嵌入式单片机在电机控制系统中的应用探讨

嵌入式单片机在电机控制系统中的应用探讨

作者/张志鹏，东南大学成贤学院

摘要：电机的良好的运行状态是工业生产安全和生产效率的保障，因此，所有的机电控制技术人都非常关注电机的运行状态。随着我国工 业技术的发展，嵌入式单片机在电机数字控制系统中的运用已经相对完善，能够保障电机运行的安全，让电机运行的稳定性得到保障。电 机控制系统中嵌入式单片机从硬件应用和软件应用两方面分工实现高效运转，硬件应用是物理框架结构以及软件运用的基础，软件应用处 理信息数据。本文主要探讨嵌入式单机片在电机控制系统中的具体应用。关键词：嵌入式单片机；电机控制系统；应用

引言

传统的电机控制技术主要用模拟器实现，这种控制方式 也具有一定的优势，比如，其控制系统的成本较低，安装方 便。但是，受限于不能拓展的特点导致电机控制系统不能达 到极大提升。新一代数字控制芯片的诞生刚好解决了这一难 题，经过51芯片、dsp芯片的两代技术发展，数控式芯片 的结构更加精简，性能更加高效。dsp芯片是无刷直流电动 机控制系统中的代表芯片，给嵌入式芯片的发展运用提供了 使用环境。得益于dsp芯片的发展，嵌入式单片机能够在 保护电机控制系统的运行电路的基础上为其运行效率带来 极大提升，并且丰富控制系统的功能，这是电机控制系统发 展的重要转折点，对于电机控制系统整体发展来说具有重要 意义。

1.电机控制系统的硬件应用

■ 1.1单机片的应用

就目前电机控制系统的发展趋势而言，采用结合dsp 技术的16位单机片改进的DSPIC20F加强型数字控制器更 加符合电机控制系统的需求。由于具有强大的外围设备支 持，DSPIC20F控制器能够更加快速的处理数字信号，其快 速中断处理能力也更加强大。并且控制器具有能够拓展的优 势，保证了运行时遇到故障可以软件修改。该控制器只需要 利用充足的内部资源就能完成基本控制，对外部硬件设施的 依赖程度比较低。因其使用环境复杂，单机片的适应能力也 很重要，总线不出芯的设计能在减少排线成本、降低开发难 度以及増加系统灵活性的基础上提升设备的稳定性和抗干 扰能力。

■ 1.2硬件电路设计 1.2.1«條构设计

本文探讨的电机控制系统是采用DSPIC20F为核心的制 作，并结合cpu控制芯片、电子转子位置传感器和驱动模 块设计而成的控制系统。其运作原理是：转子位置传感器先 行检测电子转机的位置，cpu控制芯片负责将转子位置情況 转换成电信号传输到驱动模块，然后驱动模块执行指令让电

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机旋转，完成这一系列的操作之后，cpu根据运行的条件输 出合适的电机转速。Cpu控制芯片根据转子位置传感器信 号宽计算的时速和电机预设的速度对比后得出转速偏转差 信号，并将该信号转换成控制电信号再传递给电机实现闭环 控制。

1.2.2电子转机位■检测棚原理

霍尔位置传感器是完成电子转机位置检测的核心组成 构件，其该构件实现电子转机位置检测的原理是：霍尔位置 传感器转动部分和静止部分分工合作完成，其静止部分在电 机机座上固定着不能转动。其转动部分在电机转轴之上和转 子同步转动，该转动部分是一个具有槽、齿挡光盘组件。

挡光盘通过齿槽部分遮挡光线产生的光差在霍尔元件 中相应出现高、低不同的信号，（档光盘的齿部被遮挡时会 产生相应高电平信号，不遮挡时会产生相应的低电平信号）， 来确定电动机转子的位置。

霍尔位置传感器在电机中的应用实现了电子转机位置

的准确测定，使得对电机转速的控制以及调整有了切实的数 据，从而对电机运行状态有了实时掌握，对电机进行优化整 合，提升了电机控制系统的整体性能。1.2.3明动电路的原理

驱动电路基本由电动机、功率转换器和控制器三大核心 构成。电动机包括永磁直流电机、伺服电机和进步电机几种。 本文主要探讨永磁直流电机，由于该电机运用容易实现的在 直流电并且性能优异、控制原理简单，因此该电机在驱动电 路中的应用最为普遍。

笔者数字集成芯片lmdl8200直流电机驱动控制电路 的原理为例进行探讨，该芯片是美国半导体公司开发的直流 电动机专用驱动H桥组件，其驱动能力强劲并且拥有过流保 护功能。

得益于该芯片的良好性能，lmdl8200直流电机驱动 电路实现驱动电路简单化，单电机控制板微型化。其运营 原理如下：主mcu根据程序的加减速向数字驱动集成芯片

lmdl8200传输频率加减的信号，然后芯片输出加减的指令

给直流电机，从而控制电机运转速度。

电子科技

2.软件应用设计

系统多任务管理调度通过HCLinux实时操作系统运行， 依据电机控制的需求，使用者调用HCLinux任务调度函数 处理任务，实现优先任务款速处理，达到控制电机的目的。 软件任务分类：优先测量然后数据预处理，最后驱动输出。 在保证测量任务真实可靠的前提下，对测量数据进行过滤， 然后传输给驱动；电机还具有故障报警报警功能保障了电机 的安全；另外，人机交互功能可以传达电机转速和温度。

嵌入式实时操作系统[iCLinux运行时，先将cpu、操 作系统、tcb以及优先级表进行初始化，再创建新的任务、 空白任务或者子任务，最后通过osstart函数进行任务调度， 实现整个流程的顺利进行。

越来越低。尤其是微处理器芯片的应用实现了在降低硬件依 赖的基础上电机提高运行效率、降低成本、节约时间和简化 电路等。其中电路的简化对于提升电机控制系统的抗干扰性 和稳定性具有重大提升。但是，嵌入式单机片在电机控制系 统的具体使用要根据成本预算、控制要求、使用环境以及拓 展需求等因素综合使用，这样才能实现经济效益最大化。因 此，应该积极研究嵌入式单电机在电机控制系统中的应用， 让电机控制系统稳定性和安全性更加优秀，让我国电机控制 系统更加完善，为我国经济建设做出更多贡献。

参考文献

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氺[2]王鹏.基于嵌入式单片机的电机控制系统设计[J].科技创新 与应用，2013,27(25):20-20.

嵌入式单机片的应用对于电机控制系统的性能提升具 有极大帮助，随着电机控制系统的创新，对硬件的依赖程度

* [3]赵小灵，蒙楠.如何实现嵌入式单片机对电机系统的控制[J]. 电子制作，2016(16):30-30.

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还应该及时进行上机实践，让学生能够将所学C语言理论 应用于实践之中，并且以实践的方式探究自身仍旧存在的问 题。此外，教育者还应该加强课堂训练，结合学生个体化差 异与多元化需求设置一些具有一定难度梯度的课堂练习题 目，让学生以自主思考的方式将所学知识不断内化，以此在 提高教学成效的同时，培养学生的C语言思维能力。■ 3.3课后巩固阶段

4.结语

总之，结合C语言程序设计课程实际特征，可以将翻 转课堂教学模式合理的引入到课程教学之中，在发挥出教育 者引导作用的同时，调动学生主观动能，确保其能够以受教 育主体的身份参与到课程教学过程中，进而以课程教学模式 改革的方式，全面提高C语言教学的实际成效。*

C语言的学习需要长期的实践积累，所以教育者应该为

学生提供相应的VC软件包，为学生提供课下实践联系的机 会。以此为依托，教育者则可以设置一些C语言课后联系 作业，让学生充分借助课下时间进行实践学习，并让学生在 完成作业之后及时发送到自己的邮箱，以此实现对学生学习 动向及其知识掌握水平的监控。另外还应该进_步发挥出校 园内网平台的作用，让学生将思考后仍然处理不好的问题依 托于校园内网发送给教育者，确保教育者能够及时的为学生 答疑，以此避免由于时间推移而导致的遗忘问题，进而以加 强师生交互、巩固学生C语言知识体系的方式，提高该课 程教学的实际成效。

参考文献

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