【正文】 壓輸入給控制器，實現(xiàn)調(diào)速功能。用程序語句控制PWM信號的周期和高電平持續(xù)時間，從而控制電機電樞電壓，即可達到調(diào)速目的。CCP(捕捉輸入/比較輸出//PWM輸出)模塊是PIC16F72芯片的重要組成部分，它有3種工作方式:捕捉方式、輸出比較方式和脈寬調(diào)制方式。在線串行編程 PWM信號在PIC單片機中的處理改變直流電動機轉(zhuǎn)速的方法分為勵磁控制法(控制磁通)與電樞電壓控制法(改變電樞端電壓)。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 斷電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以后時，使芯片保持復(fù)位，當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運行 上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立8位定時器/計數(shù)器 TMR2,帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器(2)微控制器特性 有1路捕捉輸入/比較輸出/PWM輸出(CCP) 雙向可獨立編程設(shè)置I/O引腳 高驅(qū)動電流，I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管(LED)顯示每個I/O引腳最大灌電流25mA。（4）RC0RC7：數(shù)字I/O（5）RB0RB7：數(shù)字I/O （6）VDD：+5V電壓輸入 PIC16F72單片機的功能特性(1)功能部件特性 轉(zhuǎn)把復(fù)位信號：由單片機的第4腳讀入剎車信號：剎車信號由單片機的第5腳讀入。（2）RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。 PIC16F72單片機管腳排列及功能定義圖35 PIC16F72單片機管腳圖（1）MCLR:清除（復(fù)位）輸入。(8)應(yīng)用平臺界面友好，開發(fā)方便Microchip公司為用戶提供了周全的技術(shù)方案，不管是對初學(xué)者還是后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)，都提供了完善的硬件和軟件支持，包括各種檔次的硬件仿真器和編程器。(6)驅(qū)動能力強 PIC系列單片機I/O端口驅(qū)動負(fù)載的能力較強，每個輸出引腳可以驅(qū)動多達2025mA的負(fù)載，既能夠高電平直接驅(qū)動發(fā)光二極管LED、光電耦合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅(qū)動，這樣可以大大簡化控制電路。(4)指令特色 PIC系列單片機的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡單和代碼壓縮率高等優(yōu)點。RISC技術(shù)并非只是簡單地去減少指令，而是著眼于如何改善計算機的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計算機的運算速度。(2) 哈佛總線結(jié)構(gòu)如圖34所示，PIC系列單片機在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴展指令的字長奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。PIC系列單片機具有如下特點:(1)單片機種類豐富PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。使之具有卓越的性能，代表著單片機發(fā)展新的潮流。PIC單片機以其獨特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計，逐漸被廣大工程設(shè)計人員接受Microchip公司是一家集開發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的專業(yè)單片機芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的思路，具有很強的技術(shù)特色?？紤]到該設(shè)計要與市場接軌，因此價格問題尤為重要，要選擇一個性價比較高的單片機，包括單片機的單片價格和開發(fā)系統(tǒng)的造價。電子產(chǎn)品的安全性是一個非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機的安全性必須達到系統(tǒng)要求。在無刷電機控制中，脈寬調(diào)制PWM ( PulseWidth Modulation)技術(shù)廣泛應(yīng)用，因此所選單片機應(yīng)具有脈寬調(diào)制輸出端口。通過對該系統(tǒng)分析，8位單片機可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。本設(shè)計采用PIC16F72單片機作為主控芯片，不僅可以實現(xiàn)專用控制芯片MC33035的全部功能，而且容易實現(xiàn)系統(tǒng)擴展，通過軟硬件設(shè)計，實現(xiàn)多功能的電機控制。 自舉電路原理圖33 驅(qū)動電路以一相為例，如圖33所示，當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時，IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容C8充電，三極管C極電壓近似等于電源正極電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時，隔離二極管D2截止，自居電容C8儲存的電荷給三極管C極供電，IR211HO為高，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動MOSFET管柵極，使上管保持導(dǎo)通。輸出驅(qū)動MOSFET接成源極跟隨器，另一只輸出驅(qū)動MOSFET接成共源極電路，高端的脈沖發(fā)生器驅(qū)動HV電平轉(zhuǎn)化器并觸發(fā)RS閂鎖置位或復(fù)位。低端延時電路可簡化控制脈沖定時要求，兩路輸出的傳播延時匹配的。以提高抗擾能力。當(dāng)VDD低于欠電壓閥值時，欠電壓UV檢測電路關(guān)閉兩路輸出。HO和LO輸出分別與HIN和LIN輸入同相位。高端輸出HO和低端基準(zhǔn)輸出LO分別以浮置電位VBS和固定電位Vcc為基準(zhǔn)。其推薦典型工作參數(shù)如表32所示。IR2110 浮置電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達500 V ,工作頻率可達到500 kHz。由于邏輯信號均通過電平耦合電路連接到各自的通道上,容許邏輯電路參考地(USS) 與功率電路參考地(COM) 之間有 5 V和+ 5 V 的偏移量,并且能屏蔽小于50 ns 的脈沖,這樣有較理想的抗噪聲效果。 逆變開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計 IR2110功能介紹(1) IR2110的特點有：輸出驅(qū)動隔離電壓可達500V；芯片自身的門輸入驅(qū)動范圍為10~20V；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動輸出，可驅(qū)動高壓高頻器件，如IGBT、功率MOSFET等，且工作頻率高可達500KHz ，開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；邏輯電源的輸入范圍（腳9）5~15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配。電樞額定電流IaH=，因為每個控制元件導(dǎo)通120o,所以控制元件的峰值電流可以由以下方程算出。GTO電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負(fù)脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低IGBT開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及GTO 近年來由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號處理的場合上，也有越來越多類比訊號處理的積體電路可以用MOSFET來實現(xiàn)。由于采用自控式逆變器，無刷直流電動機輸入電流的頻率和電機轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電動機的重要優(yōu)點之一。第3章 無刷直流電動機硬件設(shè)計 逆變主電路設(shè)計 功率開關(guān)主電路圖31 功率開關(guān)主電路原理圖逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機供電。（3）位置傳感器位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。（2）功率驅(qū)動單元主要包括功率開關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。 無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框圖,可繪出無刷直流電動機控制系統(tǒng)框圖,如圖21所示:圖21 電動機驅(qū)動控制框圖（1）微控制器主要功能是根據(jù)電動機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個輸出信號，將它們處理成功率驅(qū)動單元的六個功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動順序。當(dāng)前，國內(nèi)外對無刷直流電機無位置傳感器的控制方法主要有反電勢法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測法、脈沖檢測法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。無刷電機控制方法主要分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。近幾年，國外一些大公司紛紛推出較MCU性能更加優(yōu)越的DSP(數(shù)字信號處理器)芯片電機控制器，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C24系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，都是由一個以DSP為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)，使體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。該控制系統(tǒng)的缺點是智能性差，保護措施有限，系統(tǒng)升級空間小。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下，提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池，以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能:對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案:一種采用專用集成電路。 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計方案 設(shè)計方案比較無刷直流電動機兼有直流電動機調(diào)整和起動性能好以及異步電動機結(jié)構(gòu)簡單無需維護的優(yōu)點，因而在高可靠性的電機調(diào)速領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。（3）對電動機進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。4．控制器控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：（1）對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號、PWM調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和停車信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各開關(guān)管的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及停車控制。因此，國內(nèi)外對無刷直流電動機的無位置運行方式給予高度重視。在無刷直流電動機系統(tǒng)中安裝機械式位置傳感器解決了電機轉(zhuǎn)子位置的檢測問題。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機本體同軸，以跟蹤電機本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。3．位置檢測器位置檢測器的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。橋式主電路所用的開關(guān)管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動機的逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。（3）電路成本。無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動大。從這個角度來看，三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。與普通直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。不同的組合使電動機產(chǎn)生不同的性能和成本。2．逆變器 目前，無刷直流電動機的逆變器主開關(guān)一般采用IGBT或功率MOSFET等全控型器件，有些主電路已有集成的功率模塊（PIC）和智能功率模塊（IPM），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。定子的結(jié)構(gòu)與普通同步電動機或感應(yīng)電動機相同，鐵心中嵌有多相對稱繞組。所以無刷直流電動機的電機本體實際上是一種永磁同步電機。1．電機本體無刷直流電動機最初的設(shè)計思想來自普通的有刷直流電動機，不同的是將直流電動機的定子、轉(zhuǎn)子位置進行了互換，其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，有多相對稱繞組。隨著無刷直流電動機應(yīng)用范圍的擴大，智能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視。目前，專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三個最主要的理論和方法。（2）智能控制。存在轉(zhuǎn)矩脈動是無刷直流電動機的固有缺點，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善之中。2 定子三次諧波檢測法。在很多應(yīng)用場合，例如空調(diào)器和計算機外設(shè)都要求無刷直流電動機以無轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運行。目前，無刷直流電機的研究主要集中在以下方面：（1）無機械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。由于稀土永磁材料的矯頑力高、剩磁大，可產(chǎn)生很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉(zhuǎn)子半徑，減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控機床、機器人等應(yīng)用中，無刷直流電機比交流伺服電機和直流伺服電機顯示了更多的優(yōu)越性。尤其在節(jié)能已成為時代主題的今天，無刷直流電機高效率的特點更顯示了其巨大的應(yīng)用價值。 無刷直流電動機的應(yīng)用與研究動向現(xiàn)階段，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機正受到普遍的關(guān)注。 工作特性 電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖15所示。圖14 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為： （12） （13）從機械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無刷直流電動機與一般直流電動機一樣，具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。圖13 機械特性曲線簇當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時，流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。 圖12 無刷電動機位置檢測及開關(guān)管驅(qū)動信號表12 無刷電動機直流通電控制方式開關(guān)切換表旋轉(zhuǎn)方向位置傳感器逆變橋開關(guān)管驅(qū)動信號ABCT1T2T3T4T5T6正轉(zhuǎn)001000011010001100011000110100110000101100001110011000反轉(zhuǎn)001011000010100001011110000100000110101001100110000011 無刷直流電動機的運行特性 機械特性無刷直流電動機的機械特性為： （11）UT開關(guān)器件的管壓降Ia電樞電流Ce電機的電動勢常數(shù)每級磁通量可見無刷直流電動機的機械特性與一般直流電動機的機械特性表達式相同，機械特性較硬。同理，其他開關(guān)管的導(dǎo)通時刻也可以按同樣方法確定。理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差120度