单片机和驱动芯片的选择
在单片机的选择上，我们首先考虑的是稳定性。在稳定性满足的前提下要能够最大程度地节约整个系统的成本。在综合各方面的考虑后，我们最终选择了宏晶公司的STCC52RC单片机，这款单片机在内部集成了RC振荡器，上电复位等一系列电路，使用非常方便，而且在烧写程序方面只要VCC、RXD、TXD、GND四个端口，使用PL2303进行电平转换即可方便写入。在程序方面，该单片机为51内核，所以可以使用C51对其进行编程，该款单片机使用调试方便，性能稳定，价格低廉。所以我们最终选择了这款单片机作为系统的主控制器。
如果采用软件换相，单片机要不断地执行换相操作，才能使电动机转动下去，同时还要监控用户界面，控制转速和转向操作，因此负担很重，故本系统中采用专用集成电路芯片LM621来完成换相工作。
4.2 单片机的特点
51系列单片机优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。虽然其他种类的单片机也具有位处理功能，但能进行位逻辑运算的实属少见。51系列在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，十六个字节，单元地址20H～2FH，它既可作字节处理，也可作位处理(作位处理时，合128个位，相应位地址为OOH～7FH)，使用极为灵活。这一功能无疑给使用者提供了极大的方便，因为一个较复杂的程序在运行过程中会遇到很多分支，因而需建立很多标志位，在运行过程中，需要对有关的标志位进行置位、清零或检测，以确定程序的运行方向。而
实施这一处理(包括前面所有的位功能)，只需用一条位操作指令即可【8】。
51系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。八位除以八位的除法指令，商为八位，精度嫌不够，用得不多。而八位乘八位的乘法指令，其积为十六位，精度还是能满足要求的，用的较多。作乘法时，只需一条指令就行了，即Mul AB(两个乘数分别在累加器A和寄存器B中。积的低位字节在累加器A中，高位字节在寄存器B中)。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。
在51系列中，还有一条二进制一十进制调整指令DA，能将二进制变为BCD码，这对于十进制的计量十分方便。而在其他的单片机中，则也需调用专用的子程序才行。ATC51引脚图如图4.1所示。
图4.1 ATC51单片机引脚图
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节
被重复编程以前，该操作必须被执行【9】。
ATC51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，ATC51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
片内资源：
8位CPU·4kbytes 程序存储器(ROM) (52为8K)；
256bytes的数据存储器(RAM) （52有384bytes的RAM）；
32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令 ；
21个专用寄存器 ；
2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级（52有6个）；
一个全双工串行通信口；
外部数据存储器寻址空间为kB ；
外部程序存储器寻址空间为kB ；
逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装；
单一+5V电源供电 ；
CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；
RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；
ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；
I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；
T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；
五个中断源的中断控制系统；
一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；
片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。
4.3 LM621的特点
LM621是TI公司的无刷直流电机专用驱动芯片，该芯片工作稳定可靠，性价比高，与单片机连接使用方便，抗干扰能力强，电压范围广，是大功率无刷直流电机驱动的合适选择。
LM621是MOS、IGBT功率器件专用栅极驱动芯片，通过自举电路工作原理，使其既能驱动桥式电路中低压侧的功率器件，又能驱动高压侧的功率元件，因而在电机控制、伺服驱动、UPS电源等方面得到广泛应用。这些器件集成了特有的负电压免疫电路，提高了系统耐用性和可靠性，有些器件不仅有过流、过温检测输入等功能，还具有欠压锁定保护、集成死区时间保护、击穿保护、关断输入、错误诊断输出等功能。
LM621可用来驱动工作在母电压不高于600V的电路中的功率MOS门器件，其可输出的最大正向峰值驱动电流为250mA，而反向峰值驱动电流为500mA。它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络，使用户可方便的用来保护被驱动的MOS门功率管，加之内部自举技术的巧妙运用使其可用于高压系统，它还可对同一桥臂上下2个功率器件的门极驱动信导产生2μs互锁延时时间。它自身工作和电源电压的范围较宽(3～20V)，在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器，电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用，亦可只用其内部的3个低压侧驱动器，并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。其引脚图如图4.2所示。
图4.2 LM621引脚图
管脚功能定义：
·引脚1（Vcc1）：第一电源，为逻辑电路和时钟电路供电，+5V。
·引脚2（DIRECTION)：转向控制端。由于所施加的逻辑电平决定电机转向。
·引脚3（DEAD-TIME ENABLE)：死区时间使能端。控制死区功能，高电平有效。
·引脚4（CLOCK TIMING)：震荡时钟输入端。该端外接定时电容和电阻至地，设定时钟振荡周期，决定死区时间。
·引脚5、6、7（HS1、HS2、HS3）：霍尔位置传感器输入端。对于三相电动机，有3个位置传感器信号可直接与H1、H2、H3端点相连。
·引脚8（30/60SELECT)：30/60选择端。三相电动机传感器空间间距30°时，该端施加高电平；60°时，施加零电平。
·引脚9（LOGIC GROUND)：逻辑地。
·引脚10（POWER GROUND)：功率地。
·引脚11、12、13（CURRENT SOURCE OUT)：下桥臂驱动输出端。
·引脚14、15、16（CURRENT SINK OUT)：上桥臂驱动输出端。
·引脚17（OUTPUT INHIBIT)：输出禁止端。对该引脚施加高电平时，输出被关闭。
·引脚18（MOTOR SUPPLY VOLTAGE)：Vcc2（+5——40V）端，第二电源，为驱动电路供电。
表4.1列出了它的换相译码器真值表。
表4.1 LM621换相译码器真值表
对于转子为两对磁极的三相电动机，表中的30°和60°指的是三个霍尔传感器的空间间距，他们分别对应电角度60°和120°。
它的内部集成有1个电流比较器CURRENT COMPARATOR，1个电流放大器CURRENT AMP，1个自身工作电源欠压检测器UNDERVOLTAGE DETECTOR，1个故障处理单元FAULT LOGIC及1个清除封锁逻辑单元CLEAR LOGIC。除上述外，它内部还集
成有3个输入信号处理器INPUT SIGNAL GEN-ERATOR两个脉冲处理和电平移位器PULSE GENERATOR LEVEL SHIFTER，3个上桥臂侧功率管驱动信号锁存器LATCH，3个上桥臂侧功率管驱动信号与欠压检测器，U. V DETECTOR及6个低输出阻抗MOS功率管驱动器DRIVER和1个或门电路。正常工作时，输入的6路驱动信号经输入信号处理器处理后变为6路输出脉冲，驱动下桥臂功率管的信号L1～L3经输出驱动器功放后，直接送往被驱动功率器件。而驱动上桥臂功率管的信号H1～H3 先经集成于LM621内部的3个脉冲处理器和电平移位器中的自举电路进行电位变换， 变为3路电位悬浮的驱动脉冲，再经对应的3路输出锁存器锁存并经严格的驱动脉冲与否检验之后，送到输出驱动器进行功放后才加到被驱动的功率管。一旦外电流发生过流或直通，即电流检测单元送来的信号高于0.5V时，则LM621内部的电流比较器迅速翻转，促使故障逻辑处理单元输出低电平，一则封锁3路输入脉冲信号处理器的输出，使LM621的输出全为低电平，保护功率管；另一方面，同时LM621的FAULT脚给出故障指示。同样若发生LM621的工作电源欠压，则欠压检测器迅速翻转，也会进行类似动作。发生故障后，LM621内的故障逻辑处理单元的输出将保持故障闭锁状态。直到故障清除后，在信号输入端LIN1～LIN3同时被输入高电平，才可以解除故障闭锁状态【3】。
当LM621驱动上桥臂功率管的自举电源工作电压不足时，则该路的驱动信号检测器迅速动作，封锁该路的输出，避免功率器件因驱动信号不足而损坏。当逆变器同一桥臂上2个功率器件的输入信号同时为高电平，则LM621输出的2路门极驱动信号全为低电平，从而可靠地避免桥臂直通现象发生。
