高压二相无刷电机驱动器的设计与实现

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕 业 设 计 说 明 书题目：高压二相无刷电机驱动器的设计与实现 二级学院： 电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名： 刁星 学号： 10020605 指导教师： 王雁平 职称： 副教授 评阅教师： 职称： 2014年 6月常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书5摘要针对高压二相无刷直流电动机驱动器的设计提出了基于单片机STC89C52的技术方案。在设计过程中使用了STC89C52主控芯片和IR2104驱动芯片，结合在相应软件中编写的程序，来对二相无刷直流电机进行控制。其中涵括了光耦隔离，按键，速度显示，过流保护电路等，以此来完善该驱动器的设计。本文介绍了无刷直流电机的发展及现状。还提及了二相无刷直流电机的结构和二相无刷直流电机运行的基本原理，并简单介绍了Protel DXP绘图软件。重点分析了硬件电路各部分组成及其工作原理和软件设计的详细过程。最后进一步绘制出PCB板，做出实物，从而展示实物调试运行的结果。此次设计实现了对二相无刷直流电机的驱动。并且该驱动器能够通过人机界面控制电机的启停，速度，并显示电机当前的实际速度等。关键词：二相无刷直流电机；STC89C52；IR2104；驱动器；常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书1AbstractIn view of the high pressure of two phase brushless dc motor drives design was proposed based on microcontroller STC89C52 technology solutions.In the design process using the STC89C52 master control chip and IR2104 driver chips, combined with programs written in the corresponding software, for two phase brushless dc motor control.Which include the optical coupling isolation, buttons, speed display, over current protection circuit, etc., in order to improve the design of the drive.This article describes the development and current situation of the brushless DC motor .Also referred to the structure of the two phase brushless dc motor and basic operation principle of two phase brushless dc motor .And simple introduced the Protel DXP drawing software. Analyses the hardware circuit of each parts and its working principle and software design process in detail.Finally further draw PCB, physical, and present the results of physical test and operation.This design has realized the two phase brushless dc motor drive.With man-machine interface to control the motor and the drive to rev. Stop, speed, shows the actual speed of motor current, etc.This design also on the motor over-current protection.Keywords：Two phase brushless dc motor；STC89C52；IR2104；device；常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书11目录摘要.Abstract.第一章 绪论1.1 无刷直流电动机的发展历史及现状.61.2 无刷直流电动机的特点.61.3 本论文的主要内容.8第1章 二相无刷直流电机的简介2.1 二相无刷直流电机的基本结构 2.1.1 二相无刷直流电机的电枢绕组连接方式.9 2.1.2 电枢绕组产生的磁场和电动机的磁状态.92.2 二相无刷直流电机运行的基本原理 2.2.1 霍尔位置传感器.10第2章 高压二相无刷直流电机驱动器的硬件设计3.1 系统总体原理设计框图.133.2 单片机控制及串口通信电路.133.3 IR2104驱动及过流保护电路.153.4 按键电路.183.5 速度显示电路.183.6 系统主要应用软件简介.18第四章 高压二相无刷直流电机驱动器的软件设计4.1 软件系统概述.204.2 系统程序总体设计.204.3 程序流程图及部分程序代码 4.3.1 主程序设计流程图.21常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 4.3.2 模块子程序设计流程图.22第五章 系统调试5.1 硬件调试.275.2 软件调试.285.3 软硬联调.29第六章 小结6.1 毕业设计总结与体会.306.2 论文小结.30致谢.31参考文献.32附录 A.附录 B.附录 C.I绪论附录 D.第一章 绪论1.1无刷直流电动机的发展历史及现状 针对传统直流电机的弱点，最初在20世纪30年代就有人开始研究用电子换向来取代机械换向的无刷直流电动机，并获得了一定的成功。只是因为当时大功率电子开关器件的进程还处于起步阶段，没有适合的电子换向元器件，导致了这种无刷直流电动机只能搁浅在实验室研究阶段。20世纪50年代，美国的D.Harrison首次成功地实现了用晶体管电子开关代替电刷的方案，但对无刷直流电动机来说，没有启动转矩，无法实现应用。到了六十年代，高强度稀土永久磁铁的有效利用及利用霍尔元件来实现换向的方法，为无刷直流电动机的出现提供了条件。70年代初，随着电机技术及相关应用科学的飞速发展，无刷直流电动机开始进入了实用阶段，并且先后成功研究出了正弦波和方波无刷直流电机。经过40年的发展，“无刷直流电动机”的概念已由最初的具有电子换向器的传统直流电机衍生到现在包含一切具有传统直流电机外部特性的电子换向电机。如今的无刷直流电机包含了检测元件、变速机构、控制软硬件等，成为了新一代的电机调速系统，其中体现了当今应用科学众多的最新成果，因此无刷直流电机可以称为是集合各方面技术的高科技产物，在各个领域得到了相当广泛的应用。90年代以来，无刷直流电机调速系统的逆变装置中的开关元件不仅成本降低，而且向小型化、大容量化、高频化、智能化的方向发展。在我国，无刷直流电机的研制始于70年代初期，但由于我国基础工业落后，其综合水平低于国际水平，大约相当于国外70年代末80年代初的水准。目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，并且形成了一定的生产规模。从无刷直流电动机及其控制系统的设计和制造水平来看，我国与国际水平还有着比较大的差距，虽然很多产品使用了直流无刷电机，但多数民用产品使用的仍然是国外的驱动控制模块。 随着微电子技术的迅速发展和微处理器技术的日益更新，高速微处理器和DSP(数字信号处理器)和专用控制芯片的出现，使得无刷直流电动机控制系统的运行速度、处理能力和基本性能有了很大的改善。如今，我国无刷电机驱动器市场发展迅猛，产品生产持续扩张，国家产业政策鼓励无刷电机驱动器产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。因此投资者对无刷电机驱动器市场的关注也越来越密切，这使得无刷电机驱动器市场越来越受到各方的关注。1.2无刷直流电动机的特点传统的直流电机因为具有较好的调速性能和转矩特性在工业领域中有着广泛的运用。但它有着致命的弱点：机械电刷，机械电刷的存在导致了一系列的难题，例如：造价高，维修困难，存在机械摩擦损耗、有噪声、寿命较短及电火花无线电干扰等缺33常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书点，大大地限制了它的应用范围。而无刷直流电动机既保持了传统直流电动机的优点，又革除了电刷和换向器“顽疾”的缺点。下图为常见电动机的基本性能比较： 表1-1 目前应用较为广泛的几种电动机的基本性能的比较基本性能电机类型效率体积控制特性技术性能结构寿命电机本体成本直流电动机较高小好短高无刷直流电动机机高小较好长高交流电动机低大一般长低开关磁阻电动机较低较小较好长低 无刷直流电动机的转子是由永磁体构成的，定子上绕有电枢绕组，因而转子外径相对较小，转子转动惯量也较小；并且因为无刷直流电动机具有直流电机的一般特性，只有直流电动机才能达到的最大启动转矩和最大转矩，无刷直流电动机也能达到。因此无刷直流电动机可以是实现快速的启动、停止、加减速等功能。从可靠性方面来讲，因为无刷直流电机取缔了电刷和电子换向器，也就相当于铲除了弱点的基本来源，再加上无刷直流电机没有电枢绕组的转子，意味着转子上没有电损耗，主磁场恒定，因此铁损耗极小。这一点增加了无刷直流电机的可靠性。从可控性方面来讲，直流电动机的输出转矩和绕组流过的电流成线性关系，起动转矩又大，因此其可控性很好又很方便。而无刷直流电动机的输出特性和一般有刷的流电动机很相似，只要简单的改变电动机的输入电压的大小就可以让无刷直流电机在很大的范围内进行无极调速。由此可知：和其它类型的电动机相比，无刷直流电动机不仅可靠而且损耗较小，它的电枢在定子上，直接与机壳相连，散热好，热传导系数大，因此，在相同的条件下，在相同的要求下，无刷直流电动机可以设计的更小，重量更轻。无论是在电机设计还是系统设计，节约能源，提高效率，等方面都具有重要的意义，并且有着长远的社会和经济效益。而异步电动机运行在轻载时功率因数低，增加了线路和网络的损耗，因此，提高电动机的效率，选择损耗最小、效率最高的电机是很重要的。从经济适用性方面来讲，随着电子技术的进步和电子工业的发展，电子元器件的价格有不断下降的趋势。在国外市场上，无刷直流电动机驱动及控制器的价格已经接近于异步电动机的变频器价格了。不过因为稀土永磁材料的价格较贵，电机的成本相对来说仍然较高。但是考虑到综合指标(系统性能，重量，能量消耗等)，无刷直流电动机仍然处于广泛应用中。绪论从环境适应性方面来讲，对于某些高性能的系统，如果只能采用直流电动机，但同时又要求寿命长，免维护等特点，并且处于防爆，易燃的环境条件下，有刷直流电动机就无用武之地了，因此无刷直流电动机是最好的选择。1.3本论文的主要研究内容主要内容为设计一款基于单片机的高压二相无刷直流电动机驱动器。此设计主要针对二相无刷直流电动机。包括：单片机主控电路，驱动电路，电源电路，按键电路，显示电路等。该驱动器具有可以控制启停，速度，显示速度等功能。并且介绍了无刷直流电动机的发展历史及现状，简单说明了无刷直流电动机的特点。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书二相无刷直流电机的简介 第二章 二相无刷直流电动机的简介2.1二相无刷直流电动机的基本结构二相无刷直流电动机是一种最简单的无刷直流电动机。在原理上仅相当于有两片换向片的直流电动机。它的制造成本比普通直流电机低，且具有可靠性高，使用寿命长，运用广，及驱动电路结构简单等优点。二相无刷直流电动机的定子主要由定子铁心和电枢绕组(线圈)组成。转子主要由永磁材料性质的磁体构成。定子铁心通常由磁轭和凸极(齿)对组成。根据不同的情况，磁轭和凸极(齿)可以做成分装形式，也可以做成整体形式。转子上的永磁体被充成一定的磁极对数，例如2p=l，2，3，4，5。定子上的凸极(齿)对数必须和转子永磁体上的磁极对数相对应。例如，若转子永磁体被充成2p=1，那么在定子上则应该相应的设置1个凸极(齿)；若转子永磁体被充成2p=3，那么在定子上则应该相应的设置3个凸极(齿)，由此类推。2.1.1 二相无刷直流电机的电枢绕组的连接方式定子上有相互问隔180度电角度的两相电枢绕组的被称为二相无刷直流电动机。二相电枢绕组由两个整距线圈或由若干个整距线圈，以串并联的方式对称均匀地连接起来，电枢绕组(线圈)的具体连接方式如图2-1(a)、(b)和(c)所示。图中的符号“*”表示线圈的同名端。 图2-1 二相无刷直流电动机的电枢绕组连接方式 2.1.2电枢绕组产生的定子磁场和电动机的磁状态定子上有相互间隔180度电角度的两相电枢绕组W1和W2处于同一条磁路上，电常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书枢绕组是反向绕制的，如果电枢绕组是同向绕制的话，它们在与外部的驱动电路连接 接时，头尾就变成颠倒的。在这种情况下，在电枢线圈W1有电流通入后，电枢线圈W2将处于不通电状态，这时，电枢线圈W1将会产生一个定子磁场Fa(如图2-2-a所示）。同样当轮到电枢线圈W2通入电流时，电枢线圈W1将处于不通电状态，这时，通入电流的电枢线圈W2将产生另一个定子磁场一Fb(如图2-2-b所示)。由此可以看出来，每当电枢线圈W1和W2依次通电时，定子磁场的方向也随通电情况的改变而改变。这就意味着：在一个电气周期范围内（注：在360度电角度范围之内），电动机的定子磁场有两个磁状态，两个磁状态之间的夹角为180度电角度，也就是说，每一个磁状态的状态角Otz为l 80度电角度。 图2-2 二相无刷电机定转子磁场2.2二相无刷直流电动机的工作原理2.2.1霍尔位置传感器对于冷却风扇用的单相无刷直流永磁电动机和二相无刷直流电动机而言，它们的运行机制是相同的，定子磁场在360度电角范围内有两个相互间隔180度电角度的磁状态。因此，单相和二相无刷直流电动机的转子位置传感器上只需要一个霍尔元件。一般情况下，这个霍尔元件被放置在相邻两个定子齿磁极中心线的夹角的角平分线上。以二相无刷直流电动机为例，可以简单的说明霍尔元件在电动机运行过程中所发挥的二相无刷直流电机的简介作用和承担的责任。根据图2-3所示，当二相无刷电动机运行时，霍尔元件的“+”和“一”两个输出信号，同时控制两个功率晶体管的工作状态，从而达到使定子上的两个电枢绕组W1和W2分别轮流通电的目的。电动机的具体运转过程如下：(1)如图2-3-（a)所示，开始时霍尔元件与转子由永磁体材料构成的转子的N极相对。霍尔元件的“+”和“一”输出信号，在逻辑电路的作用下，将执行下列指令：一个输出信号使其中的一个功率晶体管处于导通状态；而另一个输出信号就使另一个功率晶体管处于截止状态。那么通入了电流的线圈W1产生的定子磁场，使绕有线圈W1的定子呈S极性，在定子磁场与转子磁场的相互作用下，按逆时针方向旋转的电磁力矩便产生了，如图2-3-(a)所示。 图2-3 二相无刷直流电机的运行原理图（2）转子永磁体在上述电磁力矩的作用下，旋转后将致使转子磁场与定子磁场的方向一致，于是此时霍尔元件便处在转子永磁体的物理中心线上，即处在=0的位置，霍尔器件的两个输出均变成零，两个功率晶体管将均处于截止状态，两个定子线圈中均无电流通过（如图2-3(b)所示）。这时，没有电磁力矩作用在转子上，但是依靠惯性能使转子仍旧按照逆时针方向运动。（3）由第二步可知，转子将在惯性的作用下继续按逆时针方向旋转，此时霍尔元件将与转子永磁体的S极相对，因此霍尔元件的两个输出信号，在逻辑电路的作用下，将实现下列功能：其中一个输出信号将使先前处于截止状态的功率晶体管处于导通状态；另一个输出信号将使先前处于导通状态的功率晶体管处于截止状态。于是原先流入电枢线圈Wl的电流开始“换流”，流入电枢线圈W2，于是电枢线圈W2也开始产生定子磁场，使绕有电枢线圈W2的定子齿磁极呈s极性，在定子磁场与转子磁场的相互作用下，便又产生了按逆时针方向旋转的电磁力矩，转子继续按逆时针方向旋转，如图2-3-(c) 所示，我们把这一过程称之谓“换向”，或称之谓“换流”。在二相无刷直流电动机的运行过程中，霍尔元件的输出信号经过逻辑控制电路适当的处理后，将驱动两个功率晶体管控制电枢线圈W1和电枢线圈W2在正确的时间上常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书进行换向。施加在电枢线圈W1和W2 上的电压“uW1和uW2、”电枢线圈W1和W2内的反电动势bewl和bew2、通过电枢线圈W1和W2的电流“iW1和iW2”，以及电动机气隙内磁通密度和逻辑控制信号的波形如图2-4所： 2-4 霍尔信号与无刷电机两路相位对应关系高压二相无刷电机驱动器的硬件设计第三章 高压二相无刷电机驱动器的硬件设计 3.1系统总体设计原理框图系统原理框图如下图3-1所示：MIR2104驱动功率电路光耦隔离电路STC89C52单片机主控电路串口通信电路速度显示电路按键电路霍尔信号 图3-1 总体设计原理框图主控芯片选用市场上普通的STC89C52单片机作为主控中心，单片机输出与输入的信号先经过光耦隔离（目的消除干扰）电路。运行时，首先采集电机的霍尔信号送主机进行处理，同时输出相应的控制字，控制IR2104驱动电芯片将功率管导通。电机运转的同时，单片机对采集到的霍尔信号做相应判断，对转速做到实时测量，并将测量结果送外围显示电路显示。系统的电平转换（MAX232）电路，可以很方便的下载程序，用于对整个系统的控制。按键电路用来控制电机的启停和速度。3.2 单片机控制及串口通信电路（1）因为STC89C52单片机具有高可靠性、成本低、功耗低、无法解密等优点，实为首选。单片机的P1口用来接按键电路，接收用户指令。P2口输出电机控制字，经过IR2104驱动芯片后，控制功率管的导通。P3口用来接外围显示电路，实时显示电动机的速度。并且用于接收经过光耦隔离后的霍尔相位信号。同时，（P3.0-P3.1）用于串口通信。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书单片机设计系统原理电路图如下图3-2所示： 图3-2 单片机控制电路STC89C52芯片共有40个管脚，如下为管脚功能介绍：1-8脚: 通用I/O接口P1.0-P1.7；9脚: Reset复位键；10 -11脚: RXD串口输入, TXD串口输出；12-19脚:通用I/O接口 P3口(12-13脚 ：INT0中断0，INT1中断1； 14-15 脚: 计数脉冲T0 T1 ；16-17脚: WR写控制 RD读控制输出端；18-19脚: 晶振谐振器 ）；20脚： 地线；21-28 脚：p2 接口 高8位地址总线 ；29脚: psen 片外rom选通端；30脚:ALE/PROG 地址锁存器；31脚:EA rom取指令控制器 ；32-39脚:P0.7-P0.0(此处接口的顺序与其他I/O接口不同 )；40脚:电源+5V ；（2）串口通信电路选用MAX232电平转换芯片，因为它符合所有的RS-232C技术标准，只需要单一 +5V电源供电，具有高集成度，片外最低只需4个电容即可工作，功耗低，典型供电电流5mA，片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+等特点。串口通信电路图如3-3所示：高压二相无刷电机驱动器的硬件设计图3-3 串口通信电路图MAX232转换芯片的内部结构主要有三部分构成，如下为各部分构成及功能介绍：第一部分是电荷泵电路：由1-6脚和4只电容构成。作用是产生+12v和-12v两个电压提供给RS-232串口电平所需的电压。第二部分是数据转换通道：由7-14脚构成。其中11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)、13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、组成了第一数据通道。8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)组成第二数据通道。其中TTL/CMOS数据从11引脚(T1IN)、10引脚(T2IN)输入，并转换成RS-232数据从14脚(T1OUT)、7脚(T2OUT)送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从13引脚(R1IN)、8引脚(R2IN)输入转换成TTL/CMOS数据后从12引脚(R1OUT)、9引脚(R2OUT)输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC(+5v)。3.3 光耦隔离驱动及过流保护电路（1）依靠高与低侧参考输出通道的IR2104（S）是一款高电压，高转速动力的 MOSFET和IGBT驱动器。专有HVIC和锁存免疫CMOS技术使它的单片式结构坚固耐用。逻辑输入与标准CMOS或LSTTL输出，下降到3.3V逻辑。 输出驱动器具有高脉冲电流缓冲级，最低驱动器交叉传导。该浮动通道可以用来驱动高侧配置的N沟道功率MOSFET或IGBT，工作电压在10到600伏。IR2104驱动电路如图3-4所示：图3-4 IR2104驱动电路（2）为了排除外界的干扰，光耦隔离电路是必不可少的。6N137是一款用于单通道的高速光耦合芯片，内部构造为：一个集成检测器和一个850 nm波长的AlGaAs LED，该检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个NPN管构成。6N137的典型应用电路图如3-5所示：常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 若以脚2为输入，脚3接地，则真值表如附表所列，这相当于非门的传输，若希望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平。 图3-6 内部结构管脚图6N137光耦合器的真值表输入使能输出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH 图3-7 真值表6N137的工作参数： 最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D转换等 。（3）过流保护电路采用的是LM393双比较器芯片，它的工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：236V，双电源:118V；且具有消耗电流小（Icc=0.8mA）；输入失调电压小（VIO=2mV）；共模输入电压范围宽（Vic=0Vcc-1.5V）；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门等优点。高压二相无刷电机驱动器的硬件设计LM393的应用电路图如3-8所示：图3-8 LM393过流保护电路图3.4按键电路按键电路设计简单，操作方便，采用软件内部消抖。按键电路如图3-9所示： 图3-9 按键电路3.5速度显示电路常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书采用共阴极数码管： 段码接P0 口， 位选码通过三极管接P3.4、P3.5、P3.6、P3.7。具体电路图如3-10所示：图3-10 速度显示电路3.6系统主要应用软件简介（1） Protel DXP Protel DXP是继protel99SE之后的新版本，其功能更加强大，用户操作更为方便。它是世界上第一套将EDA设计环境引入PC机Windows环境的EDA开发工具，该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，实用该软件设计者可以容易地设计电路原理图、画元件图、设计电路板图、画元件封装图和电路仿真图。并且Protel DXP在当旧版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能能等。Protel DXP在功能升级的的设计浏览器平台上运行，可以处理各种复杂的PCB设计过程。Protel DXP通过信号完整性分析和设计输出、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、设计输入仿真等技术融合，能够提供一步到位的设计解决方案。（2）Keil C51Keil C51是支持8051微控制器的开发工具，应用人群比较广泛，不管是专业的应用工程师，还是刚学习嵌入式软件开发的学生。Keil C51软件是美国Keil 微软公司生产的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，和汇编语言作比较，C语言的高压二相无刷电机驱动器的硬件设计功能和结构占有明显的优势，另外C语言的可读性和可维护性也有一定程度的提高。因此这个软件可以现学现用。Keil C51软件不仅提供了丰富的库函数，还具有功能强大的集成开发调试工具及全Windows操作界面。（3）STC_ISP_V3.5STC-ISP 是由智峰工作室提供的公共免费下载工具，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，下载程序只需一根串口线即可，现已被广泛使用。高压二相无刷电机驱动器的软件设计第四章 高压二相无刷电机驱动器的软件设计4.1 软件系统概述单片机控制系统的软件设计和一般在现成系统机上设计一个应用软件有很大的区别，后者是在系统机器操作系统等支持下的纯软件设计，而单片机的软件设计是在裸机条件下进行的，并且随着系统的不同而变化。对于单片机软件系统的设计，不论程序的大小,在软件设计过程中采用的都是模块化思想。此系统软件设计要求中，要实现的功能有启动，停止，速度显示，加减速（包括急停）等方面。有了基本模块思路后，针对各部分进行分割，细分成各子程序合成，最后进行整合，形成一个完整的软件控制系统。4.2 系统程序总体设计考虑此控制程序不是很复杂，为了不影响程序执行速度，程序全部采用汇编语言编写。单片机控制应用系统的硬件确定后，接下来就要进行软件的设计，设计的主要内容是应用系统的主程序和各应用模块程序。整个系统是在应用程序的控制下进行的，应用程序由主程序和各个子程序构成。 此系统采用结构化程序设计方法（对于较大的系统，更应如此）。这是一种自上而下的编程方法，即把总的控制过程逐步细分，分化成一个个的子过程。当分解到最后的子过程能直接用编程语言来实现时，就可以进行下一步工作了。这种设计思路中最关键的不分是程序的逻辑结构。一般来说，如果绘制出的总体逻辑结构无误，那么再复杂的程序也可以按照分化出来的逻辑功能模块编写出来。有了这一设计思想，下来的工作就是编写各模块子代码，最后再整合。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书4.3 软件流程图与部分代码4.3.1 主程序设计主程序流程图如下图4-1所示：开始初始化各控制端口，清零显示速度寄存器（40H-43H）查询启动按钮P1.0是否按下 N Y开中断T1,（2s定时）置100ms定时器初值，TH1=3CH,TL1=0B0H.查询有无加减速，停止命令 N 执行各种子程序 Y图4-1 主程序流程图高压二相无刷电机驱动器的软件设计4.3.2 模块子程序设计（1）中断子程序流程图中断入口重新装入定时器初值（30H）+1送30H30H送寄存器A清零30H,调用Z_HUAN子程序，清零速度寄存器（SP_L,SP_H）开中断A=14H ？中断返回NY图 4-2 中断子程序流程图常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书（2）速度显示模块子程序开始速度寄存器值倍乘30调数值转换程序十六进制转换为十进制分别将转换后的BCD码，个位（40H）,十位（41H）,百位（42H）,千位（43H）分离调动态显示程序返回图4-3 速度显示子程序流程图高压二相无刷电机驱动器的软件设计（3）停止子程序流程图开始延时10MS，判断停止按键是否的确按下P0.1=1 ?Z_B=1 ?F_B=1 ?Z_TAB值送DPTR直接停止F_TAB值送DPTR正转缓慢减速停止返回反转缓慢减速停止退出NYYNYN图4-4 停止子程序流程图部分主要功能程序如下：加减速功能代码J_SU:JNB P0.5,EXIT1 ;判断加速按键是否按下常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书ACALL DELAY ;延时10MS，判断按键是否的确按下JNB P0.5,EXIT1 ;按键未按下，返回原工作程序DEC SDDEC SD ;设定加速度系数;INC SD ;INC SD ;设定减速度系数EXIT1:RET测速子代码C_SU: ;电机转速测量程序，最高显示值9999R/MINC SP_LMOV A,SP_LCJNE A,#64H,C_0MOV SP_L,#0INC SP_HMOV A,SP_HCJNE A,#64H,C_0MOV SP_H,#00HC_0:RET数值转换子程序（十六进制转换为十进制BCD码）Z_HUAN: ;十六进制数转换未BCD码，送动态显示寄存器40H-43HCALL MULD ;调用乘法程序MOV B,#0AHMOV A,SP_L ;十六进制转换为十进制（十位，个位）DIV ABMOV 40H,BMOV B,#0AHDIV ABMOV 41H,BADD A,SP_H ;十六进制转换为十进制（千位，百位)MOV B,#0AHDIV ABMOV 42H,BMOV 43H,ARET十六位二进制数乘法子程序MULD: ;速度处理程序（倍乘30），将速度转换到R/MMOVA,SP_LMOVB,#30MULABMOVR4,BMOVSP_L,AMOVA,SP_HMOVB,#30MULAB系统调试ADDA,R4MOVSP_H,ARET第五章 系统调试5.1 硬件调试 首先在焊接前先准备好所需的元件，并检查元件是否有坏的，确认无误后开始焊接PCB板。焊接时一定要细心认真，注意不能焊坏板子。确保不发生虚焊的情况。以上两步完成后，才能进行硬件调试。1 硬件静态的调试 （1）排除逻辑故障 在人为的焊接中以及设计和加工制板过程中的错误往往会导致这类故障。故障主要包括短路、错线、开路等。排除这类故障的方法为：将刷好的PCB板认真对照原理图比较一遍，看彼此之间是否相同。值得重视的是电源系统的检查，以防止电源短路和极性错误。并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）相互之间是否存在短路或与其它信号线路短路的问题。在检测是否出现短路的问题时，可借用数字万用表。另外也可以查看自己焊接的锡点，是否存在虚焊的现象。（2）排除元器件失效故障 造成这类错误的原因有两个：一个是元器件本身就已经失效了；另一个是由于安装不合理或通电时间较长，造成器件烧毁。排除这类故障的方法为：检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误的情况下，将备用的元器件重新安装排除故障。（3）排除电源故障 在通电前，一定要先检查电源电压的极性和幅值，不然很可能造成集成块损坏的现象。通电后用万用表检测各插件上引脚的电压，通常情况下都是先检查VCC与GND之间的电位，若在5V48V之间则是正常电压。若电压较高，在联机仿真器调试时，将会损坏仿真器，若直接在硬件上调试，模块中的器件有可能被烧毁。二单片机的测试（1）测试单片机I/O口执行一条简单指令，外接是8个发光二极管，通过二极管的发光观察I/O口是否完好。MOV P1/P2,#55H；常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书MOV P1/P2,#0AAH；（2）测试单片机中断系统 P1.0口接一发光二极管。ORG 0000HLJMP MAIN ;转到主程序ORG 001BHlJMP INT_T1 ;转到中断程序ORG 0030HMOV TMOD,#10H ;定时器工作方式1（十六位计数器）MOV TH1,#3CH ;定时100MS（晶振6MHZ）MOV TL1,#0B0HMOV IE,#88H ;允许T1中断 MOV 30H,#00H ;清零时间计数器SETB TR1 ;开中断SETB P1.0LJMP $ ;转到工作命令查询INT_T1:MOV TH1,#3CH ;重新装载定时器值，定时100MSMOV TL1,#0B0HINC 30H ;中断计数器MOV A,30HCJNE A,#0AH,L1 ;2S定时CLR P1.0MOV 30H,#00HL1:SETB TR1 ;重新开中断RETI ;中断返回5.2 软件调试软件主要使用的Keil C编译软件，下面就将调试过程中遇到的问题和调试经验做一简要说明：常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书1）、由于Keil C对中文支持不太好，因而会出现显示的光标与实际的光际所在的地方不一致的情况，这将会对修改中文注释造成影响。在Windows2000的操作环境下，我们可以把字体设置为Courier，这样就可以显示正常。WindowsXP系统基本不会出现此问题。 2）、当使用到有片外内存的MCU的时候，必须要设置标志位，并且编译方式要选择大模式，否则会有出错的情况发生。 3）、当使用Keil C跟踪程序运行状态的时候，要把引起Warning的语句屏蔽，否则有可能跟踪语句的时候会出错。 4）、当编程涉及到有关通信，时序是很重要的。拉高管脚的执行速度远远比检查管脚电平的要快。 5）、在等待管脚电平变化的时候，我们需要设置好超时处理，否则程序就会因为一个没有预计的错误而死锁。 6）、能用C语言实现的地方，尽量不要用汇编，尤其在算法的实现，用汇编是晦涩难懂。 7）、所有函数之间的相关性越低越有利于以后功能的扩展。8）、调试程序时，首先要确保每个子程序编程正确，然后再进行整体组合调试。编程时每个子程序应尽量注明呼入呼出系数（特别时用汇编编程），否则单个子程序运行正确，整合后结果运行就会出错，如果不注明呼入呼出系数，查错时很困难的。5.3 软硬联调在硬件和软件的单独调试成功以后，就要开始软硬联调了，这是最关键的部分，不过由于开始单独调试时的一些基本故障已经排除，所以软硬联调起来应该不会遇到太大的困难。在硬件设计的时侯，各部分电路板之间是分离的，所以组合时应当用跳子将各部分电路模块连接起来，为调试提供便利。调试时采取的是先进行单独模块调试，再进行整体调试的方案。各个模块的程序，对应相应的硬件模块进行调试。例如，本设计中的驱动模块将和所对应的程序结合起来先完成对电动机的驱动。各个模块测试成功以后，便将整个系统联合起来进行系统整体调试。例如，本设计中的控制模块和驱动模块及电源模块连接起来，进行整体调试。由于各个模块电路调试已