单片机直流电控制电路.doc

6.1总结经过四个月多的努力，基于LM3S615微控制器的无刷直流电机控制系统的软、硬件部分已基本设计完毕。其主要工作有以下几个方面：1. 通过对多种控制芯片的比较，最终选择了Luminary Micro公司的LM3S615作为主控芯片。对它的内部资源、指令系统作了深入了解。并结合本课题重点熟悉了基于Luminary驱动库的编程方法。2. 设计了能够控制直流无刷电动机转速的控制系统方案，并根据方案设计出了控制器的硬件电路，以LM3S615为控制核心，结合NS美国国家半导体公司驱动芯片LMD18200进行了系统驱动部分的硬件电路的设计与调试。3. 结合硬件电路，对控制软件的主程序和中断服务子程序两大部分进行设计。在周立功ARM开发板上编制了系统运行所需的软件程序，并进行了调试。最后成功移植到自己制作的电路板上。通过本文的研究可以看出，以LM3S615微控制器为核心的无刷直流电机控制系统硬件结构简单、软件实现方便，系统的功耗低、实时性强、升级空间较大，而且能够实现的控制功能丰富。尤其是微控制器内部的PWM输出模块、I2C输出模块，非常适用于无刷直流电机控制这样的实时应用中。这些功能都是传统模拟控制系统和基于单片机的控制系统无法比拟的，充分体现了采用新型ARM Cortex技术控制的优越性。6.2技术展望尽管本文针对无刷直流电动机控制系统做了一些研究，但仍然存在一些有待解决的问题，主要是：1. Luminary Micro公司的LM3S615是一款功能十分强大的微控制器，很适合于电机控制，但本系统还没有充分利用上其强大的功能，所以在对于LM3S615本身的资源挖掘和功能利用上还可以进一步的研究。2. 在控制算法方面，由于没有光电编码器，光电控制系统只能够采取PWM的开环控制，控制精度有待提升。如果能够在硬件设计中加入光电编码器对微控制器反馈电机的转速并利用LM3S615进行PID闭环控制，则可以达到更好的控制精度及效果。【摘要】摘 要近年来，直流电机做为通用驱动器件广泛应用于光电系统中。它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速等优点，常用于光电调制、变焦调焦、扫描机构等光电领域。ARM既是英国全球著名的32位嵌入式RISC芯片内核的设计公司，也是ARM的产品商标，其产品ARM嵌入式内核已被全球各大芯片厂商采用，基于 ARM的开发技术席卷了全球嵌入式市场，已成为嵌入式系统主流技术之一。最新发布的Cortex-M3处理器尤为适用于高性能、极其低成本需求的嵌入式应用，如：微控制器、汽车系统、大型家用电器、网络装置等。本文即在上述背景的情况下，提出了一个基于ARM Cortex M3控制器的直流电机控制系统。在直流电机控制系统的硬件设计方面，电路以ARM Cortex M3最小系统为核心，主要包括PWM控制输出模块，基于PCF8576芯片的显示模块，基于FT2232芯片的USB转JTAG口模块，LMD18200驱动模块。在软件设计方面，充分利用Luminary公司提供的ARM Cotex M3驱动库，采用十分简易的方法对Cortex进行编程，以控制电机的运转。最后对ARM进行了软件与硬件结合的综合测试。该控制系统的研制为直流电机在高精度光电技术的应用提供了良好的实验平台。经过试验，验证了系统的可行性，系统的各项功能及控制精度满足设计要求。关键词：ARM Cortex M3；PWM；LMD18200驱动模块；Faulhaber2342直流电机；FT2232；USB转JTAG； PCF8576；背极接法；AbstractIn recent years, the general-purpose BLDC motors are widely used in optoelectronic devices drive system. It has features including starting fast, braking in time, may be in the range of advantages such as smooth speed control, commonly used in optoelectronic modulation, zoom in, scanning the field of institutions, such as photovoltaic.ARM is the United Kingdom the worlds leading 32-bit embedded RISC core chip design companies, is also a trademark of ARM products, and its embedded ARM core products has been the worlds major chip manufacturers to use, based on the development of ARM technology swept the world of embedded market, has become one of the mainstream embedded systems. The latest release of Cortex-M3 processor is particularly applicable to high-performance, extremely low-cost requirements of embedded applications, such as: micro-controllers, automotive systems, large home appliances, network devices. This paper, in the case of the above background, raises an ARM Cortex M3-based DC motor controller control system.In the hardware design of the BLDC motor control system, the core of the system is ARM Cortex M3, including control PWM output module, based on the PCF8576 chip modules, chip FT2232-based JTAG port to the USB module, LMD18200 driver modules. In software design, the system makes full use of Luminary provided ARM Cotex M3 driver library, using a very simple method of Cortex programmed to control the operation of the motor. Finally, the control system has pass through a combination of software and hardware test.The development of the BLDC motor control system provides a good experimental platform for performance testing of photoelectricity technology, and its feasibility has been proved by experiments，the test results indicate that all parameters and functions of the system satisfy the design requirement.Key Words: ARM Cortex M3; PWM; LMD18200; Faulhaber2342 BLDC motor; FT2232; USB TO JTAG; PCF8576; Backpanel第1章 引 言1.1应用背景1.1.1无刷电机的发展1831年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。从19世纪40年代研制成功第一台直流电机，经过大约17年的时间，直流电机技术才趋于成熟。随着应用领域的扩大，对直流电机的要求也就越来越高，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机在许多场合中的应用。为了取代有刷直流电机的电刷换向器结构的机械接触装置，人们曾对此作过长期的探索。1915年，美国人Langnall发明了带控制栅极的汞弧整流器，制成了由直流变交流的逆变装置。20世纪30年代，有人提出用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓换向器电机，但此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重又复杂而无实用价值。科学技术的迅猛发展，带来了电力半导体技术的飞跃。开关型晶体管的研制成功，为创造新型直流电机无刷直流电机带来了生机。1955年，美国人Harrison首次提出了用晶体管换相线路代替电机电刷接触的思想，这就是无刷直流电机的雏形。它由功率放大部分、信号检测部分、磁极体和晶体管开关电路等组成，其工作原理是当转子旋转时，在信号绕组中感应出周期性的信号电动势，此信号电动势分别使晶体管轮流导通实现换相。问题在于，首先，当转子不转时，信号绕组内不能产生感应电动势，晶体管无偏置，功率绕组也就无法馈电，所以这种无刷直流电机没有起动转矩；其次，由于信号电动势的前沿陡度不大，晶体管的功耗大。为了克服这些弊病，人们采用了离心装置的换向器，或采用在定子上放置辅助磁钢的方法来保证电机可靠地起动。但前者结构复杂，而后者需要附加的起动脉冲。其后，经过反复的试验和不断的实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换相线路来代替有刷直流电机的机械换向装置，从而为直流电机的发展开辟了新的途径。世纪60年代初期，接近开关式位置传感器、电磁谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世，之后又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。半导体技术的飞速发展，使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生兴趣，经过多年的努力，终于在1962年试制成功了借助霍尔元件（霍尔效应转子位置传感器）来实现换相的无刷直流电机。在世纪70年代初期，又试制成功了借助比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管实现换相的无刷直流电机。在试制各种类型的位置传感器的同时，人们试图寻求一种没有附加位置传感器结构的无刷直流电机。1968年，德国人W?Mieslinger提出采用电容移相实现换相的新方法。在此基础上，德国人R?Hanitsch试制成功借助数字式环形分配器和过零鉴别器的组合来实现换相的无位置传感器无刷直流电机。无刷直流电机是近几年小电机行业发展最快的品种，随着视听产品“小、轻、薄”化和家电产品的静音化以及豪华型轿车需求量增多，无刷直流电动机需要量迅速增加。无刷直流电机用电子换向替代了电刷和换向器，具有高可靠、高效率、寿命长、调速方便的优点。各国都加快了开发新产品的速度和占领市场的力度。日本不少公司已将无刷直流电机应用到数码照相机、微型收录机、摄影机、打印机、存储驱动器、手机以及汽车空调、洗衣机、吸尘器、电动车、心脏泵等领域。【参考文献】1 曲家骐展望21 世纪的无刷直流电动机微特电机，1999，（4）：8102 郑吉，王学普无刷直流电机控制技术综述J微特电机，2002，（3）：11133 冀溥，宋伟，杨玉波永磁无刷直流电动机应用概况电机技术，2003，（4）：32364 张琛直流无刷电机原理及应用M北京：机械工业出版社，19965105 贡俊，陆国林无刷直流电机在工业上的应用和发展微特电机，2000，（5）：23256 杜坤梅，李铁才编著电机控制技术哈尔滨工业大学出版社（修订版），200243547 Hong-xing Wu, Shu-kang Cheng, Shu-mei cui. 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