文 献 综 述

一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。
　　针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。
　　由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。

　　电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，在电动机内装有位置传感器。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。

控制系统工作过程：

本次设计的目的主要是通过使用protel99se软件来实现单片机芯片c8051f020的接口与无刷直流电机的连接。整个单片机控制直流电机系统由c8051f020单片机，芯片IR2136，全桥电路和无刷直流电机组成。无刷直流电机主要由位置传感器，电机和功率开关管组成。位置传感器（霍尔元件）发出信号控制功率开关的导通，电流通入定子绕组各相，产生磁场。磁场与电机的转子作用产生力矩，带动电机旋转。通过调节位置传感器可以控制电机的正转与反转。通过调节PWM的脉冲宽度来调节通入全桥电路的电流大小以实现电机转速的控制。电机通过PID控制器（主要是PI）来形成整个单片机和直流电机的闭环控制。

C8051F020单片机是一种与51系列单片机内核兼容的单片机，具有高速、高性能、高集成度。C8051F020单片机具有丰富的片上硬件资源及高运算速度，这为实现复杂的控制算法提供了保障，而且几乎不需系统扩展即可满足控制系统对硬件资源的需求，极大地提高了系统可靠性。C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，具有 64 个数字 I/O 引脚 ；高速、流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核（可达 25MIPS）； 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内） ；12 位 、 100 ksps 的8 通道 ADC，带 PGA和模拟多路开关 ；8位 500 ksps的 ADC，带 PGA和 8 通道模拟多路开关 ；两个 12 位 DAC，具有可编程数据更新方式 ；64K字节可在系统编程的 FLASH存储器 ；4352（4096 256）字节的片内 RAM ；可寻址 64K字节地址空间的外部数据存储器接口 ；硬件实现的 SPI、SMBus 和两个 UART 串行接口；5 个通用的 16 位定时器 。它还具有 5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列，片内看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。 具有片内 VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的 C8051F020/1/2/3 是真正能独立工作的片上系统。所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。 片内 JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品 MCU进行非侵入式（不占用片内资源） 、全速、在系统调试。该调试系统支持观察修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、 单步及运行和停机命令。

IR2136芯片：

IR2136芯片集成了6个MOSFET或IGBT高压栅驱动器，能兼容COMS输出，提供低于3.3V的逻辑，可直接接入微控制器。IR2136芯片的集成电路的性能超过变压器，并支持高频工作，死区时间为250ns,一般接通关断时间为400ns。

全桥电路：