张森：汽车电子差速及其控制方法设计
5.1.4复位电路的设计
单片机的复位是很重要的，复位操作可以完成单片面的初始化，也可合外于死机状态下的单片机重新开始运行。
单片机复位原理是，在时钟电路开始工作后，在单单片机的RES引脚施加24个时钟振荡脉冲(即两个机器周期)以上的高电平，单片机便可以实现复位。在复位期间，单片机的ALE引脚和PSEN引脚均输出高电平。当RST引脚从高电平跳变为低电平后，单彼岸机便从0000H单元开始执行程序。
在实际应用中，采用外部复位电路来进行单片机复位一般在RST引脚保持10ms以上的高电平，保证单片机能够可靠地复位。在本设计中采用手动上电位复位电路，这样可以人工复位单片机系统。在本电路中，选取的电阻大小分别为220Ω和1KΩ，选用22μF电容，电路结构如图3.4所示。除了系统上电的时候可以给RES引脚一个短暂的高电平信号外，当按下按键开关的时候，VCC通过一个电阻连接到RST引脚，给RST一个高电平；按键松开的时候，RST引脚恢复为低电平，复位完成。如图5.4所示为手动上电复位电路
VCC按键开关220ΩRST22μF1KΩ80C51GND 图5.5 手动上电复位电路
5.2 驱动电路的设计
对于普及的直流无刷电机，大多采用三相桥式逆变电路驱动，其结构如图5.5所示。
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图5.6 无刷直流电机的结构
图5.5中底部的3个电感为电机线圈的简单等效模型，6只功率MOSFET作为开关器件使用，组成三相桥式结构。如果将他们按照一定的组合方式和频率进行开关，即能驱动三相无刷直流电机转动。功率MOSFET的导通顺序如图5.5所示，由图可知，系统采用三相六拍制单极控制，电动机每转一周都要经过六次换相，每一相都有一个上管和一个下管为导通状态，但同一对上下管不能同时导通，否则相当于电源短路。这六相分别为：Q1 Q6，Q3 Q6，Q3 Q2，Q5 Q2，Q5 Q4，Q1 Q4。在每相中，电流根据导通的功率MOSFET不同，按不同方向流经电机的不同线圈，由此产生持续的旋转磁势，推动电机的转子转动。 5.2.1驱动控制原理图
本文设计的直流无刷电机驱动电路，采用自举法驱动高压侧开关管，全部采用分立元件，其中一对上下功率MOSFET的驱动电路如图5.6所示，其余两对开关管的驱动电路与之完全相同。
对于Q2管，不需要浮置栅，驱动方法比较简单。当N2基极的L_PWM为低电平时，N2不导通，N1和P1导通，使得Q2的栅极被15V电源直接驱动，Q2导通。当L_PWM为高电平时，N2导通，N1,P1关断，Q2栅极电位被拉到地，Q2关断。 对于Q1管，需要栅极浮置驱动，原理如下。当N3基极的H_PWM信号为低电平时，N3和P2都不导通，此时Q1是关断的，而Q2互补导通。15V电源电压经D1向自举电容C1充电，使得C1两端电压为15V减去D1的管压降，大概为14V。当H_PWM信号为高电平时，N3和P2相继导通，自举电容C1两端的电压通过P2加到Q1的栅极上，浮置于源极之上，电压差为14V左右，保证Q1饱和导通，此时Q2必须是互补关断的，否则将造成桥臂导通，使电源短路。当H_PWM信号再次转为低电平时，P3导通，使Q1的栅极电容迅速放电，及时关断Q1。其中H_PWM和
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5.3传感器的选择和测速原理
总体控制电路原理图 如图5.8所示。
图5.8 总控制电路原理图
L_PWM分别为驱动上下开关管的5V数字逻辑PWM信号。
图5.7 电机驱动控制原理图
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来实现转速测控，并且充分利用了单片机的内部资源，有很高的性价比。
力强等特点。霍尔传感器的输出信号经信号调理后，通过单片机对连续脉冲记数
本测速系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能
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5.3.1霍尔传感器的工作原理
给置于磁场中导体或半导体通入电流，若电流垂直于磁场，则在与磁场和
电流都垂直的方向上会出现一个电位差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件，利用集成电路 ￡艺将霍尔元件与测量电路集成在一起制成的器件，称为集成霍尔传感器。集成霍尔传感器可分为线性型和开关型两大类。开关型霍尔传感器将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC 门等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新回到高阻态，输出高电平。线性型霍尔传感器将霍尔元件和恒流源、线性放大器等做在一个芯片上．其输出特性是线性变化的。由于其输出电压较高、使用非常方便，因而得到广泛的应用。 5.3.2霍尔传感器的测速原理
转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系：
60n? 式5.1
PT式中：
n为电机转速;P为电机转一圈的脉冲数;T为输出方波信号周期 根据式5.1即可计算出直流电机的转速。
本系统采用单片机C8051作为主控制器，使用霍尔传感器测量电机的转速，通过7079最终在LED上显示测试结果。此外，还可以根据需要调整控制电机的转速，硬件组成由图5.9所示。
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图5.9 测速系统硬件组成框图
控制器89C51主要完成转速脉冲的采集、16为定时计数器计数定时、运算
比较，片内集成的12位DAC0控制转速，并且通过7279显示接口芯片实现数码显示等多项功能。 5.3.3编码器的工作原理
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，这是目前应用最多的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。其原理示意图如图5.10所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90o的两路脉冲信号。
图5.10 编码器
5.3.4编码器的测速原理
编码器的测速原理：编码器每旋转一周，就会输出特定数目的脉冲。在单位时间内记录读取到的编码器输出的脉冲数，即可知道旋转编码器转动的圈数，知道电机与车轮之间的传递那个比，即可求轮胎的转动速度。因为轮胎周长一定，所有可以求得在单位时间内汽车行驶的路程，再通过计算即可得到汽车的速度，如果单位时间足够小，则可以近似认为该速度为瞬时速度。
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