單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計第10章-資料下載頁
2025-01-16 18:01本頁面
【正文】 扭矩大、響應(yīng)快等優(yōu)點。電子換向器的基本原理是，在電機內(nèi)部以 120176。 的間隔排列 3個霍爾傳感器，每當轉(zhuǎn)子磁極通過霍耳傳感器時，傳感器輸出電平翻轉(zhuǎn) 1次，這樣當電機旋轉(zhuǎn)時， 3個霍爾傳感器就會輸出 3路相位相差 120176。 的方波。基于該信息，利用電子開關(guān)控制電機的各相定子繞組的導(dǎo)通和截止，可使定子磁場旋轉(zhuǎn)，并和轉(zhuǎn)子磁場始終保持 90176。 的相位差，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。本例在學(xué)習(xí)無刷直流電機工作原理的基礎(chǔ)上，利用單片機接收 3個霍耳傳感器的信號及控制指令，運行控制算法，以 PWM波的形式，輸出信號對電機繞組進行控制，實現(xiàn)對無刷直流電機的無級調(diào)速。下圖是無刷直流電機的定子線圈與霍耳傳感器布置。 基于單片機的無刷直流電機調(diào)速器設(shè)計 無刷直流電機的定子線圈與霍耳傳感器布置 直流電機調(diào)速器：系統(tǒng)組成 無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)主要由基于單片機的調(diào)速控制電路和電機驅(qū)動電路組成。單片機接收電機內(nèi)部的霍耳傳感器輸出的開關(guān)信號，以及由鍵盤和電位計給出的調(diào)速指令，通過計算生成調(diào)速控制信號，該信號經(jīng)電機驅(qū)動電路的功率放大后，給電機定子繞組提供所需電流，實現(xiàn)電機調(diào)速。調(diào)速系統(tǒng)的用戶接口有電位計、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。 直流電機調(diào)速器：系統(tǒng)組成 直流電機調(diào)速器結(jié)構(gòu)框圖 電 位 計鍵 盤顯 示 塊C 8 0 5 1 F 0 2 0直流無刷電機電 機驅(qū) 動電 路霍 爾 脈 沖 信 號 直流電機調(diào)速器：設(shè)計要求 本例針對某額定電壓 48V、額定功率 200W、額定轉(zhuǎn)速 2022轉(zhuǎn) /分的直 流無刷電機設(shè)計調(diào)速器，設(shè)計要求如下： ① 基于 C8051F020單片機設(shè)計調(diào)速控制電路。 ② 電機驅(qū)動電路采用三相全橋型功率放大電路，其結(jié)構(gòu)見下頁圖 示，功率管采用 MOSFET或 IGBT。在單片機和功率管之間，還需 要光電隔離和功率管驅(qū)動器電路。 ③ 以電位計為輸入，實現(xiàn) 2022～ +2022轉(zhuǎn) /分的無級調(diào)速功能。 ④ 用數(shù)碼管顯示電機轉(zhuǎn)速，精度達到 1轉(zhuǎn) /分。 直流電機調(diào)速器：設(shè)計要求 三相全橋型功率放大電路 直流電機調(diào)速器：設(shè)計提示 ① 無刷直流電機的控制原理，請參閱 《 直流無刷電動機原理及應(yīng)用 》(第 2版 ) ，張琛編著，機械工業(yè)出版社， 2022年出版。 ② 直流無刷電機控制包括相位控制和轉(zhuǎn)速控制。相位控制有時稱為內(nèi)環(huán)控制，就是在霍爾傳感器輸出信號過零時切換定子導(dǎo)通相，使轉(zhuǎn)子隨定子磁場旋轉(zhuǎn)。基于霍爾傳感器信號還可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制，這是因為傳感器輸出的脈沖信號的頻率與轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖信號的頻率即可計算出轉(zhuǎn)速，將該測量的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速相比較，對繞組電流進行閉環(huán)控制，就可以使電機達到要求的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速控制有時稱為外環(huán)控制。 ③ 為了提高利用霍耳傳感器測速的精度，高速時應(yīng)采用測頻法，低速時應(yīng)采用測周法。 直流電機調(diào)速器：設(shè)計提示 ④ 許多 51型單片機或 PIC型單片機內(nèi)部帶有 A/D轉(zhuǎn)換器和 PWM波產(chǎn)生器，利用它們進行設(shè)計可以大大簡化外部電路。除可采用 C8051F020單片機外，還可選用 ADuC83 PIC16C73等單片機作為微控制器。 ⑤ 霍爾傳感器信號經(jīng)整形后送入單片機的外部中斷管腳，用于相位控制和轉(zhuǎn)速控制；調(diào)速電位計的輸出電壓信號送入單片機 A/D管腳，經(jīng)轉(zhuǎn)換后作為用戶給定轉(zhuǎn)速；單片機輸出 PWM波作為功率放大電路的指令信號，其代表的控制量可用于調(diào)節(jié)電機的速度。 簡易 MP3播放器設(shè)計 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、無機械磨損、抗振動、便攜性好等優(yōu)點。此外，通過采用高壓縮率和大容量存儲器，一臺計算器大小的 MP3播放器中可以存儲數(shù)百首歌曲，并可以通過 PC機下載和更新。本例設(shè)計一臺基于單片機 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、 Flash存儲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。單片機電路是 MP3播放器的核心，它先從片外的 Flash存儲器中讀取數(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，數(shù)字音頻信號在音頻處理電路中經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號，并經(jīng)音頻放大器放大，然后輸出至耳機。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存儲器L C D鍵 盤 電 源音 頻處 理電 路U S B接 口耳 機A T 8 9 C 5 1 S N D 1 CMP3播放器的組成 MP3播放器：設(shè)計要求 ① MP3播放器使用的音樂文件存放在片外的 Flash存儲器中，存儲器容量不小于 32MB。 ② 功能鍵共 6個，分別定義為播放 /暫停 /開機、停止 /關(guān)機、快進、快退，音量 +、音量 。開機時，按下 “ 播放 ” 鍵并保持 3秒后開機；關(guān)機時，按下 “ 停止 ” 鍵并保持 3秒后關(guān)機。 ③ MP3播放器可以用實驗電源或電池供電。 ④ LCD能以中 /英文顯示曲目信息。 ⑤ MP3播放器通過 PC機通信，并能在驅(qū)動軟件的輔助下下載音樂文件。 MP3播放器：設(shè)計提示 ① 采用集成 MP3解碼器和 USB控制器的單片機，如 AT89C51SND1，ST72681等。 ② 大容量 Flash存儲器可選用 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?；?SPI口的串行音頻 D/A轉(zhuǎn)換器具有接線少、抗干擾能力強等優(yōu)點，有利于提高音頻還原質(zhì)量?？蛇x的音頻 D/A轉(zhuǎn)換器有 CS43 CS4338等。 ④ 采用電池供電時，應(yīng)設(shè)計高效率 DC/DC電源模塊，實現(xiàn)單節(jié)電池供電，并延長播放器工作時間。 MP3播放器：設(shè)計提示 ④ 采用 DS18B20設(shè)計時，應(yīng)參考其數(shù)據(jù)手冊，了解單總線器件的使用方法。 DS18B20內(nèi)部集成有補償電路和 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。其缺點是成本較高，同時利用單總線讀取數(shù)據(jù)需要較長的時間。在對成本和實時性要求不高的場合，可優(yōu)先采用 DS18B20進行設(shè)計。 ⑤ 單總線器件與單片機接口時只占用單片機的一位 I/O口，而且具有信號傳輸距離遠的優(yōu)點，但單片機對它的讀寫要占用較長的時間。在集總式設(shè)計場合，中央處理器要采集大量數(shù)據(jù)，因此不能在每路信號的讀寫上都花費大量時間，此時，可以用 FPGA或 CPLD等器件專門進行多路信號的串并轉(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 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計選題
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