ARMLPC2101的无刷直流电机控制方案

　　LPC2101是基于16/32位 ARM7 CPU嵌入高速Flash闪存的微控制器，具备高性能，小体积封装，低功耗，片上可选择多种外设等优点，应用范围很广。其具备的多种32位和16位定时器、10位A/D转换器和每个定时器上PWM匹配输出特性，尤其适用于工业控制。

　　无刷直流电机是一种易驱动电机，适用于变速和启动转矩很高的应用，它的使用范围从大规模的工业模具到调光控制的小型电机(12V直流电机)，外形和尺寸也是各种各样。

　　1 无刷直流电机的基本原理

　　无刷直流电机一般由定子、转子和金属壳体等组成，如图1所示，通过反向极性的吸引产生扭矩使电机运转。一旦转子开始运转，固定的刷子和转子部分将不断反复地连接、断开，电动势和反电动势在转子旋转过程中产生，新的电极总是和定子极性相反。由于这种变换是固定的，因此转子以一种固定的形式运动。通过给电机施加反向电压和反向的转子线圈电流，使南北极性翻转，电机改变其运动旋转方向。

图1 无刷电机组成

　　速度和电机的扭矩大小是依据电机旋转产生的磁场强度来控制的，而电机的旋转能量是依赖于通过电流大小来控制的，因此调整电机转子的电压和电流可以改变电机的速度。本电机速度的控制是根据LPC2101微控制器的PWM信号的变化而产生的。

　　2 无刷直流电机的控制

　　2.1 双向旋转

　　驱动有刷直流电机的双向旋转，可通过全桥驱动电路改变电流来实现完成，如图2所示。这个全桥驱动电路由N通道的MOSFET管组成，当Q2和Q3关闭的时候，Q1和Q4导通电机正相旋转;当Q1和Q4关闭时，Q2和Q3导通电机反相旋转。

图2 使用全桥电路双向旋转

　　2.2 速度控制部分

　　无负载的电机速度与加到电机上的电压有一定的比例关系，因此通过采样加载到电机上的电压，可以控制电机的速度。脉宽调制解调用于产生这种电压的变化，如图3所示。脉宽调制是基于占空比的固定频率脉宽波形。加载到电机上的平均电压与PWM占空比成正比关系。

图3 PWM速度控制

　　PWM信号(Q1和Q2)根据LPC2101微控制器定时器2的3个匹配寄存器决定信号的时基频率。电机速度(占空比)和方向通过调整电位器输入及改变LPC2101 ADC的输入数值来控制，如图4所示。

图4 系统配置

　　2.3 电机反馈部分

　　低功耗电机电流测量是在MOSFET和地之间使用电流传感器(参见图4)。通过电流传感器的采样电阻检测微小电压;通过在微控制器的前端进行滤波和放大，电流采集总是在最高级别，在PWM产生之前。这个操作通过外部定时器匹配中断，中断后先开始A/D转换。转换数值代表了电机的电流。