設計 13 Pin40:正電源腳，正常工作或對片內 EPROM 燒寫程序時，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。 8051 的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時鐘信號從 XTAL2 腳輸入。 MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列 直接 DIP結構，右圖是它們的引腳配置， 40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： Pin20:接地腳。 Pin40:正電源腳，正常工作或對片內 EPROM 燒寫程序時，接 +5V電源。 Pin19:時鐘 XTAL1 腳，片內振蕩電路的輸入端。 江南大學畢業(yè)設計論文 14 Pin18:時鐘 XTAL2 腳，片內振蕩電路的輸出端。 8051 的時鐘有兩種方式，一種是片內時鐘振蕩方式，但需在 18 和 19 腳外接石英晶體 (212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取 10p30p。另外一種是外部時鐘方式，即將 XTAL1 接地，外部時鐘信號從 XTAL2 腳輸入。 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(xiàn) 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(shù)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)如下表： 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 8051 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖。此外， RESET/Vpd還是一復用腳， Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 電動自行車調速系統(tǒng)的設計 15 5. 2 A/D轉換芯片 ADC0809芯片是最常用的 8位模數(shù)轉換器。 它的模數(shù)轉換原理采用逐次逼進型，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 微妙左右。在同類型產(chǎn)品中， ADC0809 模數(shù)轉換器的分辨率、轉換速度和價位都屬于居中位置。 內部邏輯結構，如圖 521 所示。 圖 521 ADC0809 內部結構 引腳功能說明： 178。 D7～ D0： 8 位數(shù)字量輸出， A／ D 轉換結果。 178。 IN0～ IN7： 8 路模擬電量輸入，可以是： 0～ 5V或者－ 5V～＋ 5V或者－ 10V～ +10V。 178。 +VREF：正極性參考電源。 178。－ VREF：負極性參考電源。 178。 START：啟動 A／ D 轉換控制輸入，高電平有效。 178。 CLK：外部輸入的工作時鐘，典型頻率為 500KHz。 江南大學畢業(yè)設計論文 16 178。 ALE：地址鎖存控制輸入，高電 平開啟接收 3 位地址碼，低電平鎖存地址。 178。 CBA： 3 位地址輸入，其 8 個地址值分別選中 8 路輸入模擬量 IN0～ IN7 之一進行模數(shù)轉換。 C 是高位地址， A 是最低位地址。 178。 OE：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出 A／ D 轉換結果 D7～ D0。 178。 EOC：模數(shù)轉換狀態(tài)輸出。當模數(shù)轉換未完成時， EOC 輸出低電平；當模數(shù)轉換完成時， EOC 輸出高電平。 EOC 輸出信號可以作為中斷請求或者查詢控制。 178。 Vcc：芯片工作電源＋ 5V。 178。 GND：芯片接地端。 5． 3 永磁無刷直流電動機 稀土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(chǎn)品。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(chǎn)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。 電動自行車調速系統(tǒng)的設計 17 無刷直流電動機的原理簡圖如圖 531所示： 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(chǎn)生相位差 120176。 的 U、 V、 W 方波，結合正 /反轉信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號： 10 100、 1 0 01 001，通過邏輯 組件處理產(chǎn)生 T1T4 導通、 T1T6導通、 T3T6導通、 T3T2 導通、 T5T2 導通、T5T4 導通，也就是說將直流母線電壓依次加在 A+B、 A+C、 B+C、 B+A、 C+A、C+B上，這樣轉子每轉過一對 NS極， T1T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉動 60176。電角度，轉子跟隨定子磁場轉動相當于 60176。電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器 U、 V、 W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合 ，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進 60176。電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉矩，拖動負載作連續(xù)旋轉。正因為無刷直流電動機的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。 無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸