如何用N76E003做無刷電機控制器？
網(wǎng)上關于單片機BLCD驅(qū)動資料很多，但能通俗易懂的少，看這些資料不得要領、源代碼更是看得是一頭霧水，尤其關于PWM、換相完全不得其法。本文，就準備以最基本的通俗易懂的思維，帶大家一步一步的來了解無刷電動機驅(qū)動的思路和設計。
由于屬于入門級別的，所以只以有霍爾的三相無刷電機為例子來展開。其實搞懂了有霍爾，則無霍爾也僅僅只是程序上的升級版而已。
網(wǎng)上關于三相無刷電機的基本原理、UVW接法，轉(zhuǎn)動原理就不重復了，這里就直接核心的內(nèi)容，先根據(jù)霍爾來展開。
霍爾傳感器，這里也假定大家已經(jīng)知道其基本原理和輸出信號（如果想理解原理，大家另行去找資料看），這里所說的，是已經(jīng)獲取到完整的霍爾信號，并進一步就霍爾信號和驅(qū)動信號來一步一步的展開。
說起霍爾，又繞不過去一個令很多人疑惑的概念：120°和60°。
所謂120°霍爾，和60°霍爾，從實際上來說，是以物理角度安裝位置就可以明確區(qū)分的，其安裝角度步距角度為60°就叫60°霍爾，120°的類推。
下面是旋轉(zhuǎn)一個360度電氣角度的120°霍爾信號時序：
行業(yè)標準霍爾編碼從100開始，這里圖片的波形時序也按照該標準。
這里特別稱為360度電氣角度，是因為，360度完成了一個循環(huán)，而并不是電機轉(zhuǎn)了360°，電機到底轉(zhuǎn)了多少角度還和電機的極數(shù)有關，極數(shù)越多，則360°一個循環(huán)驅(qū)動周期電機轉(zhuǎn)動的角度越小。UVW都是一個極的，則電機真的轉(zhuǎn)了360度，而都是2個極的則只轉(zhuǎn)了180°，以此類推，這個大家了解就好，關系就是驅(qū)動扭矩和轉(zhuǎn)速等的區(qū)別，和原理、程序基本沒什么區(qū)別。
下圖是60°霍爾信號的時序：
對比上面2個時序圖，大家應該可以發(fā)現(xiàn)，60°和120°時序的差別，也就是各個霍爾是在角度差異120°還是60°時候改變狀態(tài)而已。
現(xiàn)在，我們把60°霍爾的Hb信號反一個相，或者在電機上面轉(zhuǎn)換一個面安裝，同時把這個這個信號當成Hc，而把原來的Hc當成Hb，再來看看新是時序邏輯，發(fā)現(xiàn)了沒，它就是120°霍爾的時序圖了。圖是直接在60度時序上面變換，所以看起來第一順序就不是典型的100了，大家順延類推就好。
這就是網(wǎng)上常常說的，60°-120°其實安裝位置是一樣的，只是中間一個反了個個安裝而已說法的由來，當然這個說法好像都忽略了，相位順序最后2個必須顛倒一下。
上面說了120°和60°的關系了，相信大家都已經(jīng)明白，其實這些問題，如果放到程序里面去處理，會更加簡單，所以，這里就只討論120°霍爾條件下的電機及其驅(qū)動，弄清楚這個，大家肯定可以非常簡單的處理出60度霍爾的對應方法。
圖為一個三相無刷電機典型的輸出驅(qū)動線路簡化圖。這里分別標注了各個驅(qū)動信號的位置和意義，當然這里的AH---CL都只是邏輯上的高低電平表述，實際上我們必須通過浮柵驅(qū)動等手段來實現(xiàn)MOS管的具體驅(qū)動線路，這些，會在后面講到。
有了典型驅(qū)動線路，那么，我們該怎么去驅(qū)動這個線路能？
下面就通過另一個時序圖，清楚的了解一下單片機各驅(qū)動端輸出邏輯和霍爾的關系。
經(jīng)過對單片機6個端口的驅(qū)動時序要求，我們進一步分析，可以得到時序圖后面標注的輸出和霍爾ABC的邏輯關系。各個關系自己看圖就好了。
對應這樣的驅(qū)動時序要求，我們會單片機編程的，已經(jīng)在想了，這邏輯實現(xiàn)起來，在程序上面不怎么難嘛，是的，這就是我們說的換相邏輯，其實，到這里，如果你會基本的編程，那么你就已經(jīng)可以根據(jù)輸入的3個霍爾信號，編程完成AH-CL6個驅(qū)動IO端口的邏輯了。為了編程過程更加清晰明了，我們下面根據(jù)上圖的換相邏輯，用一個混合的邏輯圖來進一步說明：
這里，我們把3個IO，分別接到3個霍爾信號端，同時采用N76E003管腳中斷方式，每個霍爾狀態(tài)變化都將引起一次中斷，用一個寄存器（可位尋址），每個中斷分別讀取3個霍爾點位，并取反存儲到對應bit，然后根據(jù)豎線所表示的邏輯關系，直接邏輯運算，就已經(jīng)獲得了各端口輸出信號，如果我們把各位集中暫存在某寄存器，等六位完成后，一次性送到一個IO寄存器，就可以一次性輸出變化后的驅(qū)動信號，而不會有任何時序上的先后。
上面的霍爾換相驅(qū)動，我們是基于時序圖并用基本的邏輯運算來實現(xiàn)，看起來有點復雜，其特點是思路明確，直接模擬邏輯運算過程實現(xiàn)換相。缺點是程序過程稍嫌復雜，換相運算量相對大點，而這個是不利于提高轉(zhuǎn)速的。
那么是不是有更簡潔快速的方法呢？當然有，我們馬上可以想到另外一種常用手段那就是查表。我只需要把可能的幾種組合，變成表里面的數(shù)據(jù)，直接查表不就成了。
請看下面的圖：
我們把各輸出端口，分別定義為bit5-bit0，其中，AH=bit5；AL=bit4；....CL=bit0，程序輸出時候，這些位，將直接對應單片機P端口的輸出寄存器。
再看看把霍爾信號當成地址數(shù)據(jù)，則可以發(fā)現(xiàn)，地址占3位，而狀態(tài)只有6種就開始重復了，那么其中有000和111是非法地址，其他都是合法地址。根據(jù)上面的思路，我們按照地址升序排列，就可以獲得下面的表格：
就這樣，當霍爾信號邊沿變化，中斷到來時候，我們只需要檢查一下是不是非法地址，并直接排除，然后就把霍爾數(shù)據(jù)當成3位地址查表，將查表數(shù)據(jù)直接填入到IO輸出寄存器，就實現(xiàn)了非常簡單的換相邏輯，而且運算量非常小。
到這里，有人會問了，你上面描述的，換相是有了，可都只是方波，這里沒PWM什么事情啊。對的，為了清除的說明問題，這里還真沒有加入PWM，你可以理解為，上面說的所有換相邏輯，都是PWM100%時候的波形，也就是，如果我們按照上面的去做，我保證電機完全可以正常轉(zhuǎn)起來的，缺點就是轉(zhuǎn)起來就是最高速度，它是不會調(diào)速的.......。當然還有啟動時候電流大什么的，這些我們暫時就先忽略了吧。
電機不能調(diào)速怎么成，我們當然必須要能夠用PWM無級變速、那么實際的速度控制的我們該怎么做呢？
其實非常簡單，我們把上面描述的換相邏輯當中的波形，每路驅(qū)動信號幅度為1的那高電平部分，直接替換成我們可以控制的PWM信號，則一個帶PWM調(diào)速的無刷有霍爾電機就完成了。
當我們能夠把輸出變成這樣一種驅(qū)動信號的時候，再描述一下PWM調(diào)速的過程：
當我們準備運轉(zhuǎn)電機時候，則單片機PWM開始增加，然后電機在換相邏輯控制下，輸出符合上面時序圖的帶PWM的驅(qū)動波形，然后電機開始旋轉(zhuǎn)，在某個合適的PWM占空比條件下，電機最終就會穩(wěn)定在一個合適的速度，而不再是上面那個簡單方波，一接上電機，電機就是全速運轉(zhuǎn)。
到這里，關于換相邏輯的部分都已經(jīng)說明白了，那么我們怎么具體去實現(xiàn)呢？
N76E003其實為電機驅(qū)動做好了充分的準備，人家芯片硬件都弄的好好的，我們只需要把這些硬件驅(qū)動起來便是了。。。
編輯：admin 最后修改時間：2020-11-04
