有刷直流（BDC）電機的工作原理

圖1示出的是BDC電機的基本構造。圖中畫出的組件包括定子
、轉子、dianshuahehuanxiangqi。dingzihezhuanzicichangxianghuzuoyongqudongdianjixuanzhuan。youshuazhiliudianjideleixinggenjudianjidingzihuowaikezhongcichangdechanshengfangshilaihuafen。genjuyoushuazhiliudianjideleixing，dingzicichangkeyiyouyongcitiehuodingzizhongderaozuchansheng。duiyuhouyizhongqingkuang，dingziraozuyuzhuanziraozukeyishibingxing、串行、或混合方式連接。這三種有刷直流電機分別稱為並激電動機、串激電動機和複激電動機。

定子產生靜止磁場。這一靜止磁場圍繞在電樞（或稱轉子）的周圍。外加電源激發出電樞磁場。BDC電(dian)機(ji)軸(zhou)上(shang)還(hai)有(you)兩(liang)個(ge)圓(yuan)弧(hu)形(xing)的(de)銅(tong)片(pian)，稱(cheng)為(wei)換(huan)向(xiang)片(pian)。電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)時(shi)，碳(tan)質(zhi)的(de)電(dian)刷(shua)在(zai)換(huan)向(xiang)器(qi)上(shang)滑(hua)動(dong)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)與(yu)定(ding)子(zi)的(de)靜(jing)止(zhi)磁(ci)場(chang)相(xiang)吸(xi)引(yin)的(de)旋(xuan)轉(zhuan)磁(ci)場(chang)。電(dian)樞(shu)和(he)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)由(you)電(dian)池(chi)或(huo)其(qi)它(ta)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)供(gong)給(gei)（永磁BDC電機沒有定子繞組）。電池（或直流電源）提供恒定的直流電壓。電壓幅度決定了電機的轉速，因此是電池或直流電源是一個線性激勵源。改變BDC電機速度的最有效方式是采用脈寬調製（PWM）技術。PWM技術是以固定的頻率開關恒壓源。改變PWM信號的脈衝寬度可以調節電機的速度。脈衝高低電平間的比例稱為PWM信號的占空比。直流電池電平的幅度等於PWM信號的平均幅度。
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單片機/電機控製實例

單片機設計中帶有內建的外設，因此隻需要最少量的外部元器件就可以容易地實現BDC電機的速度和方向控製。選用的單片機帶有內建的外設，隻需要最少量的外部元器件就可以容易地實現BDC電機的速度和方向控製。這款單片機的兩大特點對於BDC電機控製非常有用。首先

，片上內建有增強捕獲/比較/PWM（ECCP）模塊，當配置為全橋模式時，可以提供直接驅動H橋電路所需要的PWM信號。H橋電路可以為電機提供雙向電流驅動。第二個非常適合電機控製器的特點是可以產生頻率高達31.2 kHz的8位PWM信號。對於電機控製應用來說，這一點很重要
，因為低於20 kHz的頻率會導致電機產生人聽覺範圍內的噪聲。不需要增加任何外部時鍾源，可以提供高於聽覺頻率的8位分辨率。為了獲得高出聽覺頻率範圍的頻率
，此前的單片機需要在運行時降低PWM的分辨率。與其它具備ECCP的單片機相比
，它體積小且成本效率高。利用片上ECCP模塊做為PWM硬件發生器，而不是采用過去的軟件解決方案
，寶貴的單片機處理器資源可以用於完成其它任務。

圖2中的低成本BDC電機控製係統在全橋PWM模式下使用ECCP。用戶可容易地配置PWM占空比，並實時改變單片機內部振蕩器。此外，利用單片機片上的一個10位ADC來測量反向電動勢（EMF），PIC16F684可以容易地跟蹤電機的轉速（RPM）。

本應用中的硬件有三個主要部分。一個電源級、一個通信模塊（RS-232）和一個RPM及電流測量級。電源級包括提供BDC電機雙向控製的全H橋。PIC16F684通過RC2、RC3、RC4和RC5引腳連接到H橋。從RA5引腳通過一個RS-232端口可以將有關PWM占空比、單片機振蕩器速率、電機RPM和he電dian流liu值zhi等deng指zhi令ling和he信xin息xi發fa送song給gei計ji算suan機ji。雖sui然ran實shi際ji生sheng產chan出chu來lai的de設she備bei很hen可ke能neng並bing沒mei有you這zhe樣yang一yi個ge通tong信xin接jie口kou，但dan在zai開kai發fa階jie段duan這zhe樣yang一yi個ge通tong信xin接jie口kou非fei常chang有you用yong。在zai實shi際ji產chan品pin中zhong
，RA5可以被賦予不同的用途，如點亮狀態指示LED或者讀取電位計輸入。

通過測量電機的反向EMF電壓，不需額外傳感器即可以獲得電機轉速（RPM）。電機轉速與反向EMF電壓直接成正比。BDC電機是一種感性負載。電機上感生的電壓等於電機電感乘以dI/dt 。將對應FET關斷（OFF）即可以測量反向EMF電壓。這會產生一個反方向流過電機的電流。PIC16F684中的ADC模塊可以測量出EMF電壓。

通過測量MOSFETs
、QB 和 QD, 以及地之間電流檢測電阻上的高端電壓可以獲得電流值。選擇適當的電阻值時需要考慮最大電流和功耗。PWM信號驅動BDC電機。H橋電路僅在PWM信號處於高電平時才吸收電流。采用一個采樣和平均算法在多個PWM周期測量結果的基礎上算出電流值和電機轉速。　

此類應用中使用的片上外設除ECCP模塊外
，還有一個內部10位模數轉換器（ADC）。ECCP有捕獲模式（可捕獲定時器寄存器的16位值）、幾個比較器和4個PWM。在無傳感器的BDC電機控製應用中
，4個PWM通道是一個重要優勢。如圖2所示，配合外部橋和4個FET驅動器件，單片機的PWM模塊可以容易地實現雙向電機控製。

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