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免费毕业论文-动车无刷直流电动机控制设计(7)

2013-05-07 18:16 。
3.1.1单片机选择依据
 (1) 价格因素。考虑到该设计要与市场接轨，因此价格问题尤为重要，要选择一个性价比较高的单片机，包括单片机的单片价格和开发系统的造价。
 (2) 性能因素。通过对该系统分析，8位单片机可以满足系统控制精度的要求.由于整个系统有多种模拟参数需要转换成数字量，因此选用的单片机应该有多通道A/D转换模块。在无刷电机控制中，脉宽调制PWM技术广泛应用，因此所选单片机应具有脉宽调制输出端口。
 (3) 安全因素.电子产品的安全性是一个非常重要的环节，作为控制系统的核心，单片机的安全性必须达到系统要求。
3.1.2 PIC单片机特点
 PIC ( Per ipheryI nterfaceC hip)系列单片机是美国Microchip公司生产的产品.PIC单片机以其独特的硬件系统和指令系统的设计，逐渐被广大工程设计人员采用。
 Microchi p公司是一家集开发、研制和生产为一体的专业单片机芯片制造商，其产品综合应用系统设计的思路，具有很强的技术特色。产品采用全新的流水线结构，单字节指令体系，嵌入Flash以及10位A/D转换器。使之具有卓越的性能，代表着单片机发展新的潮流。PIC系列单片机具有高，中，低3个档次，可以满足不同用户开发的需求，适合在各个领域中的应用.PIC系列单片机具有如下特点:
 (1) 单片机种类丰富
 PIC 最大的特点是不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言，不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的.
 (2) 哈佛总线结构
 PIC系列单片机在普林斯顿体系结构和哈佛体系结构的基础上采用独特的哈佛总线结构，彻底将芯片内部的数据总线和指令总线分离，为采用不同的字节宽度，有效扩展指令的字长奠定了技术基础。图3.1描述了PIC单片机的结构。

 (3) RISC技术 （科教范文网 fw.nseac.com编辑发布）
 RISC (Reduced Instruction Set Computer)是指精简指令集计算机。RISC技术并非只是简单地去减少指令，而是着眼于如何改善计算机的结构，更加简单合理地提高计算机的运算速度。PICF877单片机指令集系统只有35条指令，全部采用单字节指令，而且除4条判断转移指令发生间跳外，均为单周期指令，执行速度较高.
 (4) 指令特色
 PIC系列单片机的指令系统具有寻址方式简单和代码压缩率高等优点.
 (5) 功耗低
 由于P IC 系列单片机采用CMOS结构，使其功率消耗极低。
 (6) 驱 动 能力强
 PIC系列单片机I/O端口驱动负载的能力较强，每个输出引脚可以驱动多达20-25mA的负载，既能够高电平直接驱动发光二极管LED、光电祸合器、小型继电器等，也可以低电平直接驱动，这样可以大大简化控制电路。
 (7) 同步串行数据传送方式
 可以满足主控/从动和主控总线要求。
 (8) 应用平台界面友好，开发方便
 Microchip公司为用户提供了周全的技术方案，不管是对初学者还是后续的应用开发，都提供了完善的硬件和软件支持，包括各种档次的硬件仿真器和编程器。
 (9) 程序存储器版本齐全
 Microchip 公司提供的产品是一个单片机系列，可供选择的存储器类别和产品封装工艺的形式较多，为产品的不同试验阶段和不同应用场合可提供一个全方位的选择内容和不同的性能档次。
3.1.3 PIC16F72单片机的功能特性
(1) 功能部件特性
·带 8 位 A/D转换输入
·高驱动电流，I/O脚可直接驱动数码管(LED)显示每个 I /O 引 脚 最大灌电流25mA;每个I/O引脚最大拉电流25mA
·双向可独立编程设置I/O引脚
·8位定时器/计数器TMR0，带8位预分频
·有1路捕捉输入/比较输出/PWM输出(CCP) 中国大学排名
·1 6位定时器/计数器TMR1，睡眠中仍可计数
·8位定时器/计数器TMR2· 带有8位的周期寄存器及预分频器和后分频器
(2) 微控制器特性
·内置上电复位电路(POR)
·上电定时器，保障工作电压的稳定建立
·振荡定时器，保障振荡的稳定建立
·断电复位锁定，即当芯片电源电压下降到某一值以后时，使芯片保持复位，当电源电压恢 复正常后恢复运行
·内置自振式(RC振荡)看门狗
·程序保密位，可防程序代码的非法拷贝
·掉电保护电路
·在线串行编程
3.1.4 PWM信号在PIC单片机中的处理
 改变直流电动机转速的方法分为励磁控制法(控制磁通)与电枢电压控制法(改变电枢端电压)。在众多的电枢电压控制方法中，脉宽调制PWM(PulseWidth Modulation)技术因为需用的大功率可控器件少、线路简单、调速范围宽、电流波形系数好、附加损耗小、功率因数高的优点，从而得到广泛应用。
 CCP(捕捉输入/比较输出/PWM输出)模块是PIC16F72芯片的重要组成部分，它有3种工作方式:捕捉方式、输出比较方式和脉宽调制方式。当处于脉宽调制工作方式时，可以在引脚输出分辨率高达10位的PWM信号。用程序语句控制PWM信号的周期和高电平持续时间，从而控制电机电枢电压，达到调速目的。
3.2硬件组成
 本控制器根据项目参数要求应具有如下功能:
 (1) 具有电动、定速、助力三种工作模式:在电动模式下，控制系统能够根据电动车转把所给电压，正常加电运转;定速模式下，无需按住转把，电动车能够按照设定速度运行:助力模式下，能够根据助力传感器测得的骑车者的用力实现助力骑行.三种工作模式可通过模式转换按钮切换。
 (2) 当系统出错或者位置传感器、助力传感器出错时能够进入自检模式并显示错误。 （科教作文网 zw.nseac.com整理）
 (3) 能够实现系统的欠压保护、过流保护、堵转保护。
 (4) 能够实时显示电动车的状态。
 根据上述功能，所设计的系统硬件框图如图3.2所示。

 本文在硬件设计中，将电路分为微控制器电路MCU.SchDoc.驱动电路Driver.SchDoc和面板显示电路Panel.SchDoc三个功能模块。如图3.3所示，单片机作为控制核心，向驱动电路传递PWM 信号、a相顶端驱动信号aTOP、b相顶端驱动信号bTOP、c相端驱动信号cTOP、a相底端驱动信号aBTM、b相底端驱动信号bBTM、c相底端驱动信号cBTM;通过I/0口向面板显示电路传递CLK时钟信号、RST复位信号和DAT数据信号。单片机从驱动电路部分获得a相传感器位置信号aSensor、b相传感器位置信号bSensor、c相传感器位置信号cSensor、刹车指令信号kBRK、电流采样信号adCur。各种功能模块之间共地，电源使用+36v 电池作为电源。功能逻辑连接部分不包括电源和接地部分。

3.3微控制器电路
 微控制器电路由微控制核心PIC16F72单片机、逻辑保护门74LS00和+5V电源电路构成，附加电路包括电源滤波电