【正文】 Y8C24423型號(hào)有每個(gè)I/O口的各位都是獨(dú)立可編程，有如下功能：（1）能被CPU讀寫；（2）控制其管腳的數(shù)據(jù)流方向；（3）可與系統(tǒng)輸入輸出線相連；（4）可選擇在上升沿、下降沿、狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)編程；（5）輸出可編程實(shí)現(xiàn)高電平、低電平、高阻抗等。5個(gè)主要的寄存器控制CPU的操作。使用模擬BLOCK可配置：多極濾波器（multipole filters）；放大器（gain stages）；數(shù)模轉(zhuǎn)換（DACs）；模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADCs）。對(duì)于控制器的輸出而言，需要三路PWM信號(hào)，Cy8c24423有四個(gè)數(shù)字模塊，控制器設(shè)計(jì)中一個(gè)用于AD，一個(gè)用于定時(shí)器，所以不可能再有三個(gè)PWM模塊供選擇。電流保護(hù)分兩種情況，一種過(guò)載（12AI17A），程序中不斷查詢，如果過(guò)載狀態(tài)超過(guò)整定時(shí)間仍存在，則停機(jī)。 2．2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本文圍繞PSoC單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電動(dòng)自行車控制器的設(shè)計(jì)，Cy8c24423單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)并負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制、信號(hào)檢測(cè)和系統(tǒng)保護(hù)；功率轉(zhuǎn)換采用MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，電動(dòng)機(jī)位置信號(hào)與轉(zhuǎn)速采用霍爾元件檢測(cè)。另外，這些功能模塊還可以相互連接，以完成更加復(fù)雜的功能。這些外設(shè)部件的高度集成為設(shè)計(jì)出小體積、低供耗、高可靠性、高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了方便，同時(shí)也可使系統(tǒng)的整體成本大大降低。如此反復(fù)循環(huán)，電動(dòng)機(jī)即可旋轉(zhuǎn)起來(lái)。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電刷和換向器，它的繞組里電流的通、斷是通過(guò)電子換向電路及功率放大器實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，隨著微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子器件和高性能永磁材料的不斷出現(xiàn)，永磁無(wú)刷直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用也日益廣泛。此外：電動(dòng)自行車還兼有運(yùn)動(dòng)和健身的功能，很適合于休息娛樂(lè)用，因此即使將來(lái)電動(dòng)汽車風(fēng)行起來(lái)，電動(dòng)自行車市場(chǎng)也不至于衰退。由于并非真正的零排放車輛，所以復(fù)合車通常被視為電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中的過(guò)渡性產(chǎn)品。早在19世紀(jì)末，電動(dòng)汽車就已出現(xiàn)，并有望成為蒸汽機(jī)的代替品。改進(jìn)以前傳統(tǒng)微處理器，具有更多的功能，保密性更強(qiáng)。隨著現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入人心，環(huán)境和能源問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。但隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，燃油車逐漸取得了優(yōu)勢(shì)地位。燃料電池電動(dòng)車，燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“電池”，它不是蓄電池，而是“發(fā)電廠”，這種電池的使用，能提高起能量密度，但不具備回收電能的功能。電動(dòng)自行車已經(jīng)達(dá)到200300萬(wàn)輛，全世界已達(dá)600萬(wàn)輛。特別是永磁無(wú)刷直流電機(jī)，因其高功率、寬調(diào)速范圍、高運(yùn)行可靠性、高效率、免維護(hù)等眾多優(yōu)點(diǎn)，而倍受青睞，成為眾多電動(dòng)自行車廠家的首選。要在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩，就應(yīng)使電樞電流隨磁場(chǎng)位置的變化而變化。由于傳感器元件安裝位置為 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理示意圖空間互差120176。嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)，微控器通常是嵌入式系統(tǒng)的主要部件，微控器又經(jīng)歷了單片機(jī)、DSP、SOC 的發(fā)展過(guò)程，有專家認(rèn)為，PSOC 是微控制器的最高級(jí)階段。因此，通過(guò)合理的配置數(shù)字和模擬就可以在片內(nèi)實(shí)現(xiàn)大部分外圍器件的工作。采用PSoC片上系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的可靠性、安全性與快速性,并具有很好的靈活性，達(dá)到了很好的控制效果。另一種是過(guò)流（I17A），電流短時(shí)間內(nèi)超過(guò)電流上限，電流反饋回路的比較器將觸發(fā)PSoC的外部中斷，在中斷服務(wù)程序中，關(guān)閉PWM輸出。為此，采取動(dòng)態(tài)配置，一個(gè)PWM模塊分時(shí)復(fù)用，不同時(shí)間配置到不同的輸出管腳。使用這些資源可以配置成不同的功能模塊，用以實(shí)現(xiàn)微控制器標(biāo)準(zhǔn)外圍器件的功能。5個(gè)寄存器分別是標(biāo)志寄存器（CPUF）、程序計(jì)數(shù)器（CPUPC）、累加器（CPUA）、堆棧指針寄存器（CPUSP）、變址寄存器（CPUX）。另外，P0和P2口有模擬輸入輸出功能。5．中斷中斷源有：I/O線，電壓監(jiān)控器，待機(jī)時(shí)鐘，8個(gè)數(shù)字PSOC BLOCK和四個(gè)模擬列共15個(gè)。用它可以完成有符號(hào)及無(wú)符號(hào)乘法。模擬模塊之間的連接通過(guò)指定模塊中的參數(shù)值直接顯示出來(lái)。這些模擬和數(shù)字PSoC 塊通過(guò)PIA 的互聯(lián)可以組合成各種外圍設(shè)備,我們把這些組合而成的外設(shè)稱之為用戶模塊。 塊構(gòu)成的中斷定時(shí)器。他的塊的核心是一個(gè)運(yùn)算放大器，這個(gè)運(yùn)放根據(jù)需要也可以定義為一個(gè)比較器。 塊的應(yīng)用實(shí)例。 在相位1 時(shí)，開關(guān)通常連到模擬地，在相位2 時(shí)， 開關(guān)連到其他輸入端上。使用這些資源可以配置成不同的功能模塊，用以實(shí)現(xiàn)微控制器標(biāo)準(zhǔn)外圍器件的功能。在表1 中，ADCINC12 和ADCINC14 分別是12 位和14 位分辨率的增量型AD 轉(zhuǎn)換器，ADCINCVR 是7～13 位可變分辨率增量型AD 轉(zhuǎn)換器，DELSIG8 和DELSIG11 分別是8 位和11 位分辨率的Δ Σ 型AD 轉(zhuǎn)換器，DUALADC 是雙7～13 位可變分辨率、增量型AD 轉(zhuǎn)換器(該器件可用于同時(shí)轉(zhuǎn)換兩路AD 信號(hào))，SAR6 是6位分辨率的逐次比較型AD 轉(zhuǎn)換器。閃速存儲(chǔ)器還集合了其他非易失性存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：與EPROM相比較，閃速存儲(chǔ)器在系統(tǒng)電可擦除和可重復(fù)編程具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它不需要特殊的高電壓就可以完成擦除或編程操作；與EPROM相比較，閃速存儲(chǔ)器具有成本低、密度大的特點(diǎn)。 3．3 智能控制器硬件方案設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車控制器的主要控制功能有：電機(jī)調(diào)速控制、剎車控制、蓄電池欠壓保護(hù)、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)及控制器過(guò)流保護(hù)等。若比較器管腳2比管腳3電壓高，則OC低電平給芯片，說(shuō)明相線電流超過(guò)門檻值，PSOC根據(jù)OC電平變化切斷電路，達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。同時(shí)借助于自行車本身的制動(dòng)系統(tǒng)， 使自行車停止前進(jìn)。選中所需要放置的用戶模塊，在選擇放置后便將它放入到其相對(duì)應(yīng)的數(shù)字或者模擬模塊的陣列之中了。電壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法有多種, 在應(yīng)用PSOC芯片輸出控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)速的場(chǎng)合，比較便于實(shí)現(xiàn)而且調(diào)整性能良好的是脈沖寬度調(diào)制( PWM) 技術(shù)。 平均電流保護(hù)必須注意兩點(diǎn)：（1） 主回路電流到達(dá)平均保護(hù)電流后應(yīng)報(bào)警提醒騎車者，然后延時(shí)一定時(shí)間，再切斷主回路。 欠壓保護(hù)方案對(duì)蓄電池的保護(hù)常用的有欠壓保護(hù)和剩余電量保護(hù)兩種方法：剩余電量保護(hù)方法需要對(duì)電流、電壓兩個(gè)參量進(jìn)行處理, 實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。同時(shí)借助于自行車本身的制動(dòng)系統(tǒng)，使自行車停止前進(jìn)。過(guò)流保護(hù)產(chǎn)生的中斷程序中，一旦發(fā)現(xiàn)電流超過(guò)整定值立即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)輸出。加之Cypress PSOC 可以動(dòng)態(tài)重構(gòu)，即在應(yīng)用中通過(guò)程序改變存儲(chǔ)在片內(nèi)閃存中設(shè)定的參數(shù)，重新定義系統(tǒng)所需要的功能模塊的種類和數(shù)量，動(dòng)態(tài)地完成片上資源的重新分配，實(shí)現(xiàn)新的外圍元器件的功能，這一點(diǎn)保證了系統(tǒng)資源的最大化、最合理化和最經(jīng)濟(jì)化應(yīng)用。將用戶模塊分配到PSoC 區(qū)塊上(有些模塊不占用PSoC 區(qū)塊) 、對(duì)用戶模塊進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置、全局資源設(shè)置、建立模塊間連接及模塊與PSoC 芯片外部引腳的合理連接。步驟：將組件之間連接好；連接并行電纜插頭與計(jì)算機(jī)的并行口；啟動(dòng)計(jì)算機(jī)進(jìn)入BIOS設(shè)置，選擇EPP模式并保存該設(shè)置。但系統(tǒng)工作速度要相應(yīng)的降低，所以在設(shè)計(jì)這個(gè)控制器，必須軟件和硬件之間相互權(quán)衡。本設(shè)計(jì)中的許多元器件是庫(kù)中沒(méi)有的，需要自己動(dòng)手畫，比如：PSOC芯片，電源電路中的7815芯片等。從原理圖窗口中將網(wǎng)絡(luò)表直接調(diào)入電路板設(shè)計(jì)環(huán)境中，執(zhí)行Design/Rules菜單，在彈出的窗口選擇布線規(guī)則頁(yè)面（Routing）后在Rules Classes選擇框選擇Routing Layers，單擊Add按紐后就進(jìn)入布線層規(guī)則設(shè)置界面，首先在Rule Scope區(qū)域的Filter Kind選擇框選擇Net，然后在Net下拉框選擇Board，再在Rule Attributes區(qū)域?qū)op Layer選擇框設(shè)置成Not used，再將Bottom Layer設(shè)置成Any。為了進(jìn)一步完善控制器功能，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以最大程度的降低噪聲，使調(diào)速過(guò)程更加平滑、流暢，同時(shí)，逐步增加一些新的功能，譬如1：1助力、發(fā)電制動(dòng)、雙動(dòng)力等功能，拓寬控制器的適用范圍，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。工作上將會(huì)遇到很多的問(wèn)題，不可能再如學(xué)校里有人手把手的教了，多數(shù)將要通過(guò)自己自學(xué)。還要真誠(chéng)感謝同學(xué)，在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在學(xué)習(xí)上都給予了我許多無(wú)私的幫助。沒(méi)有他們的支持，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不會(huì)完成的這么順利。沒(méi)有人能獨(dú)自成功，懂得與別人合作，對(duì)將來(lái)的學(xué)習(xí)工作會(huì)有很大的幫助。四個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，在這四個(gè)多月里，從對(duì)課題的一無(wú)所知到做出所要求的控制器，中間遇到了不少困難，付出了不少的努力才做成現(xiàn)在這樣。自動(dòng)布線后再進(jìn)行人工修改，涉及的操作有：菜單Tool/Preference/Loop Removal用于設(shè)置回線刪除功能，人工重布線已經(jīng)有布線的電路板時(shí)，自動(dòng)刪除已有的布線；菜單Tool/Preference/Push Obstacle用于設(shè)置推線功能，人工布線遇到有線阻擋時(shí)，自動(dòng)將阻擋的線推開；菜單Tool/Miter Corner用于將電路板上的直角走線改成斜角走線，該功能只對(duì)有網(wǎng)絡(luò)的布線有效。編輯元件的屬性，包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。在選擇具體模塊上也花費(fèi)了不小一番心思。方法如下是：接通ICE的電源，進(jìn)入PSOC Designer；進(jìn)入調(diào)試程序子系統(tǒng)?！癎enerate Application”快捷圖標(biāo)，系統(tǒng)自動(dòng)生成可供調(diào)用的API 函數(shù)。和當(dāng)前其它架構(gòu)的SoC 相比，Cy2press PSoC 在保證以更簡(jiǎn)便方式實(shí)現(xiàn)更多更靈活功能和具備較高性能的前提下，達(dá)到了當(dāng)今無(wú)出其右的最高性價(jià)比。該軟件包除了具備與其它單片機(jī)IDE 相同的如項(xiàng)目管理、文件編輯、匯編/ 編譯、鏈接等功能以及協(xié)同硬件仿真器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真外，最有特色的是，它提供了一個(gè)圖形化的用戶模塊(User Module) 庫(kù)，其中包含了超過(guò)50 種經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試的用戶模塊，除了上述業(yè)已介紹的ADC、PWM 等，甚至還具有偽隨機(jī)序列發(fā)生器、紅外通訊、調(diào)制解調(diào)器等并非常用的模塊，并且還在不斷地追加中。 但如果剎車信號(hào)消失時(shí)，車把給定的是最大速度值，則系統(tǒng)應(yīng)采用“軟啟動(dòng)”方案，以防止自行車急速前沖。因此，這里采用欠壓保護(hù)方法，蓄電池欠壓保護(hù)采用實(shí)時(shí)響應(yīng)方式，系統(tǒng)軟件在每個(gè)循環(huán)中檢測(cè)蓄電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到蓄電池電壓下降到某一保護(hù)點(diǎn)時(shí)，切斷主回路，以避免蓄電池過(guò)放電。鑒于上述原因, 軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮，在軟件保護(hù)過(guò)程中應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒騎車者注意。當(dāng)脈沖信號(hào)處于高電平時(shí)，使開關(guān)閉合，主回路接通，電機(jī)被驅(qū)動(dòng)；當(dāng)脈沖信號(hào)處于低電平時(shí)，使開關(guān)斷開，主回路斷開，控制電機(jī)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)的通斷比例，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。全局資源是決定部件操作的硬件環(huán)境，我們根據(jù)其智能控制器系統(tǒng)的要求，配置好全局資源的參數(shù)以適應(yīng)系統(tǒng)控制的要求。圖 調(diào)速剎