【正文】 C05系列8位微控制器，因而可以說是它的增強(qiáng)該型版，其性能更好、功能更強(qiáng)、速度更高，是性價比很高的8位微控制器。采用Motorola單片機(jī)作為控制芯片的又一好處是,該芯片具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以簡化電路設(shè)計(jì)中的防干擾措施，降低控制器的整體成本。為了控制行車的速度，將車把信號接至單片機(jī)的A/D輸入端，經(jīng)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換處理后，改變驅(qū)動輸入端的PWM占空比，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。 本文以電動自行車的控制器為應(yīng)用背景，對控制器中以單片機(jī)為核心的控制裝置進(jìn)行了研究。第二章 論述了帶霍爾的無刷直流電機(jī)控制原理，對全橋驅(qū)動下二二導(dǎo)通，三相六狀態(tài)PWM調(diào)制方式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。第四章 給出了mc68hc908jl3這塊芯片的內(nèi)存分配和端口介紹，并結(jié)合設(shè)計(jì)本身，對設(shè)計(jì)中所要用的MCU內(nèi)部功能模塊(A/D、定時器)給予了敘述。第五章 列出了本次設(shè)計(jì)過程中，所遇到的硬件和軟件問題。 第二章 帶霍爾的無刷直流電機(jī)控制原理直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響：N=120．f / P。直流無刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。無刷直流電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下： 圖1—1從圖中可以看出，無刷直流電機(jī)的內(nèi)部主要由定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器、轉(zhuǎn)軸幾部分組成，其中電樞繞組安裝在定子上。一般采用位置傳感器來完成,由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后去驅(qū)動功率器件,控制相應(yīng)繞組電流的通、斷。位置傳感器也有相應(yīng)的兩部分,轉(zhuǎn)動部分和電動機(jī)本體中轉(zhuǎn)子同軸連接(轉(zhuǎn)動部分通常由電機(jī)轉(zhuǎn)子代替) ,固定部分與定子相連。圖1 中,當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子N 極位于A(a) 處,則傳感器a 元件感應(yīng)出信號,使功率晶體管V1 導(dǎo)通,A 相繞組中便有電流通過,設(shè)其方向?yàn)锳(流入) 、X(流出) ,便產(chǎn)生水平向左的定子磁場,與向上的轉(zhuǎn)子磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。如此反復(fù)循環(huán),電動機(jī)即可旋轉(zhuǎn)起來。電角度,因此三相繞組輪流通電時間也應(yīng)為每相120176。圖12無刷電機(jī)中定子繞組的連接方式有三相星型連接和三角形連接兩種。這里以典型的全橋驅(qū)動，三相星型連接方式來闡述無刷電機(jī)的控制方法。120度驅(qū)動的基本框圖如下：全橋驅(qū)動中即可以采用二二導(dǎo)通方式也可以采用三三導(dǎo)通方式，本課題中，我們采用全橋驅(qū)動下二二導(dǎo)通，三相六狀態(tài)PWM調(diào)制方式。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應(yīng)時間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率MOS管燒毀。此部份工作就由PWM來完成。以下給出以MC68HC90JL3為核心的控制框圖。MC68HC(9)08JL3是其中優(yōu)化了的、 低價位的產(chǎn)品，其中帶有括號中的9是Flash（快閃）式，無9是掩 　　膜型的。它采用全靜態(tài)設(shè)計(jì)，有WAIT、STOP指 令。MC68HC(9)08JL3價位低，因此它去掉了通常HC08單片機(jī)內(nèi)部的 鎖相環(huán)電路,外部采用最高為8MHz的振蕩器，故它的內(nèi)部總線 速度為2MHZMC68HC(9)08JL3使用08CPU較之05CPU的最大改進(jìn)在于堆棧指 針SP不再是固定的，它可以在64K尋址空間內(nèi)滾動，因而可以 使用C語言編譯器。MC68HC(9)08JL3有216三種封裝形式。20引腳封裝片去掉了兩路A/D和6位鍵盤 中斷。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電動自行車幾乎都用能多次充電的蓄電池作為能源，目前使用的有全封閉免維護(hù)鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、鎳氫電池、鋰電池、燃料電池等。電動自行車上將電池串聯(lián)成電池組安裝在專用的電池盒中，每個電池的容量通常為12安時（大的有18安時）?？刂破麟娐分行枰獌煞N電壓：+15V和+5V。所以電源電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是從+36V蓄電池電壓中獲得+15V和+5V兩種電壓。7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路 　　,TO220 封裝，能提供多 種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。帶散熱片時，輸出電流可達(dá) 1A。主要特點(diǎn)：輸出電流可達(dá) 1A 輸出電壓：5V 過熱保護(hù) 短路保護(hù) 輸出晶體管 SOA 保護(hù)。由于7815與7805的輸入電壓和電流都有一定的限制，為避免造成穩(wěn)壓器的輸入電壓、電流過大，在輸入端串入100歐小功率的電阻，這樣可以起到分壓和限流的作用。此外，7815的輸入端還串入了一個二極管，利用二級管的單向?qū)щ娞匦?，可以避?36V電源電壓極性接反而造成穩(wěn)壓器損壞的故障。主電路的電子開關(guān)管采用采用二二導(dǎo)通的控制方式，即在任一瞬間使兩個N溝道MOSFET開關(guān)管同時導(dǎo)通，這種工作方式稱作兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)工作方式，在二二導(dǎo)通工作方式下，開關(guān)管的導(dǎo)通順序應(yīng)為：VT1,VT2→VT2,VT3→VT3,VT4→VT4,VT5→VT5,VT6→VT6,VT1。每隔60176。電角度。上述全橋電路中使用了6個功率場控制器件，功率場控制器件泛指一切用電壓信號控制工作電流的電力電子器件。與各種雙極型電力電子器件相比，功率MOSFET從原理到性能都有很多獨(dú)特之處。專用驅(qū)動集成電路的體積小、外圍電路簡單、可靠、應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)中采用高壓集成驅(qū)動電路IR2103來驅(qū)動同一橋臂的上下兩個MOSFET管。IR2103的典型連接圖如下：MOS管用于高頻高速電路，大電流場合。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。利用IR2103外圍自舉電容和反向二極管可以得到足夠的短路電流去驅(qū)動NMOS管。反向二極管的選擇則要求在高端打開時，其反向漏電流必須足夠小，以維持自舉電容兩端的壓差。IR2103的外形圖及功能框圖：IR2103外形圖IR2103功能框圖IR2103的輸入/輸出時序圖從時序圖中可以看出：當(dāng)HIN為高電平時，輸出端HO為高電平，對應(yīng)著同一橋臂中上面的功率管導(dǎo)通。而當(dāng)HIN為高電平，LIN為低電平時，輸出端HO和LO均為低電平，即不會出現(xiàn)同一橋臂上下兩管同時導(dǎo)通的現(xiàn)象保證了系統(tǒng)的安全性。無刷電機(jī)中常用的位置傳感器有以下幾種：電磁式傳感器 光電式傳感器 霍爾式位置傳感器。目前，無刷電機(jī)內(nèi)部使用較多的位置傳感器是霍爾式位置傳感器。利用霍爾式位置傳感器工作的無刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，同時也是霍爾式傳感器的轉(zhuǎn)子。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差?；魻栃?yīng)原理如下圖所示：霍爾效應(yīng)原理UH=Rh*I*B/d,其中RH——霍爾系數(shù)；I——通過的電流；B——垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d——導(dǎo)體的厚度?；魻柤呻娐肥腔魻栐c電子線路一體化的產(chǎn)品，它是由霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償電路和穩(wěn)壓電路利用集成電路工藝技術(shù)制成的。按輸出方式可分為線性型和開關(guān)型，常用開關(guān)型霍爾集成電路作為傳感元件，它的外形像一只普通晶體管，如下圖所示：集成電路原理圖如下：二、位置傳感器的放置常用的三相無刷直流電機(jī) 　　一般有3個位置傳感器，輸出波形有2種：一種是相位差為60176。電角度，圖a2對六拍換相方式進(jìn)行了描述并給出霍爾傳感器輸出信號的對照圖。Hall A（HA）、Hall B（HB）和Hall C（HC）用于檢測相對于R、Y 和B 繞組的轉(zhuǎn)子位置。每一個360 電角度周期將被分為6 個60 度電角度區(qū)間，在每一個60 度電角度區(qū)間中，一相繞組將被驅(qū)動為高電平，第二相則被驅(qū)動為低電平而第三相則將不通電。通過讀入霍爾傳感器狀態(tài)，使用軟件方式可方便實(shí)現(xiàn)六拍換相算法。其轉(zhuǎn)子與電機(jī)主轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，以指示電機(jī)主轉(zhuǎn)子的位置，既可以直接利用電動機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子，也可以在轉(zhuǎn)軸其他位置上另外安裝永磁