基于單片機(jī)的洗衣機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄摘要 [6]。從其他角度來(lái)看STM32芯片仍然是基于KeiluVision3軟件來(lái)進(jìn)行編譯操作，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說也容易進(jìn)行操作。而如果采用DSP芯片作為主控則在進(jìn)行具體的工程開發(fā)時(shí)則要求更深刻的學(xué)習(xí)各種外部設(shè)備的相關(guān)指示，并且要熟練掌握TI手冊(cè)上含有的各種類型的結(jié)構(gòu)，還有深入學(xué)習(xí)DSP的編譯環(huán)境。對(duì)于STM32芯片而言，不用要求深入理解所有庫(kù)函數(shù)的意義，只要掌握調(diào)用手冊(cè)內(nèi)包括的庫(kù)函數(shù)就可以達(dá)到目的并且很好的實(shí)現(xiàn)所需功能，使用STM32芯片不僅使開發(fā)者更加節(jié)約時(shí)間，還使得產(chǎn)品開發(fā)時(shí)長(zhǎng)得到有效的縮短，對(duì)于響應(yīng)當(dāng)今世界環(huán)保呼吁具有深刻意義。在對(duì)于上述DSP與STM32的利弊具體分析討論的前提下，本次設(shè)計(jì)決定采用STM32F103C8T6芯片作為系統(tǒng)的主控單元。主控芯片電路圖如圖2-4所示。圖2-4主控芯片電路圖2.3傳感器模塊霍爾器件實(shí)際上是一種可以將磁性能轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的傳感器。霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件共同組成了霍爾器件。其中霍爾線性器件產(chǎn)生的變量為在時(shí)間上或者數(shù)值上都為連續(xù)的物理量，而霍爾開關(guān)器件產(chǎn)生的變量為在時(shí)間上以及數(shù)量上都為不連續(xù)的物理量，霍爾器件可用于對(duì)磁場(chǎng)的檢測(cè)和操縱。霍爾器件對(duì)比于一些其他類型的傳感器來(lái)說，其具有非常明顯的發(fā)光點(diǎn)，霍爾器件的體積較小從而使得電機(jī)整體的體積不會(huì)過大，并且霍爾器件重量較輕使得電機(jī)的重量不會(huì)過于繁重，壽命長(zhǎng)也是霍爾器件的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，并且其運(yùn)行時(shí)功耗小能有效地節(jié)約能源，且其頻率高達(dá)1兆赫茲。除此之外，其工作時(shí)的溫度區(qū)間很廣，一般處于負(fù)55攝氏度到150攝氏度之間。在對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制的設(shè)計(jì)中，不可或缺的一個(gè)重要部分是轉(zhuǎn)子的位置傳感器。其能夠在任意時(shí)刻反映出電機(jī)轉(zhuǎn)子所處的空間位置，并且輸出的電信號(hào)經(jīng)過一系列變換后可以去實(shí)現(xiàn)開關(guān)三極管的接通或分?jǐn)啵瑥亩闺姍C(jī)中的定子三相繞組能夠以規(guī)定的前后次序處于接通狀態(tài)，進(jìn)一步確保電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。轉(zhuǎn)子的位置傳感器結(jié)構(gòu)與電機(jī)相似，其內(nèi)部也包含轉(zhuǎn)子和定子，并且傳感器的轉(zhuǎn)子與電機(jī)連接在同一個(gè)軸上可以使傳感器更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子所處位置的跟隨；而傳感器的定子與電機(jī)連接在同一個(gè)軸上，即與電機(jī)的定子或外部表殼相連接，使傳感器能夠感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的位置信息并將其輸出。轉(zhuǎn)子位置傳感器的類型多種多樣，主要有以下幾種：(1)霍爾元件式位置傳感器 首先介紹霍爾元件式位置傳感器，它是根據(jù)物理學(xué)中的霍爾效應(yīng)為原理制造而成的一種半導(dǎo)體器件。將霍爾元件按指定的要求使導(dǎo)體流過一定的電流并放在含有磁場(chǎng)的環(huán)境中，此時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)霍爾電勢(shì)信號(hào)，如果其不再受到磁場(chǎng)力的約束，則這時(shí)不再有信號(hào)發(fā)出。使用霍爾元件用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的傳感器時(shí)常用的有兩種不同的工作類型。第一種是在電機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)安置霍爾元件，在距離霍爾元件附近不遠(yuǎn)的一個(gè)小空位處，安置一個(gè)與電機(jī)處在同一軸上的磁體，對(duì)于采用Y形連接方式的含有六種工作狀態(tài)且僅有兩相導(dǎo)通的三相無(wú)刷直流電機(jī)來(lái)說，各個(gè)霍爾元件都呈現(xiàn)于每一相相隔120°均勻分布。這種連接方式下，當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行也即轉(zhuǎn)子發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)霍爾元件便輪流產(chǎn)生三個(gè)波形寬為180度、相角分別相差120度的矩形波。第二種是在定子電樞的氣隙的外表層處或者三相繞組頂部距離鐵芯不遠(yuǎn)的地方直接安置霍爾元件，進(jìn)一步選擇放置在電機(jī)轉(zhuǎn)子上的磁體的主磁極作為傳感器的磁體，再通過分析霍爾元件產(chǎn)生的電信號(hào)來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子實(shí)際所處方位，將放大后的信號(hào)傳送給逆變器從而使得逆變器正常工作。霍爾元件因其構(gòu)造簡(jiǎn)易、體積較小、造價(jià)實(shí)惠、工作安全可靠而廣泛作為位置傳感器使用，其缺點(diǎn)是在工作時(shí)對(duì)于所處環(huán)境的溫度存在一定的要求，同時(shí)霍爾元件應(yīng)該盡量與傳感器的永磁體靠攏，否則會(huì)導(dǎo)致其發(fā)出電信號(hào)電平低于正常值，使得電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。綜上所述，在綜合考慮環(huán)境因素以及是否滿足系統(tǒng)要求的情況下可以使用霍爾元件作為檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的傳感器。(2)電磁式位置傳感器磁心、高頻率的勵(lì)磁繞組以及輸出繞組共同構(gòu)成了電磁式位置傳感器的定子。其轉(zhuǎn)子則由呈現(xiàn)為一個(gè)扇形狀的磁心和無(wú)法導(dǎo)通磁場(chǎng)的襯套共同構(gòu)成。當(dāng)電機(jī)開始啟動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生高頻率的勵(lì)磁電流流過輸入繞組，此時(shí)轉(zhuǎn)子的扇形磁心部分會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其恰好運(yùn)轉(zhuǎn)到輸出繞組的底部時(shí)，輸入繞組以及輸出繞組會(huì)以電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的磁心為媒介發(fā)生耦合現(xiàn)象，此時(shí)輸出繞組內(nèi)部會(huì)檢測(cè)出一個(gè)頻率相對(duì)較高的電信號(hào)，通以濾波電路進(jìn)行濾波操作和一系列的邏輯處理過后，該位置傳感器即可完成對(duì)逆變器的控制以及檢測(cè)。此類型的傳感器一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)就是具有比較顯著的抗壓能力，能夠經(jīng)受住很高等級(jí)的震蕩力度，也因此其能夠廣泛使用于航空航天領(lǐng)域中。由于上述電磁式位置傳感器的一系列特點(diǎn)，故其產(chǎn)生的電信號(hào)一般都不小，通常可以用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)三極管而無(wú)需再通過放大電路放大信號(hào)，但注意此時(shí)輸出的電壓屬于交流電，必須先通過整流電路進(jìn)行整流操作后才可用于正常運(yùn)行。由于這種傳感器的體積過大且重量很重，因此在很大程度上都使其發(fā)展和應(yīng)用得到限制。(3)光電式位置傳感器對(duì)于光電式位置傳感器來(lái)說，首先其包含安置在電機(jī)定子上的一系列以光為媒介傳遞電信號(hào)的耦合開關(guān)，其次還包含安置在電機(jī)的轉(zhuǎn)子主軸上的擋光板，由這兩部分共同組成光電式位置傳感器。而定子上的一系列光電耦合開關(guān)隨著一個(gè)單位圓平均的合理安放，其中又由能夠發(fā)出紅外線的發(fā)光二極管以及光電三極管共同構(gòu)成了各光電耦合開關(guān)。在發(fā)光二極管與光電三極管的中心部分固定有一個(gè)擋光盤，擋光盤上還有一系列窗口，該窗口呈規(guī)定的角度開啟。在進(jìn)行通電操縱過后，紅外發(fā)光二極管會(huì)發(fā)出紅外光線。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上固定的擋光盤也會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由于擋光盤上具有一系列的窗口，因此紅外光線會(huì)不連續(xù)的照射在光敏三極管上，使光敏三極管呈現(xiàn)一定規(guī)律處于導(dǎo)通狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，故其輸出的電信號(hào)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)并反映轉(zhuǎn)子的具體方位，最后通過放大電路將該電信號(hào)放大后使其驅(qū)動(dòng)開關(guān)三極管。光電式位置傳感器工作可靠性好，運(yùn)行時(shí)的抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，調(diào)整起來(lái)也十分簡(jiǎn)單方便，因此在無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器上得到了很廣泛的應(yīng)用。當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)選取霍爾傳感器作為其位置傳感器時(shí)，此時(shí)霍爾傳感器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的方位實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量，將其固定在電機(jī)定子的恰當(dāng)位置上，使霍爾元件的輸出信號(hào)與電機(jī)的控制裝置相互聯(lián)系起來(lái)。當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到靠近霍爾元件的地方時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)使霍爾元件產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，而后該電壓信號(hào)被傳遞到電機(jī)的控制裝置，進(jìn)一步控制裝置產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，從而開通電機(jī)定子繞組的供電電路，繼而與其相匹配的定子三相繞組會(huì)通過電路得到電能，定子的三相繞組繼而形成一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)恰好與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而形成的磁場(chǎng)具有同樣的方向，從而在磁場(chǎng)力的作用下仍然保持轉(zhuǎn)子不斷運(yùn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到后一處時(shí)，前方的霍爾元件則不再有效，同時(shí)后一處的霍爾元件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)并且傳遞給控制裝置，控制裝置使得定子三相繞組得到供電，進(jìn)一步產(chǎn)生推力使得電機(jī)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這樣反復(fù)循環(huán)，使得電機(jī)不斷運(yùn)轉(zhuǎn)。2.4最小系統(tǒng)模塊所謂單片機(jī)的最小系統(tǒng)，即能夠使得單片機(jī)可以行使其正常功能所一定要具備的那一部分。2.4.1復(fù)位電路復(fù)位電路：所謂復(fù)位電路，首先，其能夠使得其所連接單片機(jī)在剛剛獲取電源時(shí)可以運(yùn)行于初始狀態(tài)，除此之外，如果STM32芯片在工作時(shí)出現(xiàn)偏差，此時(shí)可以對(duì)復(fù)位電路中的RESET按鍵進(jìn)行操作后，使單片機(jī)恢復(fù)至原始運(yùn)行程序的那一狀態(tài)。復(fù)位電路原理圖如圖2-5所示。圖2-5復(fù)位電路原理圖2.4.2時(shí)鐘電路外部時(shí)鐘電路：為了向單片機(jī)給定誤差更加微小的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)一般都會(huì)在外部連接時(shí)鐘電路，其由晶振、電容器、電阻器等器件組合而成。時(shí)鐘電路在任何單片機(jī)系統(tǒng)中都必須存在，其在STM32芯片中起到著至關(guān)重要的作用，通俗來(lái)說，時(shí)鐘電路能夠使得STM32具有非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臅r(shí)間觀念從而讓單片機(jī)有效的完成各種功能。若一個(gè)系統(tǒng)不設(shè)置時(shí)鐘電路，則當(dāng)系統(tǒng)對(duì)于時(shí)間上的誤差所允許的范圍很小時(shí)會(huì)使得系統(tǒng)受到影響甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。時(shí)鐘電路原理圖如圖2-6所示。圖2-6時(shí)鐘電路原理圖2.5LCD1602顯示模塊當(dāng)今世界，各種類型的液晶顯示器迅速在電子市場(chǎng)上蔓延開來(lái)，液晶顯示器市場(chǎng)百花齊放，但在眾多種類的液晶顯示器當(dāng)中，LCD1602液晶顯示器以其多方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為非常具有代表性且使用領(lǐng)域非常廣泛的液晶顯示器。下面具體討論LCD1602液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)所在。首先，其顯示時(shí)的一大優(yōu)勢(shì)是運(yùn)行時(shí)的電壓相較于其他顯示器更小一些，同時(shí)該液晶顯示器的功率損耗也進(jìn)一步更小，在占地面積方面，其占地范圍較小能有效的使得整個(gè)系統(tǒng)的體積變小，除此之外，其不僅僅能夠很好地讓一些簡(jiǎn)單的字符反饋給用戶，還能夠精確的顯示各種各樣的點(diǎn)陣和圖形以及日常生活中我們經(jīng)常使用到的漢字。其中1602這四個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字則是表示在我們使用該顯示屏?xí)r，最多可以有兩排位置用來(lái)顯示所需顯示的數(shù)據(jù)，且每一排最多能夠滿足16個(gè)單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。LCD1602液晶顯示器作為一個(gè)顯示器件，很顯然，其至少需要能夠讓用戶清晰明了的看到其液晶屏上的數(shù)據(jù)，毫無(wú)疑問它可以很好地達(dá)到這一目的。并且其工作時(shí)能夠很好地穩(wěn)定顯示而不會(huì)發(fā)生波動(dòng)，同時(shí)LCD1602液晶顯示屏在顯示器市場(chǎng)中與其他各種顯示屏相比而言更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。LCD1602液晶顯示屏在市面上可以由5伏和3.3伏這兩種等級(jí)的電源進(jìn)行供電，根據(jù)其引腳個(gè)數(shù)可以分為14引腳LCD和16引腳LCD這兩個(gè)類型。LCD1602引腳定義表如表1所示。在本次設(shè)計(jì)中采用LCD1602液晶顯示電路對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)同步高效的顯示。其顯示電路原理圖如圖2-7所示。表1LCD1602引腳定義表圖2-7顯示電路原理圖3軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)將整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分提出之后，再以硬件設(shè)計(jì)作為前提進(jìn)行系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)對(duì)于本次無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)必不可少也處于本次設(shè)計(jì)的主導(dǎo)地位，正確有效的軟件部分設(shè)計(jì)也是本次控制系統(tǒng)的核心，一個(gè)不適當(dāng)?shù)能浖O(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰無(wú)法完成基本的運(yùn)行。此次設(shè)計(jì)采用STM32F103C8T6作為電機(jī)的主要控制單元，進(jìn)行無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件方面的相關(guān)設(shè)計(jì)。使用KEIL5來(lái)進(jìn)行各個(gè)軟件部分的程序編寫操作，KEIL5以其可以配合單片機(jī)C語(yǔ)言開發(fā)編程這一特點(diǎn)，廣泛受到工程師們的青睞，其具有非常強(qiáng)大的各種功能，軟件本身自帶C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言，并且含有許許多多器件庫(kù)和各種實(shí)現(xiàn)仿真的器件，能方便的將實(shí)際系統(tǒng)用仿真呈現(xiàn)出來(lái)。所謂無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)際上就是對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的各種工作方式進(jìn)行操作和調(diào)整，使得無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)基本的啟動(dòng)和停止以及正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)還有對(duì)電機(jī)速度的調(diào)控，從而使無(wú)刷直流電機(jī)可以以給定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度實(shí)現(xiàn)正常工作，進(jìn)一步使得洗衣機(jī)的轉(zhuǎn)筒隨電機(jī)以所需的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到洗衣機(jī)清洗和脫水的目的。軟件總體設(shè)計(jì)圖如圖3-1所示。圖3-1軟件總體設(shè)計(jì)圖由圖3-1可以看到，本系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計(jì)由初始化模塊、A/D中斷模塊以及系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊這三大部分共同構(gòu)成。初始化模塊主要由系統(tǒng)外部時(shí)鐘、通用輸入輸出端口和中斷配置以及定時(shí)器、A/D中斷模塊等組成。系統(tǒng)運(yùn)行控制模塊主要包含有電機(jī)的初始化、運(yùn)行、等待和停止四個(gè)狀態(tài)，系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析后，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的程序進(jìn)行處理。A/D中斷模塊的存在是為了完成對(duì)電機(jī)的各種功能的具體實(shí)現(xiàn)，其主要由兩大部分組成，分別是轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)以及PID閉環(huán)調(diào)節(jié)。3.2系統(tǒng)的開發(fā)軟件在進(jìn)行本次無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程中，使用Keil-uVision5軟件對(duì)于STM32F103C8T6微處理器進(jìn)行代碼的總體編寫以及調(diào)試。ARM公司將德國(guó)著名的軟件公司Keil收入靡下后，在2013年十月份設(shè)計(jì)出了一個(gè)新一代的集成開發(fā)環(huán)境Keil5。即使到如今Keil仍然只有英文版本，但其在市場(chǎng)上的發(fā)展不容小覷，大部分工程師都對(duì)Keil系列軟件情有獨(dú)鐘，包括各個(gè)大學(xué)都會(huì)在課程表中安排電氣學(xué)子學(xué)習(xí)Keil軟件，由此可見該軟件各方面功能的優(yōu)勢(shì)所在。此軟件的程序運(yùn)行速度非常快，并且其產(chǎn)生的匯編代碼也很緊密，學(xué)習(xí)起來(lái)比較簡(jiǎn)單對(duì)于初學(xué)者來(lái)說也比較能夠合理的上手使用。Keil-uVision5這一開發(fā)工具不僅可以進(jìn)行C語(yǔ)言編譯和仿真調(diào)試，還能夠很好的進(jìn)行程序燒錄操作，能夠完美的契合本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的所有要求，因此在多方面的利弊分析后選擇Keil-uVision5進(jìn)行本次無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)。3.3主程序的設(shè)計(jì)要想系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，首先必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)初始化操作，系統(tǒng)主程序是用來(lái)完成這一操作以及主要的循環(huán)步驟的程序設(shè)計(jì)，主程序流程圖如圖3-2所示。系統(tǒng)接通電源過后，即刻需要設(shè)置外部時(shí)鐘、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作以及設(shè)置各種外設(shè)模塊。STM32的初始化包括對(duì)輸入輸出口的初始化、初始化時(shí)鐘系統(tǒng)、初始化系統(tǒng)中的各個(gè)變量以及對(duì)系統(tǒng)各中斷優(yōu)先級(jí)的初始化等。外設(shè)模塊的配置含有通用輸入輸出端口的設(shè)置、對(duì)定時(shí)器的設(shè)置以及模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)置等。在此之后啟動(dòng)A/D中斷，然后開始實(shí)行系統(tǒng)的主循環(huán)，系統(tǒng)主循環(huán)的首要任務(wù)是能夠有效的檢測(cè)本電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行方式以及運(yùn)行狀態(tài)，通過電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)等待中斷的到來(lái)，在此之后通過一系列中斷程序?qū)o(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行操作和調(diào)控。在系統(tǒng)的初始化過程順利結(jié)束過后按下啟動(dòng)按鍵，然后電機(jī)開始啟動(dòng)，在電機(jī)順利實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)后，會(huì)自動(dòng)開始進(jìn)行PID閉環(huán)調(diào)速，然后截止按下停機(jī)鍵之前電機(jī)都會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，按下停機(jī)鍵后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-2主程序流程圖3.4初始化函數(shù)的設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)在獲取電源后，會(huì)自發(fā)的通過復(fù)位電路來(lái)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)初始化操作，使得此時(shí)系統(tǒng)處于一個(gè)初始狀態(tài)，在此操作完成之后，為了使系統(tǒng)能夠按照要求順利運(yùn)行，STM32微控制器必須對(duì)其外圍功能模塊還有單片機(jī)內(nèi)部相關(guān)資源完成一個(gè)使其處于初始狀態(tài)的配置。詳細(xì)來(lái)討論其包含對(duì)復(fù)位和時(shí)鐘控制、通用輸入輸出端口、直接存儲(chǔ)器存取以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊的配置。初始化函數(shù)設(shè)計(jì)流程圖如圖3-3所示。圖3-3初始化函數(shù)流程圖本次設(shè)計(jì)選擇的STM32F103C8T6芯片，經(jīng)查詢相關(guān)資料可知其外部時(shí)鐘源為HSE模式，振蕩器頻率的典型值為八兆赫茲，然后通過其后的鎖相回路，利用其倍頻作用使得系統(tǒng)時(shí)鐘最高可達(dá)72兆赫茲，并且模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣時(shí)鐘可達(dá)12兆赫茲。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)而監(jiān)控和檢測(cè)直流母線上的各種電氣參數(shù)，然后再把得到的數(shù)字量利用直接存儲(chǔ)器存取方式進(jìn)行傳送，這種工作方式不用CPU介入僅由直接存儲(chǔ)器存取控制器來(lái)操作，極大程度上的使得CPU的資源得到更好的利用，進(jìn)一步使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快且效率更高。3.5電機(jī)調(diào)速部分的設(shè)計(jì)本此設(shè)計(jì)利用閉環(huán)PID控制系統(tǒng)來(lái)達(dá)到對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)控。所謂閉環(huán)控制，其本質(zhì)就是會(huì)在回路中形成一個(gè)反饋信號(hào)，其將輸出信號(hào)又反饋給系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響作用，此處用到的閉環(huán)由將速度信號(hào)作為系統(tǒng)反饋的速度環(huán)構(gòu)成。速度環(huán)的工作原理是利用傳感器測(cè)量出的電信號(hào)來(lái)得出此時(shí)此刻電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度大小，隨后改變輸出的電壓值來(lái)完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)控，換句話說就是使驅(qū)動(dòng)器得到的脈沖寬度調(diào)制波的占空比發(fā)生改變，進(jìn)而達(dá)到調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的目的。PID閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使得電機(jī)改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度時(shí)的反應(yīng)變快、抗干擾能力增強(qiáng)且精準(zhǔn)度也得到進(jìn)一步的提升同時(shí)也使得電機(jī)具有優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)性能以及靜態(tài)性能指標(biāo)。電機(jī)調(diào)速部分設(shè)計(jì)流程圖如圖3-4所示。在本次設(shè)計(jì)用到的主控芯片STM32F103C8T6中，其內(nèi)部含有一個(gè)用來(lái)對(duì)電機(jī)實(shí)行控制的PWM高級(jí)控制定時(shí)器，而且可以利用可編程PSC對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)作用。利用TIM1來(lái)輸出一個(gè)脈沖寬度調(diào)制波，且該脈沖寬度調(diào)制波的頻率為16千赫茲，該脈沖寬度調(diào)制波可以利用定時(shí)器預(yù)分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)其頻率以及占空比的調(diào)整。圖3-4電機(jī)調(diào)速部分流程圖3.6LCD1602顯示部分的設(shè)計(jì)在此次設(shè)計(jì)中我們使用LCD1602顯示模塊來(lái)對(duì)所檢測(cè)到的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在上文我們對(duì)LCD1602的硬件介紹中可以知道LCD1602的各個(gè)引腳的功能，其總共具有的16條引腳有一部分分布在液晶顯示屏電路板上而其余部分則分布在LCD1602顯示器的內(nèi)部。在了解掌握了LCD1602的各個(gè)引腳功能后，將其管腳與STM32主控芯片進(jìn)行連接，利用單片機(jī)的I/O口來(lái)實(shí)行對(duì)其引腳的控制，從而達(dá)到讓LCD1602顯示所需字符的目的。其中，在進(jìn)行程序編寫時(shí)使用到的主要引腳僅有3個(gè)，這也更加凸顯了LCD1602在使用上的簡(jiǎn)單和方便。首先是RS引腳也即數(shù)據(jù)/命令選擇引腳，其作用是通過電平信號(hào)的高低來(lái)選取相應(yīng)的寄存器，當(dāng)其管腳電平為High時(shí)選擇的是數(shù)據(jù)寄存器，而當(dāng)其管腳電平為L(zhǎng)ow時(shí)選擇的是指令寄存器；其次是R/W引腳也即讀/寫選擇引腳，當(dāng)其管腳電平為High時(shí)為讀，而當(dāng)其管腳電平為L(zhǎng)ow時(shí)為寫；最后是使能端，若使能端的電平由High轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)ow時(shí)，執(zhí)行命令。對(duì)于LCD1602軟件程序的設(shè)計(jì)便是大部分通過這3個(gè)引腳進(jìn)行語(yǔ)句的編寫。由于本次設(shè)計(jì)是通過LCD1602顯示屏來(lái)顯示我們給定的相關(guān)字符，因此我們需要對(duì)其進(jìn)行寫指令以及寫數(shù)據(jù)操作來(lái)完成本次軟件設(shè)計(jì)。其中，寫指令的作用就是對(duì)LCD1602的顯示模式進(jìn)行一個(gè)設(shè)置，具體例如：對(duì)LCD1602在哪一排進(jìn)行字符的顯示和具體光標(biāo)位置的設(shè)置以及其顯示字符是靜止的還是移動(dòng)的設(shè)置。而寫數(shù)據(jù)的作用是把使用者需要顯示的數(shù)據(jù)利用程序語(yǔ)句寫入到液晶顯示屏中去。通過寫指令函數(shù)將本次設(shè)計(jì)涉及到的各種命令寫入液晶顯示屏中來(lái)實(shí)現(xiàn)其初始化操作后，再利用寫數(shù)據(jù)操作即可顯示數(shù)據(jù)。LCD1602顯示程序流程圖如圖3-5所示。圖3-5LCD1602顯示程序流程圖4系統(tǒng)測(cè)試在上述系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)以及軟件程序的編寫工作完善進(jìn)行的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)各個(gè)元器件的焊接，再利用Keil-uVision5軟件將所編寫的代碼燒錄進(jìn)本次設(shè)計(jì)采用的STM32主控芯片中，順利完成了本次無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)。（1）通過矩陣按鍵來(lái)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行加減操作，并能夠在液晶顯示屏上快速高效的顯示出無(wú)刷直流電機(jī)實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速信息。本文采用閉環(huán)PID算法對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)控，通過對(duì)PWM占空比的改變來(lái)達(dá)到調(diào)速目的，經(jīng)測(cè)試可知能夠很好的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，并能夠使電機(jī)的轉(zhuǎn)速盡量趨近于設(shè)定值。（2）通過按鍵對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)與停止進(jìn)行控制，并能夠在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)的顯示無(wú)刷直流電機(jī)的啟動(dòng)與停止的狀態(tài)。（3）通過按鍵對(duì)電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)與反向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行掌控，同時(shí)在液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示其正反轉(zhuǎn)信息。5總結(jié)洗衣機(jī)作為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡募矣秒娖鳎錁O大程度上的使全人類的生活品質(zhì)得到更好的提升。利用無(wú)刷直流電機(jī)作為洗衣機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得洗衣機(jī)在運(yùn)行過程中的擾動(dòng)聲更小、且功率損耗更低以及對(duì)于速度的調(diào)控能力更強(qiáng)，由于其在節(jié)約能源方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而飽受廣大消費(fèi)者的青睞。在本人搜集掌握大量相關(guān)學(xué)習(xí)資料后，設(shè)計(jì)了基于STM32的無(wú)刷直流電機(jī)控制器。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）首先概述了使用無(wú)刷直流電機(jī)作為洗衣機(jī)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)背景以及研究該課題的意義所在，然后對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并且綜合比較了有刷直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)各自的長(zhǎng)處與短處。（2）選擇STM32F103C8T6作為本系統(tǒng)的主控芯片，進(jìn)行了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括以下具體細(xì)節(jié)：首先是電源電路的設(shè)計(jì)，采用12V鋰電池組為電機(jī)的平穩(wěn)供電提供保障，并通過LM7805穩(wěn)壓電路使得12V電壓轉(zhuǎn)為5V電壓為系統(tǒng)供電；然后在對(duì)DSP與STM32的優(yōu)缺點(diǎn)分析后決定選用STM32作為系統(tǒng)的主控單元；緊接著是在對(duì)各類型的傳感器進(jìn)行分析比對(duì)的基礎(chǔ)上選取霍爾位置傳感器作為本系統(tǒng)的位置傳感器；最后是對(duì)顯示電路的設(shè)計(jì)。（3）在硬件設(shè)計(jì)工作完成后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計(jì)。在綜合分析考慮下選擇Keil-uVision5軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編譯和調(diào)試以及程序燒錄操作，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)、初始化函數(shù)設(shè)計(jì)、電機(jī)調(diào)速部分設(shè)計(jì)以及顯示部分設(shè)計(jì)，其中調(diào)速部分是用閉環(huán)PID調(diào)速系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）最后，在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成后，繪制整個(gè)系統(tǒng)的電路原理圖，并且在此基礎(chǔ)上以洞洞板作為電路板完成系統(tǒng)中各個(gè)元件的焊接和組合，在經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的檢測(cè)修正以及調(diào)試過后，該無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)能夠通過按鍵實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整以及正反轉(zhuǎn)的控制，并能很好的實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速輸出，對(duì)電機(jī)速度的調(diào)控也能很好實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了本次設(shè)計(jì)所期望的目的。本次無(wú)刷直