微型无刷直流电机的无位置传感器控制

2.2 软件设计

软件主要有初始化程序、电机起动程序、端电压检测及换相程序、电压和电流保护程序、运行控制程序等组成。共有四个中断：PWM中断、ADC 中断、T1中断、T2中断。其中T2中断实现电机起动程序，PWM中断在PWM开通期间启动ADC中断，在ADC中断中进行端电压检测，当检测到反电动势过零点时启动T1中断完成换相。主程序如图3所示。

2.2.1G8051 F330的初始化

由于C8051F330单片机与8051单片机在内部资源上有差异，所以它们的初始化有所不同。主要有两点不同：对外引脚的交叉开关的配置;对系统时钟源的配置。考虑到用户自己写初始化程序很繁琐，Silicon Labs公司推出了C8051F单片机初始化代码生成程序软件Config2Version 1.30。用户只要在图形化的界面上用鼠标点击选择，就可以方便地生成C8051F330的初始化程序。大大加快了用户的开发速度。

2.2.2 PWM波输出控制

C8051F330的可编程计数器阵列(PCA)由一个专用的16位计数器/定时器和3个16位捕捉/比较模块组成，恰好可以实现3路8位PWM或16位PWM功能。PCA的16位计数器/定时器的高字节PCAOH和低字节PCAOL决定PWM波的频率，通过改变捕捉/比较模块的高字节PCAOCPHn和低字节PCAOCPLn就可以改变PWM波的占空比。

2.2.3 端电压检测及换相

反电动势换相信号检测：在PWM开通期间启动ADC，检测处于不通电相绕组的端电压，其值等于电源电压的一半时为反电动势过零点信号。要考虑：a.ADC检测时刻应与PWM同步，并选择PWM开通时间的中点为佳，以避开开关状态的瞬态电压噪声。b.在软件中应舍弃换相后的最初几个反电动势采样点，因为换相后绕组电流不会立即为零，要经过一个续流过程才下降为零。程序如图4所示。使用定时器0记录连续监测到两个端电压过零点的时间，除以2即为30°电角度的时间，把此时间装载到定时器1中，定时器1经过30°电角度时间触发中断，调用换相子程序进行电子换相。

3 实验结果及结论

实验样机采用长沙方圆模型厂生产的无传感器无刷直流电机，型号为1208436，额定参数为，转速：4100r/V，2对极，最大电流：4A，内阻：0.59Ω，空载电流：0.3A。实验平台如图5所示。

当电源电压为10V、PWM占空比为20%、空载时，端电压波形图如图6所示。从图中看出，换相时间为0.6ms左右，端电压波形是较好的梯形波。根据电机额定参数计算换相时间为0.609ms(60°电角度)，可见换相时间比较准确。通过实验证明，采用上述控制技术，电机系统起动平稳，无振动和失步现象，同时系统具有结构简单、小型化、低成本、运行可靠、调速性能良好的优点。