目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 控制器方案 2
1.3 本课题的研究背景与设计内容 3
1.4范文的结构 3
第二章 带霍尔的无刷直流电机控制原理 4
第三章 控制器的硬件方案设计 7
3.1 总体实现方案 7
3.2 MC68HC908JL3单片机简介 8
3.3 系统硬件设计 10
3.3.1 电源电路 10
3.3.2 控制器主电路 11
3.3.3 驱动电路设计 12
3.3.4 位置传感器的选择及安放 15
3.3.5 调速控制 18
3.3.6 检测电路的设计 18
3.3.7 系统控制示意图 20
3.3.8 硬件设计中的抗干扰措施 20
3.4本章小节 22
第四章 控制器的软件设计 23
4.1 控制器的主程序结构 23
4.2 HC08的内存分配 24
4.3振荡器 25
4.4 控制器中所用到的片内模块 26
4.4.1定时器接口模块(TIM) 26
4.4.2 ADC转换模块 28
4.5 ADC相关寄存器设置初始化 31
4.6 端口和时钟寄存器的初始化 31
4.7 霍尔信号的查询与绕组的换相 32
4.8 中断程序 32
4.8.1 过流与欠压保护中断子程序 32
4.8.2 刹车中断子程序 33
4.9 电机堵转检测 33
第五章 设计中遇到的问题及其解决 35
结 论 37
致 谢 38
第一章 绪 论
1.1 引言
电动自行车作为一种环保型交通工具，以其便捷、噪声低、污染少等优点，一经推出就备受广大消费者的喜爱。目前市场上出现的电动自行车按照骑行方式可分为两类：一类为电动车，即骑行者不需自己用力，只要接通电源，电动自行车上的电机即能工作而带动自行车行。我国生产的电动自行车大多数属这一类型，通常这类车又分为两种驱动方式：一种为磨擦驱动方式，即电机转动时主动轮磨擦自行车的轮胎或轮箍驱动自行车运动，上海“永久倍特”就是这种驱动方式；一种为直接驱动型，电机与自行车轮箍连为一体，两轴同心。这种电机一般采用高科技的稀土电机，电机外壳为转子，如南京“大陆鸽”、苏州“小羚羊”都属这一类。还有一类为助力型，电动机的工作只是减少脚踏阻力，清华大学研制的一种电动自行车和台湾省巨大公司昆山分公司生产的新一代“捷安特”Ｌafree电动车就属于这一种，这种电动车在国外称之“智”行车，这种车集人力和电力为一体，介于电动车和脚踏车之间，骑行者用力踏车时电机提供助力，助力的大小通过一智能型传感器传给控制器中的电脑芯片，由电脑芯片“指挥”电机施加多大的力而进行控制，助力与人力的比例可进行调节，人力越大，助力越大，骑行者不加力则电机不工作。我们现在使用较多的电动车就属于上面所说的第一类，应用于该类的电机又有无刷和有刷之分。有刷和无刷是指电机的换相方式，普通的直流电机就是一种有刷电机，它是电刷与换相器之间通过机械接触来进行换相的。而无刷电机是通过传感器（一般指霍尔传感）来检测绕组的位置，从而控制相应绕组的导通情况。与有刷电机相比，无刷电机避免了机械接触与磨损，提高了电机寿命，减少了维修费用。此外，无刷电机在运行时不会像有刷电机那样产生电火花，对电动车上的仪表造成干扰。随着电动车控制器成本的大大降低，采用无刷电机作为驱动电机已经成为各大电动车厂商的首选，其中广泛采用的是一种无电刷带位置传感器的三绕组直流电机。为了能够降低控制器的成本，使其有较高的性价比，本文档设计提出采用Motorola的mc68hc908jl3作为电动自行车的控制器。
1.2 控制器方案
无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor）由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。它的定子绕组多做成三相对称星形接法，转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器，负责检测转子磁极的位置信号，控制器接收位置传感器信号，以一定的导通顺序触发功率器件，从而将电源以一定的逻辑顺序分给各相绕组，使电机产生连续转矩。所以设计无刷电机控制器的关键是根据位置传感器的信号来控制相应绕组的通断及其通断时间。除此之外，控制器还应具有转速调节，过载过流保护及显示等功能。MC68HC(9)08JL3是MC68HC08家族中高性能、低价位的一员。内含4096字节闪速存储器(Flash)，128字节RAM，同时带有看门狗，可防止程序跑飞，大大提高系统的抗干扰能力。它的片内资源也较丰富，其片内的TIM（定时器接口模块）是一个双通道的定时器，具有输入捕捉、输出比较和脉宽调制（PWM）功能。有一个8位的12路ADC转换器。因此MC68HC(9)08JL3可选作为电动车控制器的主控芯片。
1.3 本课题的研究背景与设计内容
自20世纪70年代起，由于大规模集成电路技术的不断进步，将微处理器、存储器和外围设备集成到一块芯片上，开始了单片机（Single-chip Microcomputer）的时代。之后，单片机的CPU和指令系统功能不断加强，存储器容量显著提高，外围I/O部件的品种逐渐增多、数量逐渐增大，有的包含了A/D等特殊I/O部件，性价比大大提高，使单片机广泛应用于高级家用电器、复杂时实控制系统、智能仪表、智能玩具及各类高科技产品中，且经久不衰。
Motorola公司的M68HC08向上兼容了先前的M68HC05系列8位微控制器，因而可以说是它的增强该型版，其性能更好、功能更强、速度更高，是性价比很高的8位微控制器。采用此种类型的单片机作为电动车的控制器，能够大大简化无刷电机控制电路的设计，对电动车运行时重要参数进行监控，实现控制的智能化，提高系统的整体性能。采用Motorola单片机作为控制芯片的又一好处是,该芯片具有较强的抗干扰能力，可以简化电路设计中的防干扰措施，降低控制器的整体成本。
本设计的具体方法为：Mc68hc908jl3单片机通过检测霍尔传感器中传来的信号，将驱动信号送至驱动芯片Ir2103的输入端，然后由IR2103驱动相应的MOS功率管。为了控制行车的速度，将车把信号接至单片机的A/D输入端，经内部A/D转换处理后，改变驱动输入端的PWM占空比，从而实现电机的调速。此外，保护电路中的信号均送至单片机进行判读和处理，然后执行对应的保护动作或不动作。
1.4范文的结构
本文以电动自行车的控制器为应用背景，对控制器中以单片机为核心的控制装置进行了研究。全文共分五章，各章的主要内容
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