摘 要

无刷直流电机和有刷直流电机在原理上是基本相同的。从上个世纪40年代以来，有刷直流电机凭借其优秀的转矩控制性能，长期占据着运动控制领域的主导地位，但是有刷电机的机械电刷一直是电机的致命弱点。为了消除电流电机中机械电刷的不良影响，因而诞生了无刷电机。本毕业设计主要是应用AT89C51单片机及其相关电路设计出驱动电路来保障电机的正常运行。本控制器系统由独立按键控制单片机输出电机控制信号，PWM调速技术控制电机速度大小，LCD1602显示电机当前状态，驱动电路可以保障电机平稳运行。单片机控制无刷电机可以实现电机运行自动化，以及远距离控制，可以在很多工业场合得到运用。

关键字：PWM，无刷电机，AT89C51，LCD1602

ABSTRACT

Brushless DC motors and brushless DC motors are basically the same in principle. Since the 1940s,the Brush DC motors occupy the dominant position in the field of motion control with its excellent torque control performance for a long time. But thr Brush motors mechanical brush has been a fatal weakness of the motor. In order to eliminate the adverse effects of the mechanical brush in the current motors, the brushless motors was born. The graduation design is mainly the application of AT89C51 microcontroller and its related circuit design drive circuit to protect the normal operation of the motors. The controller system controls the single-chip output motor control signal by the independent buttons. The technology of PWM is to control the motor speed. LCD1602 shows the current state of the motor. The drive circuit can protect the motor running smoothly. The control of Brushless motors by Single-chip can automate motor operation as well as remote control, and it also can be used in many industrial applications.

Keywords:PWM , Brushless Motor, AT89C51, LCD1602

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 无刷直流电机的背景 1

1.2无刷电机的的国内外研究现状 1

1.3无刷直流电机的构成 1

1.4无刷直流电机工作原理 2

第2章 无刷电机控制器的设计 4

2.1无刷电机控制器的设计方案概述 4

2.2无刷电机控制系统的组成 5

2.3脉宽调制变速技术（PWM变速） 5

第3章 无刷电机硬件设计 7

3.1 AT89C51单片机结构介绍 7

3.2 AT89C51单片机定时器介绍 10

3.2.1方式寄存器TMOD 10

3.2.2控制寄存器TCON 11

3.3 JY01A芯片介绍 12

3.4 LCD1602显示屏介绍 14

3.5无刷电机控制系统硬件电路设计 15

3.5.1单片机最小系统电路 15

3.5.2单片机与独立按键连接电路 16

3.5.3系统显示电路 17

3.5.4电机驱动电路 18

3.5.5 电压转换电路 18

第4章 无刷电机软件设计 20

4.1 控制器软件设计总述 20

4.2程序流程图 20

第5章 方案测试 23

5.1方案整体测试 23

5.2 电路改进方法 24

第6章 总结 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 无刷直流电机的背景

无刷电动机一般指的是没有转换方向装置和机械电刷装置的直流电动机，又被称为直流无整流子电动机。它不仅组成结构简单，运行安全可靠，而且工作效率高，没有励磁损失。无刷直流电机基本想法是由Boliger在1917年提出的。然而，人们对用电子换相电路来代替机械换相装置的无刷直流电机的研究在1931年才正式开始。第一次申请使用晶体管换相电路替代机械装置的发明专利则是在20世纪50年代由哈里森博士等人完成的，这也意味着直流无刷电动机技术的正式问世。但是直到20世纪80年代中期，人们才开始重视直流无刷电机研究和制造。这些研究成果为当代研制无刷直流电机垫定了坚实的理论和实践基础，当前世界各国上对于直流无刷电动机的研究都获得了重大成果。

在发展无刷电动机技术的前期，由于驱动技术水平的低下，在其自问世后的一段相当长的时期内只能停摆在实验阶段，而且由于大功率开关器件造价昂贵和可靠性非常差等原因，使得其无法推广使用。要想发展好直流无刷电动机技术，就必须发展相应配套基础学科，比如微电子技术和现代电动机控制。在20世纪70年代以后，随着电力电子技术，半导体材料工业的快速发展，许多新型的半导体功率器件相继出现，再加之永磁材料纷纷问世，都为无刷电机的广泛传播铺就了宽敞的大路，因而无刷电机技术取得了相当多的成果。

1.2无刷电机的的国内外研究现状

德国曼内斯曼公司于20世纪80年代在汉诺威贸易博览会上正式发布了直流无刷电动机驱动器装置，激起了很多国家的关注，并且拉开了全世界研究和制造直流无刷电机的序幕。20世纪90年代，博尔顿教授全面地总结了直流无刷电动机系统，并划分出了无刷直流电动机研究方向，他的著作也被各国研究无刷直流电动机技术的科学家奉为经典，因此直流无刷电动机在理论上趋于成熟。

我国对于直流无刷电动机技术的研究开始比较晚。20世纪80年代，西门子和博世两家公司在由北京举办的金属加工设备展览会上放出了电机驱动装置，吸引了国内相关领域学者的广泛注意，并且激起了国内研究开发无刷直流电机的热情。经过多年的努力，我国国内已经出现了直流无刷电动机的一系列成功成果，各种衍生成果遍地开花。

1.3无刷直流电机的构成

无刷电机是由电机、电子换向电路和位置传感器三个部分构成。无刷电机采用的是电子换向电路取代机械换向装置的原理，并且它具备调节电机转速的功能。电动机本身是由带电磁绕组的定子和转子组成。定子主体部分是是电子绕组，当电机与电源连接后，绕组中电流涌动并产生磁动势。磁动势和转子转动形成的励磁磁场彼此作用产生电功率，并由转子输出机械功率，因此实现了将电能转换为机械能这一目标。电机的转子由永磁体、导磁体和支撑部件三个部分构成，并能够产生励磁磁场。电子功率器件以及相应电路和位置传感器等共同组成了电子开关线路。位置传感器把收集到的位置信息分享给电动机的控制器，并以此为依据准确驱动电子换相电路。