STC89C52单片机小功率直流电机驱动器设计与实现(3)
根据《GB2900.27-1995电工名词术语小功率电动机》标准定义，小功率电机是指折算到1500r/min时，最大连续定额不超过1.1kW的电动机。电机作为机电能量转换的重要装置，对国民经济，能源利用有着十分重要的作用。小功率直流电机在家用电器，交通工具，电子产品，仪器仪表，电工工具，军工设备等领域均有广泛的应用，与人们的日常生活紧密相关。
1．3 直流电机的分类
直流电机可分为直流有刷电机和直流无刷电机两种。直流有刷电机在定子上安装固定的磁极和电刷，转子上安装电枢绕组和换向器，直流电源通过电刷和换向器进入电枢，产生磁场与定子上的磁极相互作用产生电磁扭矩。直流无刷电机则在转子上安装永磁体，电枢绕组固定且没有换向器，通过驱动器来进行电子换相。直流有刷电机有着变速平稳，温升低，价格低的优点，但电刷有机械磨损，运行电流大的缺点。相比之下直流无刷电机的优点有无电刷的机械磨损，寿命高，空载电流小，效率高体积小的优点，但在低速时有震动，价格高。
1．4 直流电机驱动
直流电机驱动可以简单的使用继电器来来开关，简单但相应时间慢，机械结构易损坏，等缺点。也可使用H桥电路来驱动电机，通过若干个三极管及外围电阻等器件，通用性强，功能强大。通过端口写入能够实现电机正反转和调速。有刷电机的驱动能产生PWM波形，得到可变的等效电压来达到电机调速的功能。无刷电机的驱动除了有刷电机驱动的功能外，还要实现电子换相。通过电机的霍尔感应器或电枢绕组的电势来判别转子所处的位置，并判断换相时机。
1．5 直流电机的控制
随着数字控制技术的迅猛发展和嵌入式设备的改进，采用微处理器控制方式在电机驱动中大放异彩，使调速系统的数字化程度和智能化程度大幅提高。微处理器控制可以实现各种不同的控制规律，如存储和计算不同负载下的速度设定值及变化规律，对电机进行检测显示超限报警等多种功能。全数字化的直流电机控制系统控制逻辑由软件实现，易于修改以实现不同的控制规律。硬件结构简单，成本低廉。除实现系统控制外，还可实现自检和保护的功能，并能使电机以高精度稳态运行。同时数字化也是控制系统集成化小型化智能化的发展方向。由于微处理具有较好的性价比，在工业过程和设备控制中得到日益广泛的应用。
本次设计实现的小功率直流电机驱动为以STC89C52单片机作为控制核心的直流有刷电机驱动，综合运用自己所学的知识，学以致用，来达到锻炼自己的实践能力并积累相关经验的目的。
2 整体设计
整体设计为使用STC89C52单片机来输出对直流电机驱动的控制信号，MAX232芯片用于计算机向单片机下载程序时的电平转换，直流电机驱动根据收到的控制信号来控制电机的旋转方向以及速度，直流电机带动小车作为负载来实现机电能量的转换。由于单片机和直流电机运行在不同的电压下，分别使用一块5V的镍氢电池和一块12V的锂电池来分别驱动单片机和直流电机。
图2.1：系统整体设计图
3 控制电路
3.1 STC89C52单片机
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。