【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 緒論 6 動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和直流無刷電動(dòng)機(jī)。其基本性能比較如表 所示。 表 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)基本性能比較 基本性能 電動(dòng)機(jī)類型 效 率 體 積 技術(shù)性能 壽 命 成 本 直流有刷電動(dòng)機(jī) 較 高 小 好 短 高 直流無刷電動(dòng)機(jī) 高 小 好 長(zhǎng) 高 交流電動(dòng)機(jī) 低 大 一 般 長(zhǎng) 低 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 較 高 較 小 較 好 長(zhǎng) 低 從表 的幾個(gè)主要指標(biāo)可以看出，這幾種電動(dòng)機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但考慮綜合因素，直流無刷電動(dòng)機(jī)較為合適。雖然它 的一次成本稍高，但其效率高，二次成本降低。但是在功率很大的電動(dòng)巴士中，電動(dòng)機(jī)的功率往往要達(dá)到 100～ 200kw。此時(shí)直流無刷電動(dòng)機(jī)的方案要受到稀土磁鋼材料和大功率管的制約。目前，一般以開發(fā)應(yīng)用幾十千瓦以下的無刷直流電動(dòng)機(jī)為宜。 電動(dòng)車是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，它包括電池、電動(dòng)機(jī)、控制器和充電器等多個(gè)部件，其結(jié)構(gòu)模式如圖 1— 1 所示。 圖 1— 2 電動(dòng)車模式 衡量電動(dòng)車動(dòng)力性能的指標(biāo)主要是續(xù)駛里程、最大時(shí)速、最大爬坡度及最大加速度等四項(xiàng)，它們是電 動(dòng)車中電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)： （ 1） 當(dāng)最大時(shí)速一定時(shí)。根據(jù)車輪直徑可推算出電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，并確定電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 （ 2） 根據(jù)最大爬坡度的要求，結(jié)合車體自身重量、負(fù)載重量及風(fēng)阻等，可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩、過載轉(zhuǎn)矩及控制器的過載電流。 （ 3） 根據(jù)最大速度的要求和車重來決定電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)過載轉(zhuǎn)矩（即最高轉(zhuǎn)矩）電池 控 制 器 電動(dòng)機(jī) 車輪 電動(dòng)輪 充電器 或 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 7 及控制器的最大電流。 值得指出的是，上述因素往往是相互制約的，各種類型的車輛對(duì)上述要求也各有側(cè)重，在設(shè)計(jì)時(shí)要針對(duì)具體情況并注意它們之間的相互匹配。 MCS51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS51 系列單片機(jī) 單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)或單片微機(jī)，又稱微型控制器。即是在一塊半導(dǎo)體芯片上，集成了中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成了一臺(tái)完整的數(shù)字電子計(jì)算機(jī)。由于集成電路技術(shù)的進(jìn)步，片內(nèi)甚至還包括 HSO、 HIS、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PWM 等稱為“片內(nèi)外設(shè)”的特殊功能部件。 本設(shè)計(jì)所采用的單片機(jī)是 AT89C51，是屬于 MCS51 系列的單片機(jī)，能與 51系列單片機(jī)很好的兼容。 MCS51 系列單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司在 1980 年推出的高性能 8 位單片微型計(jì)算 機(jī)，較原來的 MCS48 系列結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括 51 和 52 兩個(gè)子系列。 在 HMOS 技術(shù)大發(fā)展的背景下， Intel 公司在 MCS48 系列的基礎(chǔ)上于 1980年推出了 8 位 MCS51 系列單片機(jī)。它與以前的機(jī)型相比，功能增強(qiáng)了許多，就其指令和運(yùn)行速度而言，超過了 INTEL8085 的 CPU 和 Z80 的 CPU，成為工業(yè)控制系統(tǒng)中較為理想的機(jī)種。較早的 MCS51 典型時(shí)鐘為 12MHz，而目前與 MCS51 單片機(jī)兼容的一些單片機(jī)的時(shí)鐘頻率達(dá)到 40MHz 甚至更高，現(xiàn)在已有 400MHz 的單片機(jī)問世。 51 系列是基本型， 包括 805 875 803 ，僅在于片內(nèi)程序儲(chǔ)存器。 8051 為 4KBROM， 8751 為 4KBEPROM， 8031 片內(nèi)無程序儲(chǔ)存器，8951 為 4KBEEPROM。其他性能結(jié)構(gòu)一樣，有片內(nèi) 128B RAM， 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源。其中， 8031 性價(jià)比較高，又易于開發(fā)，目前應(yīng)用面廣泛。 51 系列單片機(jī)的特點(diǎn) (1) 8 位 cpu （ 2） 片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍為 ~12MHz （ 3） 片內(nèi)帶 128B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 （ 4） 片內(nèi)帶 4KB 的程序存儲(chǔ)器 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 8 （ 5） 程序存儲(chǔ)器的尋 址空間為 64KB （ 6） 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址空間為 64KB （ 7） 128 個(gè)用戶位尋址空間 （ 8） 21 個(gè)字節(jié)特殊功能寄存器 （ 9） 4 個(gè) 8 位的 I/O 并行接口： P0、 P P P3 （ 10） 兩個(gè) 16 位定時(shí)、計(jì)數(shù)器 （ 11） 兩個(gè)優(yōu)先級(jí)別的五個(gè)中斷源 （ 12） 一個(gè)全雙工的串行 I/O 接口，可多機(jī)通信 （ 13） 111 條指令，包含乘法指令和除法指令 （ 14） 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu) （ 15） 有較強(qiáng)的位處理能力 （ 16） 采用單一 +5V 電源 MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 作為主流的單片機(jī)品種， MCS51 系列單片機(jī) 市場(chǎng)份額占有量巨大， PHILIPS公司、 ATMEL 公司等紛紛開發(fā)了以 8051 為內(nèi)核的單片機(jī)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品都?xì)w屬于 MCS51 單片機(jī)系列。 單片機(jī) 內(nèi)核是 8051CPU， CPU 的內(nèi)部集成有運(yùn)算器和控制器，運(yùn)算器完成運(yùn)算操作（包括數(shù)據(jù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等），控制器完成取指令、對(duì)指令譯碼以及執(zhí)行指令。 MCS51 單片機(jī)的片內(nèi)資源有： （ 1） 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè) 微型計(jì)算機(jī) 的核心， 包含運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器這三個(gè)部分。 是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， 主要 完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操 作。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： MCS51 內(nèi)部有 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）和 21 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器有專門的用途，通常用于存放控制指令數(shù)據(jù)，不能用作用戶數(shù)據(jù)的存放，用戶能使用的 RAM 只有 128個(gè)字節(jié)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 （ 3） 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： MCS51 共有 4K 字節(jié)程序存儲(chǔ)器（ ROM），用于存放用戶程序和數(shù)據(jù)表格。 （ 4） 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： MCS51 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出時(shí)， 可用中斷方式控制程序轉(zhuǎn)向。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 9 （ 5） 并行輸入輸出 (I/O)口： MCS51 共有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O 口 (P0、 P PP3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 （ 6） 全雙工串行口： MCS51 單片機(jī)中的 異步 通信 串行 接 口 能方便地與其他計(jì)算機(jī)或串行傳送信息的外圍設(shè)備（如串行打印機(jī)、 CRT 終端等） ， 實(shí)現(xiàn)雙機(jī)、多機(jī)通信。 該串行口 一般 用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 （ 7） 中斷系統(tǒng)： MCS51 中斷系統(tǒng)的功能為： 5 個(gè)（ 52 子系列為 6 個(gè)）中斷源；2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，從而可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套；每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)可用程序設(shè)定， 可基本滿足不同的控制要求 。 （ 8） 時(shí)鐘電路： MCS51 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)序脈沖，但需外接晶體振蕩器和振蕩電容。 圖 12 是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 : 圖 1— 3 MCS51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 10 MCS51 系列單片機(jī)外部引腳說明 MCS51 系列單片機(jī)芯片有 40 個(gè)引腳。用 HMOS 工藝制造 的芯片采用雙列直插式封裝，見圖 14 圖 1— 4 MCS51系列單片機(jī)芯片引腳圖 低功耗的、采用 CHMOS 工藝制造的機(jī)型（在型號(hào)中間加一“ C”字作為識(shí)別，如 80C3 80C5 87C51）也有用方行封裝結(jié)構(gòu)的。 現(xiàn)將各引腳分別說明如下： 1．主電源引腳 Vcc：接電源正端（ +5V）。 Vss：接電源地端（ +5V）。 2. 外接晶體引腳 XTAL1：接片內(nèi)反相放大器的輸入端。 XTAL2：接片內(nèi)反相放大器的輸出端。 3．輸入 /輸出引腳 ： P0 口的 8 個(gè)引腳在不接片外存儲(chǔ)器 與不擴(kuò)展 I/O 接口的情況下，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出接口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口的情況下，攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 11 P0 口做為分時(shí)復(fù)用低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 ： P1 口的 8 個(gè)引腳可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用。對(duì)于 52 子系列， 與 還有第二種功能： 可用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2； 可用作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部控制端 T2EX。 ： P2 口的 8 個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個(gè)字節(jié)時(shí)， P2 口用為高 8 位 地址總線。 :P3 口的 8 個(gè)引腳。除作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用外，還具有第二功能，詳見表 12。 引腳 第二功能 RXD (串行輸入端 ) TXD (串行輸出端 ) INT0 （外部中斷 0請(qǐng)求輸入端） INT1 （外部中斷 1請(qǐng)求輸入端） T0 （定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0計(jì)數(shù)脈沖輸入端） T1 （定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)脈沖輸入端） WR （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫通信號(hào)輸出端） RD （片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀通信號(hào)輸出端） 表 12 P3口第二功能 4．控制線 ALE/PROG:ALE為 CPU訪問外部程序存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供一個(gè)地址鎖存信號(hào)，將 8 位地址鎖存在片外的地址鎖存器中。 PROG 為該引腳的第二功能，即在對(duì)片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。 此外，單片機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)， ALE 端一直有正脈沖信號(hào)輸出，該信號(hào)也有上述頻率（震蕩頻率 f 的六分之一）出現(xiàn)，所以一般可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。不過在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間， ALE 脈沖計(jì)數(shù)將與實(shí)際不符，這種情 況下一般不用作時(shí)鐘輸出。 對(duì)于片內(nèi)含可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作編程脈沖 PROG 的輸入端口。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 12 PSEN：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)，低電平有效。 在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間， PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 RET/Vpd: RST 寫全是 RESET，為單片機(jī)的復(fù)位（初始狀態(tài)）端。高電平有效，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。在單片機(jī)正常工作時(shí)，此引腳應(yīng)為小于 的低電平，上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起震時(shí)間，該引腳上高電平的持續(xù)時(shí)間必須在 10ms 以上才能保證有效復(fù)位。 Vcc 掉電期間，該引腳如接 Vdd（在 +5V 上下 內(nèi)），可用于保存片內(nèi) RAM中的數(shù)據(jù)。當(dāng) Vcc 下降到某規(guī)定值以下， Vpd 便向片內(nèi) RAM 供電。 EA/Vdd：片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則計(jì)算機(jī)上電或者復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 對(duì)于片內(nèi)含 EPROM 的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作 21V 編程電源 Vdd 的輸入端。 對(duì)于 MCS51 系列單片機(jī)的引腳可歸納出下列兩點(diǎn)： （ 1）單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，致許多引腳都具有第二功能。 （ 2）單片機(jī)對(duì)外呈三總線形式。由 P P0 組成 16 位地址總線；由 P0 分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線，由 ALE、 PSEN、 RST、 EA、與 P3 口中 INT0、 INT T0、 TWR、 RD 共 10 個(gè)引腳組成控制總線。因是 16 位地址線，使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到 64KB。 2 電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 控制器硬件設(shè)計(jì) 控制器硬件系統(tǒng) 采用 MCS51 單片機(jī)為系統(tǒng)控制器。從該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可知，單片機(jī)接收信號(hào)輸入，然后由單片機(jī)計(jì)算出車速并傳給數(shù)碼管顯示器顯示出來。車速的控制由ADC0808 接受的外界模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，由 單片機(jī)控制其加速或減速。顯示