电动自行车调速系统设计(毕业设计_)

1、. . . . 1 / 29目录目录摘要摘要.21、引言引言.22、系统要求系统要求.33、总体规划总体规划.44、电路设计电路设计.55、主要器件性能与原理主要器件性能与原理.125、1 MCS-51 单片机部结构.125、2A/D 转换芯片.165、3 永磁无刷直流电动机.185、4 三端式稳压器 78L05.215、5 集成转速传感器 KMI15-1.255、6 译码器.296、程序设计程序设计.316、1 程序框图.316、2 部分子程序.327 7、结束语、结束语.358 8、致、致.35参考文献参考文献.36摘要摘要单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工

2、作情况。并能将多余的电能回溃。该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。详细讨论了系统的各种工况与信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。系统各部分的控制电路基于 Intel 公司的控制芯片 8051 单片机。根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽 PWM 控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。关键词关键词：单片机、脉宽调速系统 PWM、永磁无刷直流电动机、八段数码管动态显示、转速传感器A Abs

3、tractbstractThe of the single a machine control has no to brush the direct current motive adjusts soon the system is applicable to the work circumstance that electricity move small power in etc. in bicycle.Combining can return the superfluous electric power This system possesses the advantage of goo

4、d experimental characteristic, high power factor ,energy-saving ,small volume、etc. This paper debates the circuit principle, control method and realization method of into four parts. At the same time, the work condition of every part and the energy transmission direction are discussed .The control c

5、ircuits of the system are based on Intel company 2051 The single a machine .The system by cooperating the hardware and software harmoniously, according to the feature of the experimental motor.KeyKey wordswords: The single a machine, vein breadth adjusts soon the system PWM, eight figureses tube dev

6、elopment manifestation and turn to spreads to feel soon machine。. . . . 3 / 291 1 引言引言人类与环境共存和全球经济的可持续发展使人们迫切希望寻求到一种既能代替人力又低排放和有效利用资源的交通工具，电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，因此使用电动车无疑是一种很有希望的方案。 现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以与化工技术等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动车的电机驱动系统一般由 4 个主要部分

7、组成，即控制器、功率变换器、电动机与传感器。目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以与永磁无刷电动机等。2 2 系统要求系统要求2.2. 1 1 电动车对电动机的基本要求 电动车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。因此，对驱动系统的要很高的。 2.1.1 电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为(34)，加速性能好，使用寿命长的特点。 2.1.2电动车用电动机应具有宽广的调速围，包括恒转矩区和恒功率区。在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。 2

8、.1.3电动车用电动机应能够在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在燃机的摩托车上是不能实现的。 2.1.4电动车用电动机应在整个运行围，具有高的效率，以提高 1 次充电的续驶里程。 另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。 2.2 鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机 。 2.2.1 永磁无刷直流电动机的基本性能 。 永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。加之，它采用永磁体转子，

9、没有励磁损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。 2.2.2 永磁无刷直流电动机的控制系统 。典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，一般采用电流滞环控制或电流反馈型SPWM 法来完成。为进一步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以

10、采用弱磁控制。弱磁控制的实质是使相电流相位角超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。 2.2.3 永磁无刷直流电动机的不足 。 永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率围较小，最大功率仅几十千瓦。永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高。3 3 总体规划总体规划对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面：一、控制电路的设计；

11、二、传感器选择以与安放设计；三、显示电路的设计；四、程序设计。从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗. . . . 5 / 29干扰性。控制核心采用 51 单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。如图 3-1 所示图图 3-13-14 4 电路设计电路设计控制电路主要有电源电路、电机驱动电路、单片机接口电路、显示电路四个部分。考虑到电机的起动电流和制动时比较大，会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工

12、作产生干扰，所以，电机驱动电路和单片机以与传感器电路用光耦隔离。传感器的电源直接使用 24V 蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器 78L05 将 24V 电源转换到 5V。 4 41 1 电源电路电源电路Vin3GND2+5V178L05C10.33FC20.33FC310F24V5V 图 4-1-124V 直流电源经三端稳牙器 74L05 输出即为单片机所要求的+5V 电源。电路中接入电容 C1、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并直流电动机单片机显示部分转速传感器控制电路驱动抑制电路引入的高频干扰。大容量的 C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰

13、。D 是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器 C3一个放电通路，防止 C3两端电压作用于调整管的 be 结，造成调整管 be结击穿而损坏。4 42 2 显示电路显示电路显示部分采用单片机串口通讯，以节省单片机的端口，单片机通过中断的方式为显示服务。直流电动机的额定转速为 190 转每分大约需要三位数码显示。驱动器采用 74LS164 串接 510 欧的限流电阻。4 43 3 控制电路控制电路IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B

14、24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10ADC080910K12MHZEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD108051C130PFC130PF+51231A74ALS024561B74LS0289101

15、C74LS02. . . . 7 / 29打开系统电源后由电位器控制电动机转速，IN0-IN6 线上那一路模拟电压被转换成数字量由 ADDA-ADDC 线上的地址决定。ADDC0809 部“地址锁存与译码”电路便能把 IN0 线上模拟电压送入 8 位 A/D 转换器此时，若单片机使 STAR 线处于高电平，则 ADC0809 便开始A/D 转换，一旦 A/D 转换完成，ADC0809 一方面把 A/D 转换后的数字量送入它的三态输出缓冲器另一方面又使 EOC 线变为高电平向单片机提出中断请求。单片机检测和响应该中断请求后就通过使 rd 非变为低电平而使 OE 线变高，以便可以从 2-1-2-8

16、引线上取走 A/D 转换后的数字量。单片机根据 A/D 转换后的数字量输出相应的巨型脉冲信号。脉冲信号经74LS245 放大后经光电藕荷控制继电器。4 44 4 驱动电路与原理驱动电路与原理 下面主要对驱动电路进行一下介绍：电动自行车使用 24V 直流电机， 对于这种小功率直流电机的调速方法一般有两种。一种线性型：使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻 R 的电流大，发热厉害，损耗大。另一种脉宽调制型：脉宽调速（PULSE WIDE MODULATIONPWM）较常用的一种调速方式，这种

17、调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转的等优点。因此决定采用 PWM 方式控制直流电机。永磁式直流电机脉宽调速原理永磁式直流电动机电机转速由电枢电压 UD决定，电枢电 UD越高电机转速越快，电枢电压 UD降为 0V，电机就停转。直流电机的具体调速过程是：先让它启动一段时间，然后切断电源，电动机因惯性而降速转动。在转速降到一定限度时使电动机再次接通电动机因此而再次加速。不断的给电枢两端送入脉动电压源（即脉动信号） 就可以使电动机的转速控制在指定的围。如图 4-4-1 所示：脉冲信号：tT转速：VMAXVDVMIN 图

18、 4-4-1VMAX为电动机的最大转速值。VMIN为电动机的最小转速值。VD为二者的平均值。VD=D * VMAX 式中 D=t/T 称为占空比 D 越大 VD就越大反之亦然。平均转速和电枢上的脉冲占空比 D 之间的关系如 4-4-2 图：VD（平均速度）00.51D（占空比）图 4-4-2. . . . 9 / 29由图可知，平均转速与占空比并非完全的线性关系，但可以近似的看成是线性关系。因此电动机的平均转速 VD 就可以有占空比 D 加以控制。PWM 调速分为双向式和单向式两种一种双向式在一个脉冲周期(T=TaTb)，T1 和 T3 导通的时间为 Ta，T2 和 T4导通的时间为 Tb，这

19、样在 Ta 这段时间，电机通过的是正向电流，在 Tb 这段时间为反相电流。当 Ta=Tb 时电机停转，TaTb 时电机正转， Ta Tb 则电动机正转。通过改变 Ta 、Tb 的占空比即可改变转速。5 5 主要器件性能与原理主要器件性能与原理5 51 1 MCS-51MCS-51 单片机部结构单片机部结构. . . . 11 / 29 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元与数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现

20、在我们分别加以说明：5.1.1 中央处理器 中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。5.1.2 数据存储器(RAM)8051 部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的 RAM 只有 128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。5.1.3 程序存储器(ROM)8051 共有 4096 个 8

21、 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。5.1.4 定时/计数器(ROM)8051 有两个 16 位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。5.1.5 并行输入输出(I/O)口 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。5.1.6 全双工串行口 8051 置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 5.1.7 中断系统 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2

22、 级的优先级别选择。 5.1.8 时钟电路 8051 置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL 的 MCS-51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 下图是 MCS-51 系列单片机的部结构示意图。5.1.9MCS-51 的引脚说明 MCS-51 系列

23、单片机中的 8031、8051 与 8751 均采用40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：. . . . 13 / 29 Pin40:正电源脚，正常工作或对片 EPROM 烧写程序时，接+5V 电源。 Pin19:时钟 XTAL1 脚，片振荡电路的输入端。 Pin18:时钟 XTAL2 脚，片振荡电路的输出端。 8051 的时钟有两种方式，一种是片时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外接石英晶体(2-1

24、2MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将 XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。MCS-51 系列单片机中的 8031、8051 与 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP结构，右图是它们的引脚配置，40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20:接地脚。 Pin40:正电源脚，正常工作或对片 EPROM 烧写程序时，接+5V 电源。 Pin19:时钟 XTAL1 脚，片振荡电路的输入端。

25、Pin18:时钟 XTAL2 脚，片振荡电路的输出端。8051 的时钟有两种方式，一种是片时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将 XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。输入输出(I/O)引脚： Pin39-Pin32 为 P0.0-P0.7 输入输出脚，Pin1-Pin1 为 P1.0-P1.7 输入输出脚，Pin21-Pin28 为 P2.0-P2.7 输入输出脚，Pin10-Pin17 为 P3.0-P3.7 输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下容阐述。Pin

26、9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H，P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指钟写入 07H，其它专用寄存器被清“0” 。RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态，8051 的初始态如下表：特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位

27、，见下图。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机部 RAM 的数据不丢失。. . . . 15 / 295.5. 2 2 A/DA/D 转换芯片转换芯片ADC0809 芯片是最常用的 8 位模数转换器。 它的模数转换原理采用逐次逼进型，芯片由单个5V 电源供电，可以分时对 8 路输入模拟量进行 AD 转换，典型的 AD 转换时间为 100 微妙左右。在同类型产品中，ADC0809 模数转换器的分辨率、转换速度和价位都属于居中位置。部逻辑结构，如图 5-2-1 所示。图 5-2-1 ADC0809 部结构引脚功能说明：D7D0：8 位数字量输出，A

28、D 转换结果。IN0IN7：8 路模拟电量输入，可以是：05V 或者5V5V 或者10V+10V。+VREF：正极性参考电源。VREF：负极性参考电源。START：启动 AD 转换控制输入，高电平有效。CLK：外部输入的工作时钟，典型频率为 500KHz。ALE：地址锁存控制输入，高电平开启接收 3 位地址码，低电平锁存地址。CBA：3 位地址输入，其 8 个地址值分别选中 8 路输入模拟量 IN0IN7 之一进行模数转换。C 是高位地址，A 是最低位地址。OE：数字量输出使能控制，输入高有效，输出 AD 转换结果 D7D0。EOC：模数转换状态输出。当模数转换未完成时，EOC 输出低电平；当

29、模数转换完成时，EOC 输出高电平。EOC 输出信号可以作为中断请求或者查询控制。Vcc：芯片工作电源5V。GND：芯片接地端。5 53 3 永磁无刷直流电动机永磁无刷直流电动机5.3.1 稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理 无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆

30、变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。. . . . 17 / 29无刷直流电动机的原理简图如图 5-3-1 所示：主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频 5-26KHZ 调制波的对称交变矩形波。永磁体 N-S 交替交换，使位置传感器产生相位差 120的 U、V、W 方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生 T1-T4 导通、T1-T6 导通、T3-T6 导通、T3-T2 导通、T5-T2导通、T5-T4 导通，也就是说将直流母线电压依

31、次加在 A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对 N-S 极，T1-T6 功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动 60电角度，转子跟随定子磁场转动相当于 60电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器 U、V、W 按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进 60电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 无刷直流

32、电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。5 54 4 三端式稳压器三端式稳压器 78L0578L05 三端式稳压器三端式稳压器 78L0578L05 的工作原理的工作原理电路如图 5-4-1 所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。下面对各部分电路作简单介绍5.4.1 启动电

33、路 在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压 V1接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。因此，必须用启动电路给恒流源的 BJT T4、T5提供基极电流。启动电路由 T1、T2、DZ1组成。当输入电压 V1高于稳压管 DZ1的稳定电压时，有电流通过 T1、T2，使 T3基极电位上升而导通，同时恒流源 T4、T5也工作。T4的集电极电流通过 DZ2以建立起正常工作电压，当 DZ2达到和 DZ1相等的稳压值，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。与此同时，T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证 T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。5.4.

34、2 基准电压电路 基准电压电路由 T4、DZ2、T3、R1、R3与 D1、D2组成，电路中的基准电压为. . . . 19 / 29 式中 VZ2为 DZ2的稳定电压，VBE为 T3、D1、D2发射结（D1、D2为由发射结构成的二极管）的正向电压值。在电路设计和工艺上使具有正温度系数的R1、R2、DZ2与具有负温度系数的 T3、D1、D2发射结互相补偿，可使基准电压VREF基本上不随温度变化。同时，对稳压管 DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。5.4.3 取样比较放大电路和调整电路。 这部分电路由 T4T11组成，其中T10、T11组成复合调整管；R12、R13组成取

35、样电路；T7、T8和 T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5组成的电流源作为它的有源负载。T9、R9的作用说明如下：如果没有 T9、R9，恒流源管 T5的电流 IC5=IC8+IB10，当调整管满载时 IB10最大，而 IC8最小；而当负载开路时 IO=0，IB10也趋于零，这时 IC5几乎全部流入 T8，使得 IC8的变化围大，这对比较放大电路来说是不允许的，为此接入由T9、R9级成的缓冲电路。当 IO减小时，IB10减小，IC8增大，待 IC8增大到0.6V时，则 T9导通起分流作用。这样就减轻了 T8的过多负担使 IC8的变化围缩小。 5.4.4 减流式保护电路 减流式保护电路由

36、T12、R11、R15、R14和 DZ3、DZ4组成，R11为检流电阻。保护的目的主要是使调整管（主要是 T11）能在安全区以工作，特别要注意使它的功耗不超过额定值 PCM。首先考虑一种简单的情况。假设图 1中的 DZ3、DZ4和 R14不存在，R15两端短路。这时，如果稳压电路工作正常，即PCPCM并且输出电流 IO在额定值以，流过 R11的电流使 =IOR110.6V 时，使 T12管导通。由于它的分流作用，减小了 T10的基极电流，从而限制了输出电流。这种简单限流保护电路的不足之处是只能将输出电流限制在额定值以。由于调整管的耗散功率 PCM=ICVCE，只有既考虑通过它的电流和它的管压降

37、 VCE值，又使 PC（VZ3+ VZ4），则 DZ3、DZ4击穿，导致 T12管发射结承受正向电压而导通。VBE12的值为经整理后得显然，（VI VO）越大，即调整管的 VCE值越大，则 IO越小，从而使调整管的功耗限制在允许围。由于 IO的减小，故上述保护称为减流式保护。5.4.5 过热保护电路 过热保护电路电路由 DZ2、T3、T14和 T13组成。在常温时，R3上的压降仅为 0.4V 左右，T14、T13是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极限值时，R3上的压降随 DZ2的工作电压升高而升高，而 T14的发射结电压 VBE14下降，导致 T14

38、导通，T13也随之导通。调整管 T10的基极电流 IB10被 T13分流，输出电流 IO下降，从而达到过热保护的目的。电路中 R10的作用是给 T10管的 ICEO10和 T11管的 ICBO11一条分流通路，以改善温度稳定性。值得指出的是：当出现故障时，上述几种保护电路是互相关联的。图 5-4-2 三端稳压器的典型接法图 5-4-2 是应用 78L05 输出固定电压 VO的典型电路图。正常工作时，输入、输出电压差应大于 23V。电路中接入电容 C1、C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D

39、 是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器 C3一个放电通路，防止 C3两端电压作用于调整管的be 结，造成调整管 be 结击穿而损坏。三端稳压器的参数参 数单位7805输出电压围V4.85.2最大输入电压V35最大输出电流A1.5V0(I0 变化引起)mV100(I0=5mA1.5A)V0(Vi 变化引起)mV50(Vi=725V). . . . 21 / 29V0(温度变化引起)mV/0.6(I0=500mA)器件压降(Vi-V0)V22.5(I0=lA)偏置电流mA6输出电阻m17输出噪声电压(10100kHz)V4055 集成转速传感器 KMI15-1 集成转速传感器具有灵敏度高

40、、测量围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等优点，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。下面是 KMI15 系列磁阻式集成转速传感器的工作原理与典型应用。转速属于常规电测参数。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙（亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差；第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直

41、的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的方向发展5.5.1型传感器的性能特点芯片含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和。它利用来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率与被测转速成正比，电流信号的变化幅度为。由于其外围电路比较简单，因而很容易配 二次仪表测量转速。 器件的测量围宽，灵敏度高，它的齿轮转动频率围是，而且即使在转动频率接近于零时，它也能够进行测量。传感器与齿轮的最大磁感应距离为（典型值） ，由于与齿轮相距较远，因此使用比

42、较安全。 该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，它对轴向振动不敏感。另外，芯片部还有电磁干扰（）滤波器、电压控制器以与恒流源，从而保证了其工作特性不受外界因素的影响。 的体积较小，其最大外形尺寸为，能可靠固定在齿轮附近。 采用电源供电（典型值） ，最高不超过。工作温度围宽达。4.5.2工作原理 KMI15-1 型集成转速传感器的外形如图所示，它的两个引脚分别为CC（接12V 电源端）和（方波电流信号输出端） 。为使信. . . . 23 / 29号变换器处于较低的环境温度中，设计时专门将与传感元件分开，以改善传感器的高温工作性能。 其部主要包括以下六部分：磁敏电阻传感器；前置放大器 A1；施密

43、特触发器；开关控制式电流源；恒流源；电压控制器。实际上，该传感器是由 4 只磁敏电阻构成的一个桥路，可固定在靠近齿轮的地方。 当齿轮沿轴方向转动时，由于气隙处的磁力线发生变化，磁路中的磁阻也随之改变，从而可在传感器上产生电信号。此外，该传感器具有很强的方向性，它对沿轴转动的物体十分敏感，而对沿轴方向的振动或抖动量很不敏感。这正是测量转速所需要的。工作时，传感器产生的电信号首先通过滤波器滤除高频电磁干扰，然后经过前置放大器，再利用施密特触发器进行整形以获得控制信号，并将其加到开关控制式电流源的控制端。KMI15-1 的输出电流信号CC 是由两个电流叠加而成的，一个是由恒流源提供的 7A 恒定电流

44、H，另一个是由开关控制式电流源输出的可变电流 1K。它们之间的关系式为： CC1H1K当控制信号 UK0（低电平）时，该电流源关断，0，17A。当 KK1（高电平）时，电流源被接通，7A，从而使得CC14A。图 4 给出了从端输出的方波电流信号的波形，其高电平持续时间为，周期为。输出波形的占空比t1T5020。上升时间和下降时间分别仅为 0.5和 0.7。 KMI15 芯片中的电压控制器实际上是一个并联调整式稳压器，可用于为传感器提供稳定的工作电压。而电阻3、稳压管和晶体管1 则可构成取样电路，其中1 接成射极跟随器。2 为误差放大器，2 为并联式调整管。这样，在经过1、2 分压后可给2 提供

45、基准电压REF，从而在UCC 发生变化时，由2 对取样电压与基准电压进行比较后产生误差电压，同时通过改变2 上的电流来使保持不变。5.5.3 KMI151 的典型应用 安装方法 KMI15-1 应当安装在转动齿轮的旁边。若被测转动工件上没有齿轮，亦可在转盘外缘处钻一个小孔，套上螺扣，再拧上一个螺杆并用弹簧垫圈压紧，以防止受震动后松动，并以此代替齿尖获得转速标记信号。4、6 译码器 74LS164 为串行移位译码器，它主要由时钟线控制，时钟线每来一个上升弦，数据线将把一位数移进去，移八次就进一个字节，同时在数码管显示出来。译码器是实现组合逻辑的功能部件。它的输入是二进制的代码，输出是一组高低电平

46、信号，每输入一组不同的代码，只有一个输出端呈现有效信号。74LS245 芯片是一个八位的总线收发器，其输入/输出引脚分成两组，其工作原理如下：允许 E 方向控制 DIR 操作低电平 低电平 B 数据到 A 总线低电平 高电平 A 数据到 B 总线高电平 悬空 隔离5.5.程序设计程序设计5.15.1 主程序框图主程序框图开始启动A/D转换栈针初始化分配显示缓冲区设置中断开 CPU 中断允许 INT0 INT1中断扫描键盘未按下按下扫描 IN0IN6扫描 IN7启动 A/D转换调用调宽程序返回启动 A/D 转换调用显示程序 . . . . 25 / 295.25.2 INT0INT0 中断服务程

47、序中断服务程序保护现场读 A/D 转换结果送至显示缓冲区启动 A/D 转换恢复现场返回5.35.3 部分子程序部分子程序延时子程序：定时功能。PWM 子程序：用于控制马达转速。89C51 芯片没有 PWM 输出功能，需要通过编程实现。为了在输出 PWM 波时，单片机仍能执行其他程序，可以利用单片机部的定时器溢出中断来实现。占空比占用一个字节的 RAM，占空比 D=N/256。（脉宽调速是使用单片机部中断产生周期约为 8ms 的方波，通过改变高电平的宽度来进行改变电机的转速）利用单片机输出 PWM 信号.实现了从 0%100%线性可调。 源码如下： ;单片机串口通信+PWM 输出程序;在 P1.3 输出调宽信号。 ;定时器 0 工作在方式 3，TL0 为调宽值，TH0 为脉冲频率。 ;定义：TH0=30H ，TL0=31H ;TH0DAT EQU 30H ;脉冲频率 ;TL0DAT EQU 31H ;脉冲宽度 ORG 0000H AJMP START. . . . 27 / 29 ORG 000BH AJMP PWM_TUN ;调宽子程序 ORG 001BH AJMP PWM ;脉频率子程序START: CLR P1.3 MOV TCON,#00H MOV TMOD,#03H ;T0 工作在方式 3 定时。 MOV TH0,#56 ;200uS 频率为 50KHz MO