无刷电机的proteaus仿真(共65页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录35566779910131314141566792021222323252627293233333435375 3838404446总4791363专心-专注-专业 无刷直流电动机的单片机控制与仿真设计总说明无刷电动机是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机，与传统的直流电动机相比，其具有过载能力强，低电压特性好，启动电流小等优点，同时由于采用了电子换向取代了机械换向，使电动机的使用寿命得到很大的提高，所以近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势，研究无刷直流电动机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。 无刷电动机是一个高阶次、多变量、不稳定、强耦合

2、的非线性系统，对无刷电动机的控制难度要大大高于传统的直流电动机，所以在完善无刷直流电动机硬件的基础上，研究探索无刷电动机的控制算法，并把算法通过与嵌入式微处理器（MCU）结合将算法应用到实际的控制系统中，这已成为当今电动机控制领域的一大热点。本设计硬件部分通过Proteus进行仿真，通过Proteus搭建无刷直流电动机转速控制系统的仿真平台。软件部分则以keil C51为开发环境，基于80C51的控制核心，主要用C语言进行编程。在实现了直流无刷电动机开环速度调节的基础上，引入闭环转速调节和PID控制策略，同时加入了按键检测以及转速显示，最后实现了对电动机的加速、减速、正反转等控制以及在消除速度

3、误差及稳速方面做了积极地探索。最后为实际系统的设计提供了有效的理论实践基础。 在本次设计的核心是在以80C51芯片为控制单元的硬件基础同时采用位置式PID算法。每隔一定的周期对无刷电动机的转速进行检测，然后利用AD转换器将采集到的转速信号经转换后变成实际的转速，利用静态LED显示单元将转速显示出来同时将此转速信号与设定目标作差，将差值输入PID控制器，经过PID控制算法的运算得到的结果作为控制信号，根据控制信号改变驱动无刷电机的逆变器的场效应管的导通时间和换向方式，从而使转速逐渐接近目标转速。本次设计的硬件基础是基于Proteus仿真平台搭建的。Proteus是著名的EDA工具，是目前唯一能将

4、电路仿真软件，PCB设计软件和虚拟模型仿真三合一的实验平台，其不仅可以在虚拟环境中完成硬件电路的设计，还实现了从概念到产品的完整设计。其处理器模型支持51系列、AVR系列、ARM系列等主流嵌入式处理器，在编译方面也支持keil C51、MATLAB等众多编译器。在进行进行仿真时支持实时调试，实现各种控制算法并观测输出结果，有助于降低开发成本和开发周期，提高设计效率。本次设计利用Proteus元件库所提供的硬件模型（主要有80C51、IR2101、74ls373、AD1674、MOSFET等）搭建了直流无刷电动机的驱动电路、转速检测电路、按键检测电路、以及转速显示电路。在结合Keil进行软件系统

5、的开发，成功地实现了无刷直流电动机转速控制系统的仿真，同时利用Proteus提供的虚拟仪表观测了单片机输出的控制脉冲的波形、电动机各项的实际电压、转速输出的波形等直流无刷电机的控制参数。Keil是51系列兼容单片机C语言的开发系统，C51在功能上，结构性，可读性，可维护性都远超汇编语言（ASM），由于ASM的编程需要过多的考虑到芯片内部的结构，所以缺乏可移植性，而且程序往往会变得很复杂。使用C51就能避免这些问题，借助丰富的库函数，C51能利用较少的代码实现诸如求正切这样复杂的函数，甚至能较轻松地编出复杂的嵌入式系统，而且易学易用。但是Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和功能强

6、大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过集成开发环境，将这些部分组合在了一起。本次设计是在搭建出基本的硬件电路后，针对80C51进行软件模块化设计，依次完成了按键检测模块、显示模块、电动机控制模块等，为了获得准确的延时时间，本系统的延时模块采用汇编语言编写，通过汇编语言与C语言的接口（API）实现对汇编语言函数的调用。关键词：无刷直流电动机；单片机；Proteus ；C51；PID；仿真；MCUcontrol and simulation of brushless DCmotorGeneral description of the designBrushless motor is a kind

7、 of electronic commutation instead of a new generation of mechanical commutation motor. Compared with the traditional DC motor, which has strong overload capacity, low voltage characteristics, starting current, etc., also the electronic commutation is used to replace the mechanical commutation, the

8、service life of the motor has been greatly improved, so in recent years in industrial utilization is the trend to replace the traditional DC motor, the no brush DC motor drive and control technology has important practical application value.However, brushless motor is a high-order, multivariable and

9、 unstable, nonlinear system with strong coupling, must not have the control difficulty of the brushless motor is much higher than that of the traditional DC motor, so in the perfect hardware of Brushless DC motor based on, study and explore the brushless electric machine control algorithm and the al

10、gorithm by bind to and embedded microcontroller unit (MCU) algorithm is applied to actual control system, it has become a hot spot in the current motor control field.The design of the hardware part of the Proteus simulation by Proteus build no brush DC motor speed control system simulation platform.

11、The software useskeilC51 as development environment,control corebased on 80C51,the main use of Clanguage programming.In the realization of the of DC brushless motor speed regulation based, and joined the closed-loop speed control, position type PID control strategy is introduced, also joined the key

12、 detection and speed display, and finally to achieve the motor acceleration, deceleration, positive and negative rotation control and in the elimination of speed error and steady speed do active exploration.Finally,provides atheoretical and practical foundationfor the design of the actual systemeffe

13、ctively.PID refers to theproportional integraldifferential control,is a linear combination ofproportional,integral and differentialcontrol.In thesingle loop control system,the disturbance makes the controlledparameters deviate fromthe given value,resulting indeviation.Automatic control system of reg

14、ulating unit will come from value, measurement of the transducer, and the given value comparison of deviation ratio, integral and derivative (PID) algorithm and output standard signal, to control the action of the implementing agencies, in order to realize the automatic control of temperature, press

15、ure, flow, and other process parameters.The PID controller is simple and easy to understand, without the use of accurate grasp system model and other prerequisites, thus it has become the most widely used controller.In this design,theposition type PIDalgorithm based on 80C51.Using AD converter will

16、be collected the speed signal after conversion into actual speed signal and speed signal and set a goal for the poor, the differential input PID controller, through the PID control algorithm to obtain the control signal.Proteus is famous EDA tools, is the only way to circuit simulation software, PCB

17、 design software and virtual model to simulate the experimental platform. It can not only complete the hardware circuit design in virtual environment, but also to achieve a complete design from concept to product.The processor model support series of 51, AVR, arm series mainstream embedded processor

18、, in the compilation also supports many compiler Keil C51, MATLAB, etc.In the simulation support real-time debugging and achieve a variety of control algorithm and observe the output results, to reduce the development cost and cycle, improve the design efficiency.A DC brushless motor control paramet

19、ers studied the design using Proteus component library provided by the hardware model (mainly 80C51, ir2101, 74ls373, AD1674, MOSFET) steps to build a DC brushless motor drive circuit, speed detection circuit, a key detection circuit, and the speed display circuit and successfully realized the simul

20、ation of the brushless DC motor speed control system, and provided by Proteus virtual instrument.Keil is 51 series compatible microcontroller C language development system, C51 in function, structure, readability, maintenance of far exceeds that of assembly language (ASM), due to the ASM programming

21、 need too much considering the chip internal structure, so the lack of portability and programs tend to become very complex.Using C51 can avoid these problems, with rich library function, C51 can use less code to achieve functions such as calculating tangent of such a complex and even easier to comp

22、ile a complex embedded systems, and is easy to learn and use.Keil offers, including the C compiler, macro assembler, linker, library management and powerful simulation debugger, complete development plan, through the integrated development environment, the combination of these sections together.This

23、 design is after build the basic hardware circuit and is designed for the 80C51 of modular software design. In order to complete the key detection module, display module, motor control module, in order to obtain the exact delay time and the system time delay module using assembly language to write,

24、through the assembly language and C language interface (API) implementation calls the function of assembly language.Keywords: brushless DC motor;control;simulation;C51; proteus1 绪论1.1课题研究的背景和意义无刷直流电动机是上世纪六七十年代发展起来的结合了多学科技术的一种新型电动机，其最大特点就是没有换向器（整流子）和电刷组成的机械接触机构。它通常采用永磁体为转子，没有激磁损耗；发热的电枢绕组又通常装在外面的定子上，这

25、样，热阻较小，散热容易。结合机电一体化，具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性、无换向火花等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点无刷直流电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型直流电动机，它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。与普通直流电动机相比，无刷直流电动机既有相似点，也有其独有的特点。所谓相似点，在结构上无刷电动机和有刷电动机有相似之处，也有转子和定子，只不过和有刷电动机的结构相反；有刷电动机的转子是线圈绕组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电动机的转子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈。去掉了有刷电动机用来交替

26、变换电磁场的换向，故称之为无刷电动机（Brushless motor）。所谓不同点，在工作原理上无刷直流电动机是采用开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。需要三相桥式逆变电路将直流电变成三相电，同时无刷直流电动机一般带有位置传感器位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。而且无刷电动机去除了电刷，没有了有刷电动机运转时产生的电火花，极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。同时，运转时摩擦力大大减小

27、，运行顺畅，噪音会低许多，增加了系统的稳定性。因为少了电刷，无刷电动机的磨损主要是在轴承上，从机械角度看，无刷电动机几乎是一种免维护的电动机了，只需做一些除尘维护即可。正是由于无刷电动机有如此多的优势，二十一世纪伊始至今掀起了无刷电机替代传统的直流电动机热潮，许多学校和科研机构都投入到无刷电动机的研究当中。有人说二十一世纪是“无刷电机广泛运用的时代”目前无刷电动机已广泛应用于各种领域，如宇宙航行、航海、医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业和轻工机械等。1.2本课题的研究现状目前永磁无刷电动机的研究热点分为两个方向，一是对无位置传感器的无刷电机转子位置检测及转速估算，二是如

28、何改进永磁无刷电动机的控制算法。发展较为完善的无位置传感器位置信号检测方法主要有四种：续流二极管法、反电动势法、电感法以及状态观测法。其中“反电动势法”是目前最常见和应用最广泛的一种。但这种方法是以忽略电枢反应影响为前提的，所以存在一定的固有误差。大功率型永磁无刷直流电动机的电枢反应对气隙合成磁场的影响十分明显，所以大功率永磁无刷电机的反电动势过零点与总的感生电动势过零点电动势不重合，这就使电枢反应的影响扩大，导致检出的转子位置误差增大。由于电动机静止或转速较低时的反电动势很小几乎为零，所以几乎无法通过反电动势过零点检测来得到正确的位置信号。这就导致电动机启动困难，且使得严电动机的调速范围变窄

29、。所以，研究如何在无位置传感器永磁无刷直流电动机中采用何种控制算法使得能更精确的检测转子的位置信号就成为当前一个十分重要的课题。随着单片机技术的发展以及数字信号处理器（DSP）的应用和推广，使得位置检测可以通过IC芯片配合一定算法实现。采用MCU以实现无位置传感器的位置检测和估算已成为研究的热点和趋势。 永磁无刷直流电动机转速控制系统设计的一个重要发展方向就是采用数字信号处理器的数字控制电路。以MCU芯片为核心的控制系统并不是一个单纯依靠硬件控制电路，它还必须与合理的软件控制策略相配合。这也为控制系统的设计带来更大的灵活性。软件设计必然涉及控制算法的研究和应用。永磁无刷电动机的转速、电流控制必

30、须由硬件系统的配合具有正确的控制算法的软件系统才能有良好的闭环控制效果。而不同的的控制算法能直接影响控制效果的好坏。1.2.1国外研究现状美国的科学家早在二十世纪三十年代就开始研制以电子换向来代替电刷机械换向的无刷直流电动机，并取得了一定的科研成果。但是当时大功率电力电子器件刚刚得到发展，没有理想的电子换向代替机械向的器件，使得无刷电动机只能停留在实验室研究阶段。美国D.哈里森等人在1955年首次成功实现了应用晶体管换向代替电动机机械换向，这是现代无刷直流电动机的原型，但由于该电动机尚无启动转矩故依然只能停留在研究阶段。后来又经过人们多年的努力，通过霍尔元件进行转子位置检测来实现换向的无刷电动

31、机终于在1962年问世，从而开创了无刷直流电动机产品化的新纪元。七十年代以来，随着电力电子工业飞速发展，许多新型的高性能半导体功率器件相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为无刷电动机及其调速系统的广泛应用奠定了坚实的基础。又经过40多年的发展，目前无刷直流电动机及其调速系统在技术上已经比较成熟，在大量应用中已显示出优良的特性，应用范围几乎覆盖所有电动机的驱动领域，并可以起到其他类电动机所不能达到的功能。国际上一些专家指出，21世纪是无刷电动机广泛应用大发展的时期，将为所有新一代的机电一体化产品设计师所采用。现代的永磁无刷直流电动机转速控制系统在硬件上有着朝总线化发展的趋势，而在软件上则朝着嵌

32、入式操作系统平台发展的趋势，从而可以使得控制系统自身就具有局域网甚至互联网上网的功能，这样就为远程监控提供了方便。1.2.2国内研究现状我国直流永磁无刷电动机的研制工作开始于二十世纪七十年代，主要集中在一些科研院校。经过三十多年的发展，目前我国已有几种系列产品生产，如ST系列，1FTS系列，ASM系列等，但到目前为止仍无国家标准。限于我国元器件水平及相关理论没有得到充分的实践验证，尤其是制造工艺和加工设备较国际先进水准差别较大，所以目前我国的永磁无刷直流电动机的综合研制水平仍低于国际先进水平，有待于进一步的研发。目前，国内研发的和生产的永磁无刷电动机主要用于军工设备，而在空调器、电冰箱、洗衣机

33、及微型风机等方面应用无刷电动机仍需大力推广。 图1-1无刷电动机实物图1.3课题研究的主要内容本课题首先研究了直流永磁无刷电动机的数学模型，理解其状态空间表达式的推导过程，然后选择合适的控制方式，再利用Proteus仿真平台，搭建无刷电动机的驱动电路、控制电路、转速显示电路完成硬件设计，利用keil C51编写程序从而实现永磁无刷电动机的调速、正转、反转、转速显示、档位显示。最后，通过AD转换器对无刷电动机进行速度信号采集，引入PID控制策略，形成转速单闭环控制，在如何减小误差及保持转速稳定方面做了积极的探索。本论文分为五章。各章内容如下：第1章对本课题的背景、意义以及无刷电动机的研究现状进行

34、了综述。第2章阐述永磁无刷直流电动机的工作原理，推导其机械特性，并最终得到其数学模型。第3章主要介绍永磁无刷直流电动机转速控制系统的硬件设计部分，各部分电路的工作原理、元件选型等。第4章主要介绍永磁无刷直流电动机转速控制系统的程序部分，阐述各部分程序所实现的功能，以及PID算法的程序化。第5章主要介绍了使用Proteus对软件部分硬件部分综合仿真以简单开环的转速控制系统作为对比，分析仿真后的波形。最后对本文主要工作进行了总结，并对后续工作提出展望。 2 永磁无刷直流电动机的工作原理2.1直流无刷电动机的结构 与一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性，其组成是不一样的。除了电动机本身外，前者

35、还多一个换向电路，电动机本身和换向电路紧密结合在一起。许多小功率电动机的电动机本身是与换向电路合成一体，从外观上看直流无刷电动机与直流电动机完全一样。直流无刷电动机的电动机本身是机电能量转换部分，它除了电动机电枢、永磁两部分外，还带有传感器。电动机本身是直流无刷电动机的核心，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场，使直流无刷电动机摆脱一般的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求，并向着省铜节材、制造简便的方向发展。永磁磁场的发展与永磁材料的应用密切相关，第三代永磁材料的应用，促使直流无刷电动机向高效率、小型化、节能方向迈进。为了实现电子换

36、向必须有位置信号来控制电路。早期用机电位置传感器获得位置信号，现已逐步用电子式位置传感器或其它方法得到位置信号，最简便的方法是利用的电势信号作为位置信号。实现电动机转速的控制必须有速度信号。用获得位置信号相近方法取得速度信号，最简单的速度传感器是测频式测速发电动机与电子线路相结合。直流无刷电动机的换向电路由驱动及控制两部分组成，这两部分是不容易分开的，尤其小功率用电路往往将两者集成化成为单一。在功率较大的电动机中，驱动电路和控制电路可各自成为一体。驱动电路输出电功率，驱动电动机的电枢绕组，并受控于控制电路。目前，驱动电路已从线性放大状态转成脉宽调制的开关状态，相应电路组成也从晶体管分立电路转成

37、模块化集成电路。模块化集成电路有功率双极晶体管、功率场效应管和隔离栅场效应双极晶体管等组成形式。虽然，隔离栅场效应双极晶体管价格较贵，但从可靠安全和性能角度看，选用它还是较合适的。控制电路用作控制电动机的转速、转向、电流(或)以及保护电动机的过流、过压、过热等。上述参数容易转成模拟信号，用此来控制较简单，但从发展来看，电动机的参数应转换成数字量，通过数字式控制电路来控制电动机。当前，控制电路有专用集成电路、微处理器和等三种组成方式。在对电动机控制要求不高的，专用集成电路组成控制电路是简单实用的方式。 与有刷直流电动机不同，BLDC电动机具有固定的电枢与旋转的磁场。因此，BLDC电动机无需像有刷

38、直流电动机那样使用换向器和电刷来使电动机转动。它的主要组成：电动机本体、转子位置传感器以及电子换相电路。直流无刷电动机结构如图2-1： 图 2-1 直流无刷电动机结构 电动机本体的主要部件是定子和转子。定子部分与有刷电动机不同，直流无刷电动机的定子最主要的部件就是线圈绕组了。电动机要把电能转化为机械能，就要把转子动起来，转子转起来就可得到相互作用的磁场，当直流无刷电动机接上电源后，电流就会接入线圈，就会得到磁动势，和转子的磁场相互作用，就会得到电功率，从而实现电动机把电能转化为机械能的这一过程。直流无刷电动机的转子对电动机来讲有比较重要的地位，它是产生励磁磁场的主要器件之一。 图2-2直流无刷

39、电动机逆变器结构图直流无刷电动机要能够转动起来，除了电动机本体以外，还需要电子换相电路与转子位置传感器的共同配合。这当中，使用转子位置传感器的目的是来检测转子磁极的位置，并将这个位置信号及时传给电动机控制器，让它能够正确地驱动电子换相电路。电子换相电路（如图2-2所示）由六只晶体管组成，它在电动机运转当中有着至关重要的作用。2.2 直流无刷电动机工作原理 直流无刷电动机是由电动机主体和驱动器两部分组成。由于没有电刷，所以要将转子制作成永磁体,而将线圈绕组放在定子上去，这样修改后的结构正好与一般直流电动机恰恰相反；然而，如果只给直流无刷电动机通入固定的直流电流，那么直流无刷电动机只可以产生不变的

40、磁场，直流无刷电动机不能转动起来，为了能够使电动机转动起来，只有实时检测直流无刷电动机转子的位置，再根据转子的位置给直流无刷电动机的不同相通以对应的电流，使定子能够产生方向均匀变化的旋转磁场，电动机6步通电顺序如图所示，每步三个绕组中一个绕组流入电流，一个绕组流出电流，一个绕组不导通。通电顺序如下： 1.V1、V4 2. V5、V4 3. V5、V2 4. V3、V2 5. V3、V6 6.V1、V6 磁场开始旋转，由于磁力作用转子磁极被牵引旋转。磁场顺时针旋转的时候，电动机顺时针旋转的顺序：123456；磁场逆时针旋转的时候，电动机逆时针旋转的顺序：654321。 图2-3电动机6步通电顺序

41、通过六只晶体管组成的换相电路，来给电动机供电。它的换相过程如图2-4所示：图2-4换相过程示意图霍尔传感器输出的二进制编码控制6个功率管的导通，它由逻辑电路或软件编程实现。此外，可以通过改变定子绕组电压的大小来改变电动机速度。最终实现了BLDC电动机的调速控制。所谓霍尔传感器，是指利用霍尔效应制成的传感器。霍尔效应是一种电磁效应，是指运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，被称为霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍

42、尔电压值一般只有几毫伏，但如果通过功率放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。图2-5 霍尔传感器工作原理示意图图2-6 无刷电机中的霍尔传感器 2.3直流无刷电动机特性2.3.1机械特性在机械特性的表达式上，BLDC电动机的机械特性和一

43、般直流电动机相比都具有比较好的机械特性。无刷电动机的机械特性曲线簇见图27。 图2-7机械特性曲线簇直流无刷电动机在转矩较低时机械特性最好，在转矩较大、转速较小的情况下机械特性有所变化。曲线向下弯曲的原因是,在转矩很大、转速较小的情况下。电流会变得很大，造成管压降变化加快，使电压减小。机械特性曲线就会偏离原来的直线。2.3.2调节特性BLDC电动机的调节特性如图28所示 图2-8 无刷电机的调节特性从图2-5上能够看出，BLDC电动机具有较好的调节特性。较好的机械特性和调节特性为BLDC电动机良好的调速性能打下了基础。 2.4永磁无刷电动机的数学模型无刷直流电动机(BLDCM) 既有传统直流电

44、动机的调节特性，又有交流电动机无刷的优点，在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，近年来得到迅速推广。以三相六状态 BLDCM为对象，分析直流无刷电动机的数学模型及电磁转矩特性。当忽略齿槽效应和电枢反应，三相绕组电压方程可以表示为： (2-1)式中：、表示电动机定子绕组相电压；、表示电动机定子绕组电动势；、 表示电动机定子绕组相电流；、分别表示电动机绕组自感和定子绕组之间的互感；表示电动机定子绕组电阻；p为微分算子。转矩方程 (2-2)运动方程为 (2-3) 式中，为阻尼系数，为负载转矩; 为转动惯量。上述两式表明，电动机反电势、相电流、转速与负载转矩存

45、在着相互关系，一些变量具有时变特性，系统存在干扰等，传统的PID控制器难以适应。2.5本章小结本章主要分析直流无刷电动机的工作原理及控制过程同时介绍了无刷电动机的数学模型，并在此基础上对直流无刷电动机的机械特性、调节特性简单分析。分别与传统直流电动机和三相交流电机的机械特性作比较，突出无刷电机的优良性能。在最后得出其转矩方程和运动方程以便之后对系统能更好的分析设计。3 BLDC控制系统的硬件设计 硬件部分的组成框图如图3-1所示，主要部分由控制核心、转速显示部分、档位显示部分、按键检测部分、转速检测及反馈部分、电动机驱动电路，六部分构成。 图3-1 无刷直流电动机控制系统硬件组成3.1 控制核

46、心及按键电路 控制核心采用Atmel公司的80C51芯片，80C51属于MCS-51系列单片机，80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，及一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。 图3-2为控制核心与按键检测部分的基本接线，图中C1C3、R1、R2、CY构成了单片机最小系统，CY是12MHZ的石英晶振。复位电路采用按键复位。图中B1B5是5个自复位按钮。 由于所需按键比较少，采用

47、独立按键，使用点动开关分别实现启动（OPEN）、加速（UP）减速（DOWN）、反转（CPL）、停止（CLOSE）。 图3-2 主控芯片及按键部分在本次设计中使用了80C51的外部中断接口0（INT0）用作按键检测（见图3-3），通过四个与门构成中断触发电路，当有任何一个按键按下去时tap端都会产生下降沿从而引发中断。P0口用作数据输出总线，P2口用作地址输出总线（P2.0P2.1档位显示，P2.2 pwm输出地址，P2.3转速检测地址，P2.4P2.8转速输出显示地址）图3-3 按键检测部分3.2 转速显示部分及档位显示部分显示部分均采用7端共阴极二极管配合74LS373的led静态显示，这是因为对无刷电动机控制需要严格的时间控制，虽然动态显示的硬件连接简单而且功耗低，但