无刷直流电机单片机控制调速系统设计

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1、无刷直流电机单片机控制调速系统设计【摘要】本文设计了一种无刷直流电机单片机控制系统，给出了系统的硬件构成和软件设计方案。该系统主要由AT89S52单片机和无刷直流电机专用控制芯片LM621构成，单片机是系统的核心，LM62l是专用于带霍尔位置传感器的三相或四相无刷直流电动机控制的集成电路芯片，具有比较全面的功能。电动机的位置传感器信号可以直接接至芯片上，它的输出端可以提供35mA的基极电流.可以直接驱动双极型功率晶体管或功率MOSFET管。由于LM621可以直接与外部PWM信号连接，因此，可以十分方便地实现对电动机的调速控制，本文采用单片机软件所产生的PWM信号

2、来改变加在直流电机电枢上的电压，实现系统调速。LM62l最重要的作用就是具有自动换相功能，使单片机有更多的时间进行通讯、检测、故障诊断等其他工作，为系统今后的升级提供了条件。【关键词】无刷直流电机；AT89S52单片机；LM621；控制系统1.引言9传统的无刷直流电动机控制系统一般由分立的模拟器件构成。模拟控制系统使用方便，价格便宜，应用广泛。但是，模拟器件也有本质的缺陷：元器件特征参数受温度影响；器件的老化：不便于维护、无法升级。随着微处理器性能的不断提高.以其为核心的数字控制系统正逐渐应用于无刷直流电动机的控制，并取得了非常好的效果。它终将取代模拟控制系统。

3、AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单片机上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本文设计了以AT89S52单片机和无刷直流电机专用控制芯片LM621为核心的控制系统，实现对无刷直流电机的调速控制。2.单片机控制电路设计单片机系统模块包括单片机芯片、单片机I/O口线扩展的独立接

4、口以及单片机的复位电路和晶振电路。2.1单片机的复位方式与复位电路复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作使系统处于死锁状态，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。AT89S52芯片的第9脚RESET是复位信号的输入端，复位信号时高电平有效，有效时间应该持续2个机器周期以上，若使用频率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过2us才能完成复位操作。图1单片机时钟电路内部方9图2单片机时钟电路外部方式2.2单片机的时钟电路时钟是时序的基础，AT89S52片内由一个反相放大器构成振荡器，可以由它产生时钟，时钟可以由两种方式

5、产生，即内部方式和外部方式，具体如图1和图2所示。内部方式：在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作定时元件，内部反相放大器自激振荡产生时钟。时钟发生器对振荡脉冲2分频，即若石英频率f=12MHz，则时钟频率为6MHz。外部方式：XTAL2可以不接，从XTAL1接入外部时钟。3.无刷直流电机控制专用集成电路设计由于无刷直流电机需要不断的换相，才能使电动机持续转动下去。如果通过单片机来换相，而且单片机还要监视用户界面，控制调速和转向操作，这样，单片机的负担较重。但是使用专用集成电路可以大大减轻单片机工作，腾出时间进行通讯、检测、故障诊断等其他工作。9用于无刷直流电

6、动机的专用集成电路芯片有很多种，它们大多是针对有霍尔式位置传感器的三相无刷直流电动机而设计的。它们多数具有换相功能、PWM调速功能，转向控制功能、制动控制功能、电动机相数和工作方式选择功能、保护功能、（如限流保护、欠压保护、过热保护等）。有些芯片还集成了驱动电路，可以方便地驱动小功率无刷直流电动机。本设计中使用的专用集成电路芯片是LM621。图3所示是基于LM621芯片所设计的硬件电路图。图3LM621芯片集成电路（1）LM621控制电路和驱动电路LM621外接电路如图3所示，其中5、6、7引脚接传感器。电机驱动电路由6只开关速度快、损耗低、驱动功率小的MOSF

7、ET管构成，3只P沟道的MOSFET管V1，V3，V5构成上桥臂，低电平导通，3只N沟道的MOSFET管V2，V4，V6构成下桥臂，高电平导通。由于LM621芯片可以直接驱动MOSFET管，因此，可将其16、15、14引脚接至上桥臂V1、V3、V5的栅极，13、12、12引脚接至下桥臂V4、V6、V2的栅极。上桥臂MOSFET管型号为IRF9640，下桥臂MOSFET管型号为IRF630。由于LM621内部设计有自动换相电路，MOSFET全桥的控制变得非常简单，可以完全由LM621自动完成，因此在设计单片机软件时无需考虑换相问题。（2）限流电路9与普通的直流电动

8、机一样，在无刷直流电动机