【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 路，具有很強(qiáng)的技術(shù)特色。產(chǎn)品采用全新的流水線結(jié)構(gòu)，單字節(jié)指令體系，嵌入Flash以及10位A/D轉(zhuǎn)換器。使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展新的潮流。PIC系列單片機(jī)具有高，中，低3個(gè)檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的需求，適合在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。PIC系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn):(1)單片機(jī)種類豐富PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來(lái)滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。(2) 哈佛總線結(jié)構(gòu)如圖34所示，PIC系列單片機(jī)在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴(kuò)展指令的字長(zhǎng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。圖34 PIC系列單片機(jī)哈佛總線結(jié)構(gòu)(3) RISC技術(shù) RISC (Reduced Instruction Set Computer)是指精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。RISC技術(shù)并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是著眼于如何改善計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，更加簡(jiǎn)單合理地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。PICF877單片機(jī)指令集系統(tǒng)只有35條指令，全部采用單字節(jié)指令，而且除4條判斷轉(zhuǎn)移指令發(fā)生間跳外，均為單周期指令，執(zhí)行速度較高。(4)指令特色 PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡(jiǎn)單和代碼壓縮率高等優(yōu)點(diǎn)。(5)功耗低 由于PIC系列單片機(jī)采用CMOS結(jié)構(gòu)，使其功率消耗極低。(6)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) PIC系列單片機(jī)I/O端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)2025mA的負(fù)載，既能夠高電平直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED、光電耦合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅(qū)動(dòng)，這樣可以大大簡(jiǎn)化控制電路。(7)同步串行數(shù)據(jù)傳送方式可以滿足主控/從動(dòng)和主控總線要求。(8)應(yīng)用平臺(tái)界面友好，開發(fā)方便Microchip公司為用戶提供了周全的技術(shù)方案，不管是對(duì)初學(xué)者還是后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)，都提供了完善的硬件和軟件支持，包括各種檔次的硬件仿真器和編程器。(9)程序存儲(chǔ)器版本齊全Microchip公司提供的產(chǎn)品是一個(gè)單片機(jī)系列，可供選擇的存儲(chǔ)器類別和產(chǎn)品封裝工藝的形式較多，為產(chǎn)品的不同試驗(yàn)階段和不同應(yīng)用場(chǎng)合可提供一個(gè)全方位的選擇內(nèi)容和不同的性能檔次。 PIC16F72單片機(jī)管腳排列及功能定義圖35 PIC16F72單片機(jī)管腳圖（1）MCLR:清除（復(fù)位）輸入。其中MCLR為低電平時(shí)，對(duì)芯片復(fù)位；該管腳的電壓不能超過(guò)VDD，否則會(huì)進(jìn)入測(cè)試方式。（2）RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。電池欠壓信號(hào)：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)管腳3。轉(zhuǎn)把復(fù)位信號(hào)：由單片機(jī)的第4腳讀入剎車信號(hào)：剎車信號(hào)由單片機(jī)的第5腳讀入。（3）OSCOSC2：為振蕩器晶振。（4）RC0RC7：數(shù)字I/O（5）RB0RB7：數(shù)字I/O （6）VDD：+5V電壓輸入 PIC16F72單片機(jī)的功能特性(1)功能部件特性 帶8位AID轉(zhuǎn)換輸入 高驅(qū)動(dòng)電流，I/O腳可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管(LED)顯示每個(gè)I/O引腳最大灌電流25mA。每個(gè)I/O引腳最大拉電流25mA 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置I/O引腳 8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMRO，帶8位預(yù)分頻 有1路捕捉輸入/比較輸出/PWM輸出(CCP) 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMR 1，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 TMR2,帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器(2)微控制器特性 內(nèi)置上電復(fù)位電路(POR) 上電定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 斷電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以后時(shí)，使芯片保持復(fù)位，當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運(yùn)行 內(nèi)置自振式(RC振蕩)看門狗 程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 掉電保護(hù)電路 在線串行編程 PWM信號(hào)在PIC單片機(jī)中的處理改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法分為勵(lì)磁控制法(控制磁通)與電樞電壓控制法(改變電樞端電壓)。在眾多的電樞電壓控制方法中，脈寬調(diào)制 PWM( PulseWidth Modulation)技術(shù)因?yàn)樾栌玫拇蠊β士煽仄骷?、線路簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍寬、電流波形系數(shù)好、附加損耗小、功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛應(yīng)用。CCP(捕捉輸入/比較輸出//PWM輸出)模塊是PIC16F72芯片的重要組成部分，它有3種工作方式:捕捉方式、輸出比較方式和脈寬調(diào)制方式。當(dāng)處于脈寬調(diào)制工作方式時(shí)，可以在引腳輸出分辨率高達(dá)10位的PWM信號(hào)。用程序語(yǔ)句控制PWM信號(hào)的周期和高電平持續(xù)時(shí)間，從而控制電機(jī)電樞電壓，即可達(dá)到調(diào)速目的。 時(shí)鐘電路 如圖35所示，單片機(jī)的10腳外接16Mhz晶體。圖35 時(shí)鐘電路圖 復(fù)位電路如圖36所示，與單片機(jī)1腳外接圖36 復(fù)位電路圖 人機(jī)接口電路 轉(zhuǎn)把和剎車1 轉(zhuǎn)把圖37 轉(zhuǎn)把圖調(diào)速轉(zhuǎn)把是利用線性霍爾元件實(shí)現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場(chǎng)的線性變化而改變，將此電壓輸入給控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。如圖37所示，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。然后把這個(gè)電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個(gè)信號(hào)的大小進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制，從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。2 剎車圖38 剎車圖電動(dòng)自行車標(biāo)準(zhǔn)要求電動(dòng)車在剎車制動(dòng)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)切斷對(duì)電動(dòng)機(jī)的供電。因此電動(dòng)自行車閘把上應(yīng)該有閘把位置傳感元件，在捏制動(dòng)把時(shí)，將制動(dòng)信號(hào)傳給控制器，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。在電動(dòng)車實(shí)際使用當(dāng)中，普遍采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，平時(shí)常開，剎車時(shí)信號(hào)線對(duì)地短路作為剎車信號(hào)，即低電位剎車。同時(shí)也有少數(shù)高檔車采用霍爾元件做開關(guān)，剎車時(shí)輸出高電平給控制器，實(shí)現(xiàn)剎車斷電功能，即高電位剎車，也稱之為電子剎把。它的特點(diǎn)是可靠性高，但價(jià)格昂貴。 顯示電路本系統(tǒng)采用3個(gè)發(fā)光二極管作為面板指示燈，如圖所示。面板顯示電路主要由單片機(jī)的普通1/O口串行輸出，由串入并出芯片74LS164進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，采用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。面板顯示電路如圖39所示：圖39 面板顯示電路圖1 74LS164引腳圖74LS164為8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）圖310 74LS164引腳圖如圖310所示，當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（QA－QH）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng) A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下輸出為低電平。當(dāng) A、B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定輸出的狀態(tài)。 引出端符號(hào) CLOCK ：時(shí)鐘輸入端。 CLEAR ：同步清除輸入端（高電平有效）A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端。 QA－QH :輸出端。2 面板指示燈狀態(tài)定義面板指示燈狀態(tài)定義如表33表33 序 號(hào)功 能指示燈狀態(tài)1過(guò) 流過(guò)流時(shí)亮，否則滅2欠 壓欠壓時(shí)亮，否則滅3剎 車剎車時(shí)亮，否則滅 門陣列可編程器件GAL16V8 GAL16V8圖及引腳功能圖311 GAL16V8引腳功能圖表34 GAL16V8（門陣列可編程器件）引腳名稱及功能名 稱 功 能 I0I9 輸 入 F0F7 輸入/輸出I0/CK 時(shí)鐘輸入U(xiǎn)DD 電 源 GND 地 GAL器件是從PAL發(fā)展過(guò)來(lái)的，PAL器件的出現(xiàn)為數(shù)字電路的研制工作和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了很大的方便。但是，由于它采用的是雙極型熔絲工藝，一旦編程以后不能修改，因而不適應(yīng)研制工作中經(jīng)常修改電路的需要。 GAL有如下優(yōu)點(diǎn)：　　，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過(guò)100次；　　，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片GAL器件可以實(shí)現(xiàn)各種組態(tài)的PAL器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便；　　，保護(hù)了知識(shí)產(chǎn)權(quán)；　　——即電子標(biāo)簽的功能。GAL16V8主要是把驅(qū)動(dòng)順序信號(hào)和帶有各種控制信息的脈寬調(diào)制PWM信號(hào)綜合成六個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。按照霍爾器件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場(chǎng)的測(cè)量和控制?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1 MHz) ,耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕?；魻栭_關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高。此外，其工作溫度范圍寬，可達(dá)55 0C~150oC。1 在無(wú)刷直流動(dòng)機(jī)中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無(wú)刷直流電機(jī)的關(guān)鍵部件。它對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯變換后去控制開關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)?，保證電機(jī)連續(xù)工作。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。轉(zhuǎn)子位置傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為：輸出信號(hào)的幅值、精度，響應(yīng)速度，工作溫度，抗干擾能力，損耗，體積重量，安裝方便性以及可靠性等。其種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。其中最常用的有以下幾種：（1）霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場(chǎng)中，即輸出霍爾電勢(shì)信號(hào)，當(dāng)其不受外磁場(chǎng)作用時(shí)，其輸出端無(wú)信號(hào)。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機(jī)端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機(jī)軸同軸的永磁體。對(duì)于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無(wú)刷直流電機(jī)，三個(gè)霍爾元件在空間彼此相隔120176。電角度，永磁體的極弧寬度為180176。電角度。這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)霍爾元件便交替輸出三個(gè)寬度為180176。電角、相位互差120176。電角的矩形波信號(hào)。第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號(hào)即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號(hào)放大處理后便可驅(qū)動(dòng)逆變器工作。如圖312所示，霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可靠，但對(duì)工作溫度有一定要求，同時(shí)霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號(hào)電平太低，不能正常工作。因此，在對(duì)性能和環(huán)境要求不是很高的永磁無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合大量使用霍爾元件式位置傳感器。圖312 霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)（2）電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器的定子由磁芯、高頻激磁繞組和輸出繞組組成。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時(shí)，輸入和輸出繞組通過(guò)定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號(hào)，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。這種傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動(dòng)沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。電磁式位置傳感器輸出信號(hào)較大，一般不需要經(jīng)過(guò)放大便可直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，但此輸出電壓是交流，必須先整流。由于這種傳感器過(guò)于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。（3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由固定在定子上的幾個(gè)光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光板所組成。幾個(gè)光電耦合開關(guān)沿圓周均布，每只光電耦合開關(guān)由相互對(duì)著的紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。遮光盤處于發(fā)光二極管和光敏三極管中間，盤上開有一定角度的窗口。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電機(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使其不斷導(dǎo)通和截至，其輸出信號(hào)反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過(guò)放大后去驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管。光電式位置傳感器輕便可靠，安裝精度高，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)整方便，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，無(wú)位置傳感器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)展比較快。它省去了轉(zhuǎn)子位置傳感器，因而電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高。當(dāng)電機(jī)體積較小、位置傳感器難以安裝時(shí)或電機(jī)工作在惡劣環(huán)境中以致于位置傳感器工作的可靠性難以保證時(shí)，這種無(wú)位置傳感器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)更顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁時(shí)，永磁體的強(qiáng)磁場(chǎng)使得電機(jī)在較低速度時(shí)就可以檢測(cè)到電樞繞組反電動(dòng)勢(shì)，在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自同步運(yùn)行狀態(tài)切換，從而加快電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。2 霍爾器件在無(wú)刷直流電機(jī)中的應(yīng)用當(dāng)霍爾傳感器用作無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息檢測(cè)裝置時(shí)，將其安放在電機(jī)定子的適當(dāng)位置，霍爾器件的輸出與控制部分相連。當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)霍爾器件附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)令霍爾器件輸出一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)被送到控制部分，由控制部分發(fā)出信號(hào)使得定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定子繞組供電，從而產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極性相同的磁場(chǎng)，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子到下一位置時(shí)，前一位置的霍爾器件停止工作，下一位置的霍爾器件輸出電壓信號(hào)，控制部分使得對(duì)應(yīng)定子繞組通電，產(chǎn)生推斥場(chǎng)使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)，維持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 周邊保護(hù)電路 電流采樣及過(guò)電流保護(hù) 圖313 電流