概述
無位置傳感器的無刷直流電機(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)由于其快速、可靠性高、體積小、重量輕等特點,在航模領域得到了廣泛的應用。但是與有刷電機和有位置傳感器的無刷直流電機相比,其控制算法要復雜得多。加上航模設計中對重量和體積的要求非常嚴格,因此要求硬件電路盡可能簡單,更增加了軟件的難度。
本文提出了一種基于中穎8位單片機SH79F168的控制方案,借助于該芯片片內集成的針對電機控制的功能模塊,只需很少的外圍電路即可搭建控制系統,實現基于反電動勢法的無位置傳感器BLDC控制,在保證穩定性和可靠性的基礎上大大降低了系統成本。而且該芯片與傳統8051完全兼容,易于上手,從而也降低了研發成本。
系統硬件設計
本方案選用中穎的8位單片機SH79F168做為主控芯片。該芯片采用優化的單機器周期8051核,內置16K FLASH存儲器,兼容傳統8051所有硬件資源,采用JTAG仿真方式,內置16.6M振蕩器,同時擴展了如下功能:
·雙DPTR指針. 16位x8乘法器和16位/8除法器.
·3通道12位帶死區控制PWM,6路輸出,輸出極性可設為中心或邊沿對齊模式;同時集成故障檢測功能,可瞬時關閉PWM輸出;
·7通道10位ADC模塊;
·內置放大器和比較器,可用作電流放大采樣和過流保護;
·增強的外部中斷,提供4種觸發方式;
·提供硬件抗干擾措施;
·Flash自編程功能,方便存儲參數;
主系統硬件架構如圖1所示,從圖中可以看出該系統大部分功能都由片內集成的模塊完成。外圍電路的簡化一方面可以提高系統可靠性,另一方面也降低了成本。
圖1:系統硬件架構。
三相逆變橋采用上橋PMOS用三極管驅動,下橋NMOS用PWM端口直接驅動的方式,如圖2所示。
圖2:三相逆變橋。
SH79F169片內集成了三通道6路PWM端口,可分別獨立配置為PWM輸出或者IO輸出。將PWM01~PWM21配置為PWM輸出,直接驅動三相逆變橋的下橋;PWM0~PWM2配置為IO端口,經過晶體管反相電路后驅動三相逆變橋的上橋。
外部中斷輸入INT4x配置為雙沿觸發,即輸入信號的上升沿和下降沿都能觸發中斷,可用于捕捉調速給定信號。