單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第10章-資料下載頁(yè)
2025-01-16 18:01本頁(yè)面
【正文】 扭矩大、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。電子換向器的基本原理是，在電機(jī)內(nèi)部以 120176。 的間隔排列 3個(gè)霍爾傳感器，每當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極通過霍耳傳感器時(shí)，傳感器輸出電平翻轉(zhuǎn) 1次，這樣當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)， 3個(gè)霍爾傳感器就會(huì)輸出 3路相位相差 120176。 的方波?；谠撔畔?，利用電子開關(guān)控制電機(jī)的各相定子繞組的導(dǎo)通和截止，可使定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，并和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終保持 90176。 的相位差，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。本例在學(xué)習(xí)無(wú)刷直流電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)接收 3個(gè)霍耳傳感器的信號(hào)及控制指令，運(yùn)行控制算法，以 PWM波的形式，輸出信號(hào)對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。下圖是無(wú)刷直流電機(jī)的定子線圈與霍耳傳感器布置。 基于單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì) 無(wú)刷直流電機(jī)的定子線圈與霍耳傳感器布置 直流電機(jī)調(diào)速器：系統(tǒng)組成 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由基于單片機(jī)的調(diào)速控制電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成。單片機(jī)接收電機(jī)內(nèi)部的霍耳傳感器輸出的開關(guān)信號(hào)，以及由鍵盤和電位計(jì)給出的調(diào)速指令，通過計(jì)算生成調(diào)速控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的功率放大后，給電機(jī)定子繞組提供所需電流，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)的用戶接口有電位計(jì)、鍵盤和顯示等，用于設(shè)定控制要求，并顯示調(diào)速效果。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見下圖。 直流電機(jī)調(diào)速器：系統(tǒng)組成 直流電機(jī)調(diào)速器結(jié)構(gòu)框圖 電 位 計(jì)鍵 盤顯 示 塊C 8 0 5 1 F 0 2 0直流無(wú)刷電機(jī)電 機(jī)驅(qū) 動(dòng)電 路霍 爾 脈 沖 信 號(hào) 直流電機(jī)調(diào)速器：設(shè)計(jì)要求 本例針對(duì)某額定電壓 48V、額定功率 200W、額定轉(zhuǎn)速 2022轉(zhuǎn) /分的直 流無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)速器，設(shè)計(jì)要求如下： ① 基于 C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)速控制電路。 ② 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用三相全橋型功率放大電路，其結(jié)構(gòu)見下頁(yè)圖 示，功率管采用 MOSFET或 IGBT。在單片機(jī)和功率管之間，還需 要光電隔離和功率管驅(qū)動(dòng)器電路。 ③ 以電位計(jì)為輸入，實(shí)現(xiàn) 2022～ +2022轉(zhuǎn) /分的無(wú)級(jí)調(diào)速功能。 ④ 用數(shù)碼管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，精度達(dá)到 1轉(zhuǎn) /分。 直流電機(jī)調(diào)速器：設(shè)計(jì)要求 三相全橋型功率放大電路 直流電機(jī)調(diào)速器：設(shè)計(jì)提示 ① 無(wú)刷直流電機(jī)的控制原理，請(qǐng)參閱 《 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用 》(第 2版 ) ，張琛編著，機(jī)械工業(yè)出版社， 2022年出版。 ② 直流無(wú)刷電機(jī)控制包括相位控制和轉(zhuǎn)速控制。相位控制有時(shí)稱為內(nèi)環(huán)控制，就是在霍爾傳感器輸出信號(hào)過零時(shí)切換定子導(dǎo)通相，使轉(zhuǎn)子隨定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。基于霍爾傳感器信號(hào)還可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，這是因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅拿}沖信號(hào)的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，測(cè)出脈沖信號(hào)的頻率即可計(jì)算出轉(zhuǎn)速，將該測(cè)量的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，對(duì)繞組電流進(jìn)行閉環(huán)控制，就可以使電機(jī)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速控制有時(shí)稱為外環(huán)控制。 ③ 為了提高利用霍耳傳感器測(cè)速的精度，高速時(shí)應(yīng)采用測(cè)頻法，低速時(shí)應(yīng)采用測(cè)周法。 直流電機(jī)調(diào)速器：設(shè)計(jì)提示 ④ 許多 51型單片機(jī)或 PIC型單片機(jī)內(nèi)部帶有 A/D轉(zhuǎn)換器和 PWM波產(chǎn)生器，利用它們進(jìn)行設(shè)計(jì)可以大大簡(jiǎn)化外部電路。除可采用 C8051F020單片機(jī)外，還可選用 ADuC83 PIC16C73等單片機(jī)作為微控制器。 ⑤ 霍爾傳感器信號(hào)經(jīng)整形后送入單片機(jī)的外部中斷管腳，用于相位控制和轉(zhuǎn)速控制；調(diào)速電位計(jì)的輸出電壓信號(hào)送入單片機(jī) A/D管腳，經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為用戶給定轉(zhuǎn)速；單片機(jī)輸出 PWM波作為功率放大電路的指令信號(hào)，其代表的控制量可用于調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。 簡(jiǎn)易 MP3播放器設(shè)計(jì) MP3播放器是目前最流行的便攜式音樂播放器之一。它與傳統(tǒng)的Walkman、 CD Player等隨身聽相比，具有音質(zhì)好、無(wú)機(jī)械磨損、抗振動(dòng)、便攜性好等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過采用高壓縮率和大容量存儲(chǔ)器，一臺(tái)計(jì)算器大小的 MP3播放器中可以存儲(chǔ)數(shù)百首歌曲，并可以通過 PC機(jī)下載和更新。本例設(shè)計(jì)一臺(tái)基于單片機(jī) AT89C51SND1C的 MP3播放器。 AT89C51SND1C內(nèi)部集成了 MP3解碼器、 USB控制器等，這可以顯著簡(jiǎn)化外圍電路，提供 MP3播放器的單片解決方案。 MP3播放器：系統(tǒng)組成 MP3播放器主要由單片機(jī)、 Flash存儲(chǔ)器和音頻處理電路組成 ,此外還包括 LCD、鍵盤、 USB接口電路以及電源等。單片機(jī)電路是 MP3播放器的核心，它先從片外的 Flash存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過解碼處理后由 SPI串口輸出數(shù)字音頻信號(hào)，數(shù)字音頻信號(hào)在音頻處理電路中經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)，并經(jīng)音頻放大器放大，然后輸出至耳機(jī)。用戶使用鍵盤控制 MP3播放器，并通過 LCD查看顯示曲目信息和播放器狀態(tài)設(shè)置信息等。此外， MP3播放器還能通過 USB接口與 PC通信，實(shí)現(xiàn)歌曲文件及應(yīng)用程序的下載。 MP3播放器：系統(tǒng)組成 C P UM P 3解 碼 器U S B控 制 器F l a s h存儲(chǔ)器L C D鍵 盤 電 源音 頻處 理電 路U S B接 口耳 機(jī)A T 8 9 C 5 1 S N D 1 CMP3播放器的組成 MP3播放器：設(shè)計(jì)要求 ① MP3播放器使用的音樂文件存放在片外的 Flash存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器容量不小于 32MB。 ② 功能鍵共 6個(gè)，分別定義為播放 /暫停 /開機(jī)、停止 /關(guān)機(jī)、快進(jìn)、快退，音量 +、音量 。開機(jī)時(shí)，按下 “ 播放 ” 鍵并保持 3秒后開機(jī)；關(guān)機(jī)時(shí)，按下 “ 停止 ” 鍵并保持 3秒后關(guān)機(jī)。 ③ MP3播放器可以用實(shí)驗(yàn)電源或電池供電。 ④ LCD能以中 /英文顯示曲目信息。 ⑤ MP3播放器通過 PC機(jī)通信，并能在驅(qū)動(dòng)軟件的輔助下下載音樂文件。 MP3播放器：設(shè)計(jì)提示 ① 采用集成 MP3解碼器和 USB控制器的單片機(jī)，如 AT89C51SND1，ST72681等。 ② 大容量 Flash存儲(chǔ)器可選用 K9F5608，其容量為 32MB。 ③ 音頻處理電路主要包括音頻 D/A轉(zhuǎn)換器和音頻放大器。基于 SPI口的串行音頻 D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高音頻還原質(zhì)量。可選的音頻 D/A轉(zhuǎn)換器有 CS43 CS4338等。 ④ 采用電池供電時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)高效率 DC/DC電源模塊，實(shí)現(xiàn)單節(jié)電池供電，并延長(zhǎng)播放器工作時(shí)間。 MP3播放器：設(shè)計(jì)提示 ④ 采用 DS18B20設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考其數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解單總線器件的使用方法。 DS18B20內(nèi)部集成有補(bǔ)償電路和 A/D轉(zhuǎn)換器等，它輸出的溫度數(shù)據(jù)直接就是數(shù)字量，因此具有模塊化、精度高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是成本較高，同時(shí)利用單總線讀取數(shù)據(jù)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。在對(duì)成本和實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合，可優(yōu)先采用 DS18B20進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ⑤ 單總線器件與單片機(jī)接口時(shí)只占用單片機(jī)的一位 I/O口，而且具有信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但單片機(jī)對(duì)它的讀寫要占用較長(zhǎng)的時(shí)間。在集總式設(shè)計(jì)場(chǎng)合，中央處理器要采集大量數(shù)據(jù)，因此不能在每路信號(hào)的讀寫上都花費(fèi)大量時(shí)間，此時(shí)，可以用 FPGA或 CPLD等器件專門進(jìn)行多路信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換工作，并通過中斷方式與 CPU交換數(shù)據(jù)。 第 10章結(jié)束！ 第 10章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)選題
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