基于单片机的电动自行车设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的电动自行车设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

而得到广泛应用。 在使用时必须注意： (VI)和 (Vo)之间的关系，该三端稳压器的固定输出电压是，而输入电压至少大于 7V，这样输入 /输出之间有 2－ 3V及以上的压差。 使调整管保证工作在放大区。 但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼辽宁石油化工大学继续教育学院论文 8 顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不至于功耗偏大。 另外一般在三端稳压器的 输入输出端接一个 二极管 ，用来防止输入端短路时 ,输出端存储的电荷通过稳压器而损坏器件。 图 32 三端稳压器的典型接法 图 32是应用 78L05输出固定电压 VO的 典型电路图。 正常工作时，输入、输出电压差应大于 2～ 3V。 电路中接入电容 C C2是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。 C3是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。 D是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器 C3一个放电通路，防止 C3两端电压作用于调整管的 be结，造成调整管 be结击穿而损坏。 控制电路 控制电路设计 控制电路选用 LPC933作为控制器，内部存在 A/D转换器，可与外部 +5V电压连接。 选通 ADCO通道 ()作为电 压输入接口 ,晶振采用外部 12MHZ晶振。 电路图如图 33所示。 图 33 控制电路 图 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 9 单片机 （ 1） 主控制器的选择 LPC933单片机 是一款单片封装的微控制器，适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。 LPC933采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2到 4个时钟周期。 6倍于标准 80C51器件。 LPC933集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本。 LPC933单片机 是一个基于 80C51内核的高速 低功率单片机，主要集成了字节方式的 IC总线接口、 UART通信接口、 A/D转换器、 ISP\IAP在线编程等一系列有特色的功能部件。 所以本设计中选用了 LPC933单片机。 （ 2） 单片机介绍 LPC933单片机作为主控制器所做的工作为：接收经过 A/D转化的控制信号、将控制信号转化为 PWM方波并输出、检测速度传感器送来的脉冲信号、计算自行车车速并输出给显示电路、检测车速。 下面就所用到的功能对单片机进行介绍 （ 1） 单片机的内部结构 P89LPC933器件有一个 A/D。 每个 A/D转换器包含 4个结果寄存器。 六种操作模式，分别有－固定通道， 单次转换模式－固定通道，连续转换模式－自动扫描，单次转换模式－自动扫描，连续转换模式－双通道，连续转换模式－单步模式，本实验选固定通道，单次转换模式。 根据需要本实验选择单个输入通道进行转换。 执行单次转换并将转换结果存放到所选输入通道对应的结果寄存器中 定时器触 发启动定时器 0溢出时启动一次 A/D转换。 一旦转换过程被启动，其它的定时器 0触发操作均无效，直至转换过程结束。 立即启动 编程为该模式将立即启动一次转换。 立即启动模式适用于所有 A/D工作模式。 边沿触发 由 来启动 A/D转换。 一旦转换过程被启动，其它的边沿触发操作均无效，直至转换过程结束。 边沿触发启动模式适用于所有 A/D辽宁石油化工大学继续教育学院论文 10 工作模式。 该单元有以下特性： 16位定时器，并可在溢出时重装 16位值 4个比较 /PWM输出，可选择极性 对称 /非对称 PWM选择 7个中断（ 1个溢出、 2个捕获和 4个比较）使用同一个中断向量，通过映像寄存器进行安全的 16位读写。 2路捕获输入，带有事件计数器和数字噪声滤波器 四个输出比较通道 A、 B、 C和 D分别通过 4个 16位寄存器 OCRAH： OCRAL，OCRBH： OCRBL， OCRCH： OCRCL和 OCRDH： OCRDL进行控制。 每个输出比较通道在进行操作之前都必须使能。 设置捕获比较 x控制寄存器 CCCRx(x=A,B,C,D)中的 OCMx1： 0位可使能不同的输出比较类型。 当使能一个比较通道时，用户必须将相应的 I/O口设置为所需要的输出类型（注：作为比较通道输出时，管脚 ， ， 1）。 当 TH2： TL2的内容和 OCRxH： OCRxL相匹配时， TIFR2中的定时器输出比较中断标志 TOCFx置位。 该位的置位发生在出现比较的下一个CCUCLK周 期。 如果 EA和定时器输出比较中断使能位 TOCIE2x（位于 TICR2寄存器中）以及 IEN1中的 ECCU位都已置位，程序计数器将指向相应的中断。 用户可通过软件写入 “ 0” 将其手动清零。 CCCRx中的两个位，输出比较 x模式位 OCMx1和 OCMx0对匹配发生时所采取的动作进行选择。 即使中断被禁止，所使能的比较动作仍然会发生。 为了产生比较输出，比较值必须在 CCU 定时器的计数范围之内。 当比较通道使能时， I/O口（必须配置为输出）将会连接到一个由比较逻辑控制的内部锁存。 该锁存的值在复位后为 0，可通过激活一个强制的比较 来改变。 强制比较的产生是通 过置位 CCCRx中的强制比较 x输出位 FCOx实现的。 当 OCMx1/OCMx0对 I/O口进行设置后，向 FCOx位写入 1将使相应的 I/O口产生一个跳变，但不会产生中断。 在基本定时器操作模式中，读取 FCOx位总是为 0（注：该位在 PWM模式中有不同的功能）。 当输出比较管脚使能，连接到比较锁存时，比较管脚的状态保持不变，直到发生比较事件或强制比较为止。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 11 PWM操作有两种主要的模式：对称和非对称。 这两种定时器工作模式通过向TMOD21:TMOD20写入 10H或 11H进行选择。 在非对称 PWM 操作中， CCU 定时器按照递减计数模式操作，与 TDIR2 的设定无关。 该情况下， TDIR2 的值读出总是为 1。 在对称模式中，定时器交替递增 /递减计数并且 TDIR2的值无效。 该模式与基本定时器操作的主要区别在于比较模块的操作。 该模块在 PWM模式中用于 PWM波形的产生。 表 52所示为 PWM模式中比较管脚的状态。 用户必须将输出比较管脚配置为输出状态以使能 PWM输出。 与基本定时器操作一样，当 PWM（比较）管脚连接到比较逻辑时，它们的逻辑状态保持不变。 但是，有一点不同：由于 FCO位用于保持停止的值，因此只有比较事件才能改变管脚的状态。 （ 2） P89LPC932单片机特性 ，其速度为标准 80C51器件的 6倍。 只需要较低的时钟频率即 可达到同样的性能，这样无疑降低了功耗和 EMI；操作电压范围为 ～。 I/O口可承受 5V(可上拉或驱动到 )； 256字节 RAM数据存储器。 512字节附加片内 RAM。 16位定时 /计数器，每一个定时器均可设置为溢出时触发相应端口输出或作为 PWM输出；捕获 /比较单元 (CCU)提供 PWM，输入捕获和输出比较功能； 2个模拟比较器。 可选择输入和参考源；增强型 UART。 具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址识别和 通用的中断功能。 I2C通信端口； 8个键盘中断输入，另加 2路外部中断输入； 4个中断优先级。 使用片内上电复位时不需要外接元件。 复位计数器和复 位干扰抑制电路可防止虚假和不完全的复位。 另外还提供软件复位功能。 (掉电检测 )可在电源故障时使系统安全关闭。 该功能也可配置为一个中断；可配置的片内振荡器及其频率范围和 RC振荡器选项 (通过用户可编程Flash配置位选择 )。 选择 RC振荡器时不需要外接振荡器件。 振荡器选项支持的频率范围为 20KHz～ 12MHz。 可选择 RC振荡器选项并且其频率可进行很好的调节。 I/O口输出模式：准双向口，开漏输出，推挽和仅为输入功能；端口“输入模式匹配”检测。 当 P0口管脚的值与一个可编程的模式匹配或者不匹配时，辽宁石油化工大学继续教育学院论文 12 可产生一个中断。 施密特触发端口输入；所有口线均有 20mA的 LED驱 动能力。 但整个芯片有一个最大值的限制 (见 DC特性 )。 EMI，输出最小转换时间约为 10ns；最少 23个 I/O口 (28脚封装 )，选择片内振荡和片内复位时可多达 26个 I/O口；当选择片内振荡及复位时， LPC932只需连接电源和地。 串行 Flash编程可实现简单的在线编程。 2个 Flash保密位可防止程序被读出；Flash程序存储器可实现在应用中编程。 这允许在程序运行时改变代码；空闲和两种不同的掉电节电模式。 提供从掉电模式中唤醒功能 (低电平中断输入唤醒 )。 驱动电路 驱动电路设计 驱动电路如图 34所示。 图 34 驱动电路图 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 13 通过逻辑组件 CMOS处理产生 T1T4导通、 T1T6导通、 T3T6导通、 T3T2导通、T5T2导通、 T5T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在 A+B、 A+C、 B+C、 B+A、C+A、 C+B上，这样转子每转过一对 NS极， T1T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。 每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动 60176。 电角度，转子跟随定子磁场转动相当于 60176。 电角度空间位置，转子 在新位置上，使位置传感器 U、 V、 W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进 60176。 电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。 无刷直流电动机 （ 1） 无刷直流电动机的选择 电机是电动自行车的心脏，是关键部件，电机要适应频繁起动，频繁变速又考虑到薄形安装特点，目前大都采用盘式结构，同时为了适应道路使用和环境特点，电机通常设计成全封闭结构形式，具有可靠防护性能。 从当前市场上销售的电动自行车看主要是用直流永磁印制绕组电机和直流无刷电机， 印制绕组电机关键是印制转子的制造工艺，而且需引进部分设备如转子片叠好后外圆点和内孔点的氩弧焊点焊机。 一旦转子工艺突破，该电机的批量生产即不成问题了。 直流无刷电机存在质量可靠性问题，控制器较复杂成本较高，这些问题一旦解决推广使用则更广。 总之上述二种电机用于电动自行车是较为理想的。 鉴于 电动车对电动机的基本要求 ，本设计采用 永磁无刷直流电动机。 能 永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。 它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。 加之，它采用永磁体转子，没有励磁 损耗：发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机既有一般直流电机良好的调速起动性能，又具有 寿命长，没有换向火花，没有无线电干扰，运行可靠，维修简便 及噪声低等优点。 此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。 永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。 辽宁石油化工大学继续教育学院论文 14 典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢。