【正文】 型08CPU，并配以各種I/O模塊和不同大小及類型的存 儲(chǔ)器，組成不同的單片機(jī)系列。電機(jī)定子繞組軸向示意圖如圖2所示：第三章 控制器的硬件電路設(shè)計(jì)第三章 控制器的硬件方案設(shè)計(jì) 總體實(shí)現(xiàn)方案電動(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)過載保護(hù)、電機(jī)過熱保護(hù)及控制器過流保護(hù)等。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長短。過程圖如下所示：功率MOS管的導(dǎo)通順序可舉例如下：AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。按照位置傳感器安裝的電角度劃分又可分為60度和120度的。驅(qū)動(dòng)方式可以是全橋驅(qū)動(dòng)，也可以是半橋驅(qū)動(dòng)。因?yàn)楣β示w管的導(dǎo)通和截止是通過位置傳感器傳感信號(hào)來控制的,所以傳感器的位置和三相繞組位置之間必須有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng),在電機(jī)安裝時(shí)應(yīng)加以注意。由于傳感器元件安裝位置為空間互差120176。當(dāng)N 極旋轉(zhuǎn)至B(b) 處,b 元件輸出信號(hào)使晶體管V2 導(dǎo)通而其余關(guān)斷,B 相繞組通過電流,同樣產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩,當(dāng)磁極旋轉(zhuǎn)至C(c) 處,其動(dòng)作過程與前兩處相同。如圖1—2所示,在電動(dòng)機(jī)裝配過程中,首先調(diào)整好位置傳感器的三個(gè)信號(hào)元件(a 、b、c) 與電機(jī)定子三相繞組(AX ,BY,CZ) 之間的相對(duì)位置,使得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)到定子某相繞組下時(shí),該相繞組才導(dǎo)通,以保證轉(zhuǎn)子磁極下的繞組導(dǎo)體電流方向始終保持一致。與有刷直流電動(dòng)機(jī)不同,無刷直流電動(dòng)機(jī)的永久磁鋼磁極安放在轉(zhuǎn)子上,而電樞繞組安裝在定子上。要使得無刷電機(jī)正確運(yùn)行起來，關(guān)鍵是要確定磁極與繞組之間的相對(duì)位置關(guān)系。也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。同時(shí)給出了解決這些問題的方法。同時(shí)還給出了相關(guān)模塊的寄存器、端口初始化程序和欠壓、過流、電機(jī)堵住檢測(cè)保護(hù)的子程序。第三章 對(duì)控制器的硬件電路中各單元電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)各電路的作用進(jìn)行了相關(guān)介紹。全文共分五章，各章的主要內(nèi)容 　　如下：第一章 談?wù)摿俗孕熊嚨陌l(fā)展現(xiàn)狀，提出了電動(dòng)自行車的控制器設(shè)計(jì)方案。此外，保護(hù)電路中的信號(hào)均送至單片機(jī)進(jìn)行判讀和處理，然后執(zhí)行對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作或不動(dòng)作。本設(shè)計(jì)的具體方法為：Mc68hc908jl3單片機(jī)通過檢測(cè)霍爾傳感器中傳來的信號(hào)，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)送至驅(qū)動(dòng)芯片Ir2103的輸入端，然后由IR2103驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的MOS功率管。采用此種類型的單片機(jī)作為電動(dòng)車的控制器，能夠大大簡(jiǎn)化無刷電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)，對(duì)電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)控制的智能化，提高系統(tǒng)的整體性能。之后，單片機(jī)的CPU和指令系統(tǒng)功能不斷加強(qiáng)，存儲(chǔ)器容量顯著提高，外圍I/O部件的品種逐漸增多、數(shù)量逐漸增大，有的包含了A/D等特殊I/O部件，性價(jià)比大大提高，使單片機(jī)廣泛應(yīng)用于高級(jí)家用電器、復(fù)雜時(shí)實(shí)控制系統(tǒng)、智能儀表、智能玩具及各類高科技產(chǎn)品中，且經(jīng)久不衰。因此MC68HC(9)08JL3可選作為電動(dòng)車控制器的主控芯片。它的片內(nèi)資源也較豐富，其片內(nèi)的TIM（定時(shí)器接口模塊）是一個(gè)雙通道的定時(shí)器，具有輸入捕捉、輸出比較和脈寬調(diào)制（PWM）功能。MC68HC(9)08JL3是MC68HC08家族中高性能、低價(jià)位的一員。所以設(shè)計(jì)無刷電機(jī)控制器的關(guān)鍵是根據(jù)位置傳感器的信號(hào)來控制相應(yīng)繞組的通斷及其通斷時(shí)間。 控制器方案無刷直流電機(jī)（Brushless Direct Current Motor）由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著電動(dòng)車控制器成本的大大降低，采用無刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)已經(jīng)成為各大電動(dòng)車廠商的首選，其中廣泛采用的是一種無電刷帶位置傳感器的三繞組直流電機(jī)。與有刷電機(jī)相比，無刷電機(jī)避免了機(jī)械接觸與磨損，提高了電機(jī)壽命，減少了維修費(fèi)用。有刷和無刷是指電機(jī)的換相方式，普通的直流電機(jī)就是一種有刷電機(jī)，它是電刷與換相器之間通過機(jī)械接觸來進(jìn)行換相的。還有一類為助力型，電動(dòng)機(jī)的工作只是減少腳踏阻力，清華大學(xué)研制的一種電動(dòng)自行車和臺(tái)灣省巨大公司昆山分公司生產(chǎn)的新一代“捷安特”Ｌafree電動(dòng)車就屬于這一種，這種電動(dòng)車在國外稱之“智”行車，這種車集人力和電力為一體，介于電動(dòng)車和腳踏車之間，騎行者用力踏車時(shí)電機(jī)提供助力，助力的大小通過一智能型傳感器傳給控制器中的電腦芯片，由電腦芯片“指揮”電機(jī)施加多大的力而進(jìn)行控制，助力與人力的比例可進(jìn)行調(diào)節(jié)，人力越大，助力越大，騎行者不加力則電機(jī)不工作。我國生產(chǎn)的電動(dòng)自行車大多數(shù)屬這一類型，通常這類車又分為兩種驅(qū)動(dòng)方式：一種為磨擦驅(qū)動(dòng)方式，即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主動(dòng)輪磨擦自行車的輪胎或輪箍驅(qū)動(dòng)自行車運(yùn)動(dòng)，上?！坝谰帽短亍本褪沁@種驅(qū)動(dòng)方式；一種為直接驅(qū)動(dòng)型，電機(jī)與自行車輪箍連為一體，兩軸同心。免費(fèi)畢業(yè)論文基于Motorola單片機(jī)的電動(dòng)自行車控制器的設(shè)計(jì)(一) 　　目 錄第一章 緒 論1 引言1 控制器方案2 本課題的研究背景與設(shè)計(jì)內(nèi)容3第二章 帶霍爾的無刷直流電機(jī)控制原理4第三章 控制器的硬件方案設(shè)計(jì)7 總體實(shí)現(xiàn)方案7 MC68HC908JL3單片機(jī)簡(jiǎn)介8 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10 控制器主電路11 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)12 位置傳感器的選擇及安放15 調(diào)速控制18 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)18 系統(tǒng)控制示意圖20 硬件設(shè)計(jì)中的抗干擾措施20第四章 控制器的軟件設(shè)計(jì)23 控制器的主程序結(jié)構(gòu) 23 HC08的內(nèi)存分配24 控制器中所用到的片內(nèi)模塊26(TIM)26 ADC轉(zhuǎn)換模塊28 ADC相關(guān)寄存器設(shè)置初始化31 端口和時(shí)鐘寄存器的初始化31 霍爾信號(hào)的查詢與繞組的換相32 中斷程序32 過流與欠壓保護(hù)中斷子程序32 剎車中斷子程序33 電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)33第五章 設(shè)計(jì)中遇到的問題及其解決35結(jié) 論37致 謝38第一章 緒 論 引言電動(dòng)自行車作為一種環(huán)保型交通工具，以其便捷、噪聲低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)推出就備受廣大消費(fèi)者的喜愛。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的電動(dòng)自行車按照騎行方式可分為兩類：一類為電動(dòng)車，即騎行者不需自己用力，只要接通電源，電動(dòng)自行車上的電機(jī)即能工作而帶動(dòng)自行車行。這種電機(jī)一般采用高科技的稀土電機(jī)，電機(jī)外殼為轉(zhuǎn)子，如南京“大陸鴿”、蘇州“小羚羊”都屬這一類。我們現(xiàn)在使用較多的電動(dòng)車就屬于上面所說的第一類，應(yīng)用于該類的電機(jī)又有無刷和有刷之分。而無刷電機(jī)是通過傳感器（一般指霍爾傳感）來檢測(cè)繞組的位置，從而控制相應(yīng)繞組的導(dǎo)通情況。此外，無刷電機(jī)在運(yùn)行時(shí)不會(huì)像有刷電機(jī)那樣產(chǎn)生電火花，對(duì)電動(dòng)車上的儀表造成干擾。為了能夠降低控制器的成本，使其有較高的性價(jià)比，本畢業(yè)設(shè)計(jì)提出采用Motorola的mc68hc908jl3作為電動(dòng)自行車的控制器。它的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器，負(fù)責(zé)檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)，控制器接收位置傳感器信號(hào)，以一定的導(dǎo)通順序觸發(fā)功率器件，從而將電源以一定的邏輯順序分給各相繞組，使電機(jī)產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩。除此之外，控制器還應(yīng)具有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，過載過流保護(hù)及顯示等功能。內(nèi)含4096字節(jié)閃速存儲(chǔ)器(Flash)，128字節(jié)RAM，同時(shí)帶有看門狗，可防止程序跑飛，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。有一個(gè)8位的12路ADC轉(zhuǎn)換器。 本課題的研究背景與設(shè)計(jì)內(nèi)容自20世紀(jì)70年代起，由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，將微處理器、存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備集成到一塊芯片上，開始了單片機(jī)（Singlechip Microputer）的時(shí)代。Motorola公司的M68HC08向上兼容了先前的M68H