51单片机STC15W408AS驱动无感无刷电机BLDC

lixinhecom 2018-06-12

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看到很多人在用C8051做无感无刷电机的驱动，今天瑞生给大家来个国产51单片机STC15W408AS驱动无刷电机的驱动资料吧！

主控单片机使用STC15W408AS，单片机自带硬件PWM模块、ADC模块和比较器模块，所以非常适合做无刷电机的驱动，主频35M，无需外部晶振和复位电路，接好VCC和GND就可以工作。半桥电路使用PMOS+NMOS的组合，PMOS为IRF9540，NMOS为IRF540.驱动芯片用TC4427A。

先在洞洞板上做实验吧。原理图如下所示，懒得用软件画了，还是手画来得快些。下面的图中，只画出了A相的桥，B相和C相的桥与A相一样。

依照原理图，焊接好的板子如下图所示：

2.软件设计

2.1PWM模块

PWM模块用来产生可调占空比，目的是为了给电机施加一定的电压，占空比越大，施加的电压越大，电机转的越快。反之，占空比越小，电机转的越慢。

void PWM_Init(void)
{
 PWM0_L=0;
 PWM1_L=0;
 PWM2_L=0;

 CMOD=0X0C; //选择系统时钟/6为时钟源，即频率=35M/6/256=22.8K
 CL=0; // PCA计数器清零
 CH=0;
 
 PCA_PWM0 = 0X00;
 CCAP0H=0; // 初始化占空比为0% H的值装载到L中
 CCAP0L=0;
 CCAPM0=0x42; // 设置为PWM模式
 
 PCA_PWM1 = 0X00;
 CCAP1H=0; // 初始化占空比为0%
 CCAP1L=0;
 CCAPM1=0x42; // 设置为PWM模式
 
 PCA_PWM2 = 0X00;
 CCAP2H=0; // 初始化占空比为0%
 CCAP2L=0;
 CCAPM2=0x42; // 设置为PWM模式
 
 CR = 1;
}

2.2ADC模块和比较器模块

比较器用来做反电动势的过零检测，选择P5.4引脚为比较器的负输入端，选择ADC通道为比较器的正输入端。

void CMP_Init(void) // 比较器初始化函数
{
 CMPCR1=0X8C; // 打开比较器，把P5.4引脚设置为负输入端，ADC通道为正输入端 
 CMPCR2=50;// 延时消抖时间设置
}

void ADC_Init(void) // ADC模块初始化
{
 P1ASF = 0X38; //开通P1.3 P1.4 P1.5端口的模拟输入端
}

2.3六步时序换相

BLDC的六步时序为AB AC BC BA CA CB,下面程序中，分别用0~5表示每一步。

void StepXL(void) // 换相序列函数
{
 switch(Step)
 {
  case 0: // AB
  CCAP0H=PWM_Value;CCAP1H=0;CCAP2H=0; // 打开A相的高端
  PWM0_L=0;PWM2_L=0;PWM1_L=1; // 打开B相的低端
  ADC_CONTR = 0XED; // 选择P1.5作为ADC输入 即c相电压
  CMPCR1=0x9c; // 使能下降沿中断
 
  break;
  case 1: // AC
  CCAP0H=PWM_Value;CCAP1H=0;CCAP2H=0; // 打开A相的高端
  PWM0_L=0;PWM1_L=0;PWM2_L=1; // 打开C相的低端
  ADC_CONTR = 0XEC; // 选择P1.4作为ADC输入 即B相电压
  CMPCR1=0xac; // 使能上升沿中断
 
  break;
  case 2: // BC
  CCAP0H=0;CCAP2H=0;CCAP1H=PWM_Value; // 打开B相的高端
  PWM0_L=0;PWM1_L=0;PWM2_L=1; // 打开C相的低端
  ADC_CONTR = 0XEB; // 选择P1.3作为ADC输入 即a相电压
  CMPCR1=0x9c;// 使能下降沿中断
 
  break;
  case 3: // BA
  CCAP0H=0;CCAP2H=0;CCAP1H=PWM_Value; // 打开B相的高端
  PWM1_L=0;PWM2_L=0;PWM0_L=1; // 打开A相的低端
  ADC_CONTR = 0XED; // 选择P1.5作为ADC输入 即c相电压
  CMPCR1=0xac; // 使能上升沿中断
 
  break;
  case 4: // CA
  CCAP0H=0;CCAP1H=0;CCAP2H=PWM_Value; // 打开C相的高端
  PWM1_L=0;PWM2_L=0;PWM0_L=1; // 打开A相的低端
  ADC_CONTR = 0XEC; // 选择P1.4作为ADC输入 即B相电压
  CMPCR1=0x9c; // 使能下降沿中断
 
  break;
  case 5: // CB
  CCAP0H=0;CCAP1H=0;CCAP2H=PWM_Value;// 打开C相的高端
  PWM0_L=0;PWM2_L=0;PWM1_L=1; // 打开B相的低端
  ADC_CONTR = 0XEB; // 选择P1.3作为ADC输入 即a相电压
  CMPCR1=0xac; // 使能上升沿中断
 
  break;
  default:break;
 } 
}

2.4电机启动函数

char QiDong(void)
{
 unsigned int timer = 300,i;
 DISABLE_CMP_INT;
 PWM_Value = 26; // 占空比=26/256=10%
 Step=0;
 StepXL();
 delay_ms(100);
 while(1)
 {
  for(i=0;i<>return(1);
  if(Step<5)Step++;
  else Step=0;
  StepXL();
 }
}

2.5闭环控制

电机启动以后，需要闭环控制电机的通电时序和速度。这个在比较器的中断函数里面实现。

void CMP_INT(void) interrupt 21 // 比较器中断函数
{
 CMPCR1 &=~0X40; // 需软件清除中断标志位
 if(Step<5)Step++;
 else Step=0;
 StepXL();
}

ADC转换结束后，必须软件清除转换标志，再重新开启ADC转换

void ADC_ISR() interrupt 5
{
 ADC_CONTR&=0xEF; // 清ADC转换标志
 ADC_CONTR|=0X08; // 启动ADC转换
}

2.6通信控制接口

用电脑上的串口调试助手给单片机串口发送“启动”“加速”“减速”“停止”命令。这个功能放到主函数while循环中。

串口初始化函数：

void serial_open(void)
{
 SCON = 0X50;//工作在串口模式
 AUXR |= 0X04;//
 TL2 = 0X71;// 9600 @35MHz
 TH2 = 0Xfc;
 AUXR|=0X10;
}

主函数：

void main(void)
{
 uchar rec=0; // 定义串口接收数据变量
 
 PWM_Init(); // 初始化PWM
 ADC_Init(); // 初始化ADC
 CMP_Init(); // 初始化比较器
 serial_open(); // 打开串口
 
 while (1)
 {
  if(RI) // 如果串口收到数据
  {
   rec=SBUF; // 把收到的数据给了rec
   RI=0; // 串口接收标志清0
   if(rec==0x22)// 加速命令
   {
    if(PWM_Value<250)
    {
     PWM_Value++; // 增加占空比
    }
   }
   else if(rec==0x33)// 减速命令
   {
    if(PWM_Value>10)
    {
     PWM_Value--; // 减小占空比
    }
   }
   else if(rec==0x11) // 启动命令
   {
    QiDong(); // 启动
    ENABLE_CMP_INT; // 允许比较器中断
    EA=1; // 打开全局中断
   }
   else if(rec==0x44) // 停止命令
   {
    CCAP0H=0;CCAP1H=0;CCAP2H=0;  // 占空比都置0
    EA=0; // 关闭全局中断
    DISABLE_CMP_INT; // 关闭比较器中断
   }
  }
 }
}

3.总结

上面的软件和硬件，只是实现了简单的控制转动。缺点：1.没有任何的保护程序，比如电流检测、堵转保护等。我在做实验的过程中，烧了2个PMOS、1个NMOS、3个TC4427A.2.比较器过0直接换相，有些提前。电机转动噪音比较大。期待日后改进吧！