80C196KC在永磁无刷直流电动机中的应用

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1． 引言：??? 无刷直流电动机实质就是一台用电子换相装置取代机械换相的直流电动机，用由固态逆变器和转子位置传感器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。永磁无刷直流电动机(简称BLDCM)它由永磁电动机本体、转子位置传感器、逆变驱动控制电路组成，一般由直流电源供电。直流电源通过控制器向电动机定子绕组供电，电动机的转子位置由位置传感器发出信号去触发控制器中相应的功率开关元件，使之导通或截止，从而控制电动机的转动。控制器的性能是决定BLDCM性能的重要因数。由于微型计算机（含单片机）在控制器中的应用，使无刷直流电动机的性能有了很大提高。2．80C196KC：??? 近十余年来，随着微电子工艺水平的提高，单片微处理器件性能也有了较大地飞跃，其是各类控制系统的核心部件。目前应用较多的是Intel、Philips、Siemens等公司推出的MCS-96系列16位单片机，相比以往的MCS-51系列8位单片机，其CPU中的算术逻辑单元采用寄存器—寄存器结构，操作直接面向寄存器，有效地克服了MCS-51系列单片机中存在的累加器瓶颈效应，提高了操作速度和数掘的吞吐能力；高效、精简的指令系统，大大提高了系统的实时性；片内集成丰富的外设单元，极大地方便了与外部设备的接口，使得其特别适用于各类自动控制系统。??? 80C196KC是MCS-96系列16位单片机中的一个重要分支，它具有如下特征： ??? (1) 内部RAM共有512个字节，通用寄存器阵列占488个字节，专用寄存器阵列占24个字节；??? (2) 寄存器至寄存器结构；?????? ??? (3)? 运算快速，振荡频率最高可达16MHz，指令的运行速度更快，16位乘法只需1．75μs，32位除法只需3．0μs；??? (4)? 五个八位I／O口；??? (5)? 全双工串行口；??? (6)? 高速I／O子系统；??? (7)? 4个16位的软件定时器；??? (8)? 内部有8路A／D转换器，具有采样／保持功能，可以选择10位／8位转换，还可控制A／D转换的时间；??? (9) 增设外设事物服务器PTS(Peripherial Transaction Server)，以很小的CPU的开销为I／O功能部件服务。3．控制系统设计：??? 控制系统以一片80C196KC单片机为核心构成，利用其内部集成的A／D、定时、计数器、高速输入、输出等各种功能，简化了控制电路板的设计，其结构框图如图1所示。分为以下8个部分：控制芯片及其外部存储电路、看门狗及E2PROM电路、电流电压A／D采样电路、转子位置检测电路、主电路和与之相关的吸收电路与自锁保护电路、开关元件驱动信号输出放大电路、与CAN总线通讯电路、供电电源及负载发电机励磁电路。

图1??? 控制系统结构图??? 80C196KC在控制系统的主要功能是：??? （1）80C196KC的P0.0接收电机转向信号，通过并行口8255接收位置信号和通过AD574检测换流电容C3的电压值uc3，(双极性电压)，从而控制逆变器换流顺序和时间；?
                          
                       
                          
                                ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????? (2)? 通过80C196KC的高速输入口HSL0接收位置信号最低位Xl脉冲信号，计算转速。??? 本系统将AD574的STATUS引脚接80C196KC的高速输入口HSI．1引脚，产生HSI中断来读取电容C3上电压值uc3。还利用80C196KC在访问慢速存储器时可扩展 有效信号脉宽的功能，将 信号延长1个状态周期后，在16M晶振高速CPU系统中AD574就可以正常工作了。??? 80C196KC利用CAN总路与PC机（主机）及电机的驱动单元来通信。80C196KC在PC机命令下可接收PC机发出的以下命令：??? (1)? 转速闭环调节参数；??? (2)? 转速大小和方向，转速升降时间，电机起停指令；??? (3)? 电流给定值的最大值。??? 80C196KC在PC机命令下可回送给PC机以下信息：??? (1)? 电机当前的运行状态；??? (2)? 电机的转速瞬时值；??? (3)? 各单元的实测电流；??? ??? (4)? 各单元的实测电压；??? (5)? 电机各单元的故障状态，A、B主控单元的工作状态。??? 为提高系统的可靠性主控单元由两套互为备用的80C196KC单片机系统构成，分别处于工作状态和热备用状态。4．主程序设计：??? 系统主程序主要完成从上位机读取电流给定值，上传本单元实测电流值，调节电流，输出相应导通开关量实现电子换相等任务。其流程框图如图2所示。

图2? 系统的主程序流程图5．结束语：??? 由于80C196KC的使用大大提高了系统的实时性，方便了接口，使无刷直流电动机的性能得到了极大的提升。 80C196KC采用CHMOS工艺，内部集成有丰富的软硬件资源，同时由于它具有很高的性能价格比，使得它在工业应用场合中占有了一席之地。