【正文】 存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)。所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)。這些單元可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 4 .定時(shí) /計(jì)數(shù)器 89C51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)。它也可以產(chǎn)生中斷，從而控制程序轉(zhuǎn)向。 5 .并行輸入輸出 (I/O)口 單片機(jī)需要和外部設(shè)備進(jìn)行通信，以便于處理外部的輸入法和將運(yùn)算結(jié)果反饋到外部設(shè)備。 89C51 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 和 P3)，用于對(duì)數(shù)據(jù)的讀入和輸出。 6 .全雙工 串行口 89C51 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其他設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口既可以用做異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 7 .中斷系統(tǒng) 89C51 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷。這些功能可滿足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 8 .時(shí)鐘電路 89C51 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，可以外置振蕩晶振和電容，便可以產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序。設(shè)計(jì)人員也可以采用外部的時(shí)鐘源作為工作時(shí)鐘。 由上可見(jiàn)， 89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得一提的是該單片機(jī) CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的 1 位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU、 位寄存器 、 I/O 口和指令集。 1 位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò)程控制方面非常有效；而 8 位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。 MCS51 單片機(jī)中 8 位機(jī)和 1 位機(jī)的 硬件資源復(fù)合在一起，它是單片機(jī)技術(shù)上的突破， 也是 MCS51 單片機(jī)在設(shè)計(jì) 上 的精美之處 [12]。 89C51 單片機(jī)引腳排列及功能 張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 28 圖 89C51 的芯片引腳結(jié)構(gòu) 。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U3AT89C51 圖 89C51的芯片引腳結(jié)構(gòu) 89C51 的內(nèi)部資源為： 8 位 CPU， 4KB 掩膜 ROM 程序存儲(chǔ)器。 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 1 個(gè)雙工的異步串行口。 5 個(gè)中斷源、兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制器 時(shí)鐘電路，外接晶振和電容可產(chǎn)生 ~12MHz 的時(shí)鐘頻率。 89C51 各引腳的功能見(jiàn)表 表 89C51引腳功能 引腳號(hào) 引腳名 功能 1~8 ~ 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 39~32 ~ 雙向 8 位三態(tài) I/O 口 21~28 ~ 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 10~17 ~ 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 40 VCC 接 +5V 電源 20 VSS 接地 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 19 XTAL1 接外部晶體的一個(gè)引腳 18 XTAL2 接外部晶體的另一個(gè)引腳 9 RESET 復(fù)位信 號(hào)輸入端 30 ALE 為地址鎖存信號(hào) 29 PSEN 程序存儲(chǔ)器允許輸出控制器 31 EA/VPP 內(nèi) /外程序存儲(chǔ)器選擇控制器 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)部是基于數(shù)字邏輯電路來(lái)運(yùn)行的。這些數(shù)字邏輯電路需要量在一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘步調(diào)下運(yùn)行。振蕩器和時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)正常工作時(shí)所需要的時(shí)鐘信號(hào)。 89C51 單片機(jī)采用 CMOS 工藝，內(nèi)部包含一個(gè)振蕩器，可以用于 CPU的時(shí)鐘源；也允許采用外部振蕩器，由外部振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)供 CPU 運(yùn)行使用 [12]。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘模式 ，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路 ，在 XTAL1 引腳和XTAL2 引腳上連接一個(gè)晶體振蕩器或者陶瓷振蕩器，并接兩個(gè)電容后接地即可，如圖 所示。使用時(shí)，對(duì)于電容的選擇在一定的要求。 8 0 C 5 13 0 p FX T A L 1G N D3 0 p FX T A L 21 2 M H z 圖 時(shí)鐘模式電路圖 當(dāng)外接晶體振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇 C1=C2=30177。 10pF； 當(dāng)外接陶瓷振蕩器的時(shí)候，電容值一般選擇 C1=C2=40177。 10pF。 在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)該注意盡量保證外接的振蕩器和電容盡可能靠近單片機(jī)的XTAL1 和 XTAL2 引腳，這樣可以減少寄生電容的影響，使振蕩器能夠穩(wěn)定可 靠 地為單片機(jī) CPU提供時(shí)鐘信號(hào)。 本設(shè)計(jì)采外接晶體 振蕩器 和電容組成的并聯(lián)諧振回路。 選擇頻率為 12MHz振蕩晶體。 兩個(gè)電容的大小均為 30pF。 張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 30 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位是很重要的，復(fù)位操作可以完成單片面的初始化，也可合外于死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新開(kāi)始運(yùn)行。 單片機(jī)復(fù)位原理是，在時(shí)鐘電路開(kāi)始工作后，在單單片機(jī)的 RES 引腳施加24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖 (即兩個(gè)機(jī)器周期 )以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。在復(fù)位期間，單片機(jī)的 ALE 引腳和 PSEN 引腳均輸出高電平。當(dāng) RST 引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖胶螅瑔伪税稒C(jī)便從 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 在實(shí)際應(yīng)用中，采用外部復(fù)位電路來(lái)進(jìn)行單片機(jī)復(fù)位一般在 RST 引腳保持10ms 以上的高電平，保證單片機(jī)能夠可靠地復(fù)位。在本設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)上電位復(fù)位電路，這樣可以人工復(fù)位單片機(jī)系統(tǒng)。在本電路中，選取的電阻大小分別為220Ω 和 1KΩ，選用 22μF 電容，電路結(jié)構(gòu) 如圖 所示。除了系統(tǒng)上電的時(shí)候可以給 RES 引腳一個(gè)短暫的高電平信號(hào)外，當(dāng)按下按鍵開(kāi)關(guān)的時(shí)候， VCC 通過(guò)一個(gè)電阻連接到 RST 引腳，給 RST 一個(gè)高電平；按鍵松開(kāi)的時(shí)候， RST 引腳恢復(fù)為低電平，復(fù)位完成。如圖 所示為手動(dòng)上電復(fù)位 電路 8 0 C 5 1V C C按 鍵 開(kāi) 關(guān)2 2 0 Ω1 K Ω2 2 μ FR S TG N D 圖 手動(dòng)上電復(fù)位電路 驅(qū)動(dòng) 電路 的設(shè)計(jì) 對(duì)于普及的直流無(wú)刷電機(jī)，大多采用三相橋式逆變電路驅(qū)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如圖 所示 。 2021屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 中底部的 3 個(gè)電感為電機(jī)線圈的簡(jiǎn)單等效模型， 6 只功率 MOSFET 作為開(kāi)關(guān)器件使用，組成三相橋式結(jié)構(gòu)。如果將他們按照一定的組合方式和頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)，即能驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。功率 MOSFET 的導(dǎo)通順序如圖 所示，由圖可知，系統(tǒng)采用三相六拍制單極控制，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一周都要經(jīng)過(guò)六次換相，每一相都有一個(gè)上管和一個(gè)下管為導(dǎo)通狀態(tài)，但同一對(duì)上下管不能同時(shí)導(dǎo)通，否則相當(dāng)于電源短路。這六相分別為： Q1 Q6， Q3 Q6， Q3 Q2， Q5 Q2， Q5 Q4，Q1 Q4。在每相中，電流根據(jù)導(dǎo)通的功率 MOSFET 不同，按不同方向流經(jīng)電機(jī)的不同線圈，由此產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，推動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 。 驅(qū)動(dòng)控制原理圖 本文設(shè)計(jì)的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用自舉法驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)開(kāi)關(guān)管，全部采用分立元件，其中一對(duì)上下功率 MOSFET 的驅(qū) 動(dòng)電路如圖 所示，其余兩對(duì)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路與之完全相同。 對(duì)于 Q2管，不需要浮置柵，驅(qū)動(dòng)方法比較簡(jiǎn)單。當(dāng) N2基極的 L_PWM 為低電平時(shí)， N2 不導(dǎo)通， N1和 P1 導(dǎo)通，使得 Q2 的柵極被 15V 電源直接驅(qū)動(dòng)， Q2 導(dǎo)通。當(dāng) L_PWM 為高電平時(shí)， N2導(dǎo)通， N1,P1 關(guān)斷， Q2柵極電位被拉到地， Q2關(guān)斷。 對(duì)于 Q1 管，需要柵極浮置驅(qū)動(dòng)，原理如下。當(dāng) N3基極的 H_PWM 信號(hào)為低電平時(shí)，N3和 P2 都不導(dǎo)通，此時(shí) Q1 是關(guān)斷的，而 Q2互補(bǔ)導(dǎo)通。 15V 電源電壓經(jīng) D1 向自舉電容 C1 充電，使得 C1 兩端電壓為 15V減去 D1的管壓降， 大概為 14V。當(dāng) H_PWM信號(hào)為高電平時(shí)， N3 和 P2 相繼導(dǎo)通，自舉電容 C1 兩端的電壓通過(guò) P2 加到 Q1的柵極上，浮置于源極之上，電壓差為 14V 左右，保證 Q1 飽和導(dǎo)通，此時(shí) Q2必須是互補(bǔ)關(guān)斷的，否則將造成橋臂導(dǎo)通，使電源短路。當(dāng) H_PWM 信號(hào)再次轉(zhuǎn)為低電平時(shí)， P3 導(dǎo)通，使 Q1 的柵極電容迅速放電，及時(shí)關(guān)斷 Q1。其中 H_PWM 和張森：汽車電子差速及其控制方法設(shè)計(jì) 32 L_PWM 分別為驅(qū) 動(dòng)上 下開(kāi)關(guān)管的 5V 數(shù)字邏輯 PWM信號(hào) 。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST/VPD91716121314151234567839383736353433322122232425262728PSEN29ALE/PROG301110Vcc40Gnd20AT89S5XAT89S5XQ?MOSFETNQ?MOSFETNQ?MOSFETNQ?MOSFETNQ?MOSFETNQ?MOSFETNVCC1HIN2/LIN3COM4LO5VS6HO7VB8*IR2103D?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeD?DiodeVCC1HIN2/LIN3COM4LO5VS6HO7VB8*IR2103VCC1HIN2/LIN3COM4LO5VS6HO7VB8*IR2103D?DiodeD?Diode22UFC?1UFC?20R?48V48V48VC?100pFC?CapC?GNDGNDGNDGNDGNDGND20R?20R?20R?20R?20R?WGND15V1UFC?1UFC?15VGNDU22UFC?22UFC?GNDGNDGND15VGNDV5VGND12Y?XTAL100pFC?Cap100pFC?CapGNDXTAL2XTAL1XTAL2XTAL15V123EW632H1霍爾 3P123EW632H2霍爾 3P123EW632H3霍爾 3PC?C?GND5VC?C?HALL 1HALL 2HALL 3HALL 1HALL 2HALL 3基于 51 單片機(jī)有霍爾無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制原理圖 總體 控制電路原理圖 如圖 。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89C51U3R433