【文章內(nèi)容簡介】 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。電池控 制 器電動(dòng)機(jī)車輪 電動(dòng)輪充電器或圖 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）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，各種類型的車輛對上述要求也各有側(cè)重，在設(shè)計(jì)時(shí)要針對具體情況并注意它們之間的相互匹配。 MCS51 單片機(jī)簡介 MCS51系列單片機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(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、只讀存儲器、隨機(jī)存取存儲器、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805875803僅在于片內(nèi)程序儲存器。8051為4KBROM，8751為4KBEPROM，8031片內(nèi)無程序儲存器，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，~12MHz（3）片內(nèi)帶128B的數(shù)據(jù)存儲器（4）片內(nèi)帶4KB的程序存儲器（5）程序存儲器的尋址空間為64KB（6）片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間為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、PPP3（10）兩個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器（11）兩個(gè)優(yōu)先級別的五個(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)存儲器(RAM)：MCS51內(nèi)部有128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（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）程序存儲器(ROM)：MCS51共有4K字節(jié)程序存儲器（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。（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、PPP3)，用于對外部數(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，從而可實(shí)現(xiàn)二級中斷嵌套；每一個(gè)中斷源的優(yōu)先級可用程序設(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) 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（在型號中間加一“C”字作為識別，如80C380C587C51）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。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O接口的情況下，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。對于52子系列，：；。：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請求輸入端）INT1 （外部中斷1請求輸入端） 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)存儲器寫通信號輸出端）RD （片外數(shù)據(jù)存儲器讀通信號輸出端）表12 P3口第二功能4．控制線ALE/PROG:ALE為CPU訪問外部程序存儲器或外部數(shù)據(jù)存儲器提供一個(gè)地址鎖存信號，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，即在對片內(nèi)Flash存儲器編程時(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輸出，該信號也有上述頻率（震蕩頻率f的六分之一）出現(xiàn)，所以一般可用作對外輸出的時(shí)鐘脈沖信號。不過在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，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。對于片內(nèi)含可擦除可編程只讀存儲器的機(jī)型，在編程期間，此引腳用作編程脈沖PROG的輸入端口。PSEN：片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間，PSEN信號將不出現(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)，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+），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：片外程序存儲器選用端。該引腳有效（低電平）時(shí)只選用片外程序存儲器，否則計(jì)算機(jī)上電或者復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲器。對于片內(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)對外呈三總線形式。由PP0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、INTT0、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