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1、毕业设计（论文）报告题 目 基于PSoC单片机的电动自行车控制器的设计系 别专 业班 级学生学 号指导教师2012年 4 月基于PSoC单片机的电动自行车控制器的设计摘要：电动车以零污染、高效率、低噪音等特点被认为是真正的“绿色交通工具”,而电动汽车受到电动机、电池的限制,批量进入市场还有一定的难度,电动自行车却可以得到迅速的发展。电动自行车的主要性能取决于电池、电动机和控制器,无刷直流电动机是电动自行车的主要部件。基于PSoC CY8C24533的电动自行车控制器，利用其模拟、数字和路由资源使整个系统只用一个PSoC芯片便实现了上述的所有控制功能，因此无需任何外围芯片，外围元件的数目也相应减
2、少。这充分体现了SoC的优势，同时芯片的资源也得到了充分有效的利用。由于CY8C24533的模拟、数字和路由等资源也是可编程的，其使设计工程师的智慧和创意得到更多体现的同时，也使电动自行车控制器的性能得到更多的提升。关键词：电动自行车、控制器、PSoC、无刷直流电机Design of electric bicycle based on PSoC microcontrollerAbstract:Electric vehicles with zero pollution, high efficiency, low noise characteristics is considered to be
3、the real green transport, while the electric car is limited by motor power, battery, volume entering the market there is difficulty, electric bicycles can be quicklydevelopments. The electric bicycle performance depends on the battery, motor and controller, brushless DC motor is the main components
4、of the electric bicycle.The whole system is only a PSoC chip to achieve all of the above control function based on the PSoC CY8C24533 electric bicycle controller, analog, digital and routing resources, and therefore does not require any peripheral chips, the number of external components is also a c
5、orresponding reduction. This fully demonstrates the advantage of the SoC chip resources have been fully and effectively use. CY8C24533s analog, digital, and routing resources are also programmable, so that the wisdom and creativity of the design engineers to be more embodied at the same time, electr
6、ic bicycle controller performance is more improved.KeyWords:Electric bikes、Controller、PSoC、 brushless DC motor目录前言1第一章 PSoC可编程片上系统31.1可编程片上系统(Programmable System-on-Chip, PSoC)31.2 PSoC的部资源3第二章 智能控制器的功能和总体方案设计721 控制器功能介绍72.2系统总体方案设计7第三章 智能控制器硬件方案设计103.1 PSoC开发环境介绍103.1.1 PSoC开发环境103.1.2 与传统单片机系统设计方案
7、的比较103.2电动自行车智能控制器123.2.1电源电路123.2.2 触发电路123.2.3 过流保护电路133.2.4 欠压保护电路143.2.5霍尔传感器检测电路143.2.6助力153.2.7逆变电路163.2.8转把电路163.2.9调速刹车电路173.3电动车自行车控制器系统183.4PWM输出18第四章 系统软件设计204.1 程序整体流程图224.2具体软件设计方案234.2.1 电机调速方案234.2.2 电机与控制器保护方案244.2.3欠压保护方案254.2.4 刹车控制方案25第五章 计中遇到的问题与解决方法275.1 设计中遇到的问题275.2 绘制原理图中遇到的问
8、题27第六章 结论29辞30参考文献31附录32附录1电动车控制器图32附录2 PCB图33附录3 源程序34前言电动车作为一种新型的代步工具，已经实实在在地为人民群众所接受。尤其是在当前油价飞涨、摩托车牌照发放受限，汽车的梦想可望而不可即的情况下，电动车越来越受到老百姓的青睐。在中国这样一个“自行车王国”，电动车的市场空间是值得期待的。业人士预测，未来几年，电动车的容量几乎相当于自行车的市场容量，全国4.5亿辆自行车用户中至少有3亿的用户将成为电动车的用户。随着电动车市场趋向成熟，无刷电机电动车逐渐占据了80以上的市场份额，无刷电机控制器也在不断的技术进步中被广大用户所喜爱，并且将会不断地推
9、出新，以丰富的功能来适应市场的变化。本课题是用PSOC芯片控制电动自行车，PSOC芯片控制无刷直流电动机用于电动自行车，既可以完成一系列个性化定制，又可以减小产品的体积和成本、降低系统设计周期。PSOC由基本的CPU核和预设外围部件组成，就是在一个专有MCU核周围集成PSOC块，利用芯片部可编程互列阵列，可以有效地配置芯片上的模拟和数字电路资源，达到可编程片上系统的目的。无刷直流电动机智能控制器基于PSOC片上系统。改进以前传统微处理器，具有更多的功能，性更强。随着现代社会可持续发展战略的深入人心，环境和能源问题越来越引起人们的重视。由于燃油车辆产生大量的废气和噪声污染，因而被零污染、高效率和
10、宁静的新型电动车代替已成为一个不可逆转的趋势。与燃油机相比，电动车具有节能、可均衡电网高峰与低谷期的负荷以与可消除空气污染和降低城市噪音，且能源广泛（可来自火力、煤炭、石油、天然气 、水力、风力、地热、潮汐、原子能发电）等众多优点，电动车的研究已成为世界各国的研究热点之一。电动自行车自从20世纪80年代发明以来经历了一个漫长的发展过程，在20世纪90年代的道路上曾经出现过电动自行车，但由于很多技术并没有过关以与交通管理上的一些问题，逐渐在马路上消失了。当时主要的问题是电源没过关，那时的电动自行车使用的电源是汽车用的铅酸蓄电池，维护非常麻烦，除了要与时充电外，还要经常换蒸馏水，而且电池体积重量都
11、很大。到了最近，电源问题得到较好的解决，于是电动自行车就得到了迅速的发展。电动自行车有很多的优点，它不像汽车、摩托车那样有废气与噪音污染，速度低、易于驾驶，一般只要会骑自行车，用不了一个小时就能掌握电动自行车的操作，因此特别适合妇女与老人的使用。从上世纪60年代至今，电动车的开发主要经历三个发展阶段：1、20世纪90年代以前，蓄电池电动车以蓄电池作为系统的动力源。2、90年代起，复合型电动车蓄电池系统和燃油系统相互配合使用的电动车，这种车由电动机和汽油发动机联合驱动。与燃油车和纯电动车相比复合车既显著降低了排放，提高了燃油效率，又能在保持高速和远程行使方面取得较大突破。由于并非真正的零排放车辆
12、，所以复合车通常被视为电动汽车发展过程中的过渡性产品。3、燃料电池电动车，燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的“电池”，它不是蓄电池，而是“发电厂”，这种电池的使用，能提高起能量密度，但不具备回收电能的功能。国的电动车发展也很迅速，20世纪90年代初，国家计委、国家科委就曾为此专门立项，中国电工技术学会电动车辆研究会早在1987年就已成立，电动汽车项目科技部已列入“九五”国家重大科技产业项目，各个研究课题已全面起动，并己取得阶段性成果。电动自行车，无论是从技术，还是从市场来讲，都有比较广阔的发展前景。首先：电动自行车在技术上比较成熟，价格也较低，更为大多数厂家和用户接受。其次：与电动汽
13、车相比，电动自行车是一种更加灵活、方便的中短途交通工具，尤其适合于没有驾驶执照的老人和未成年人。再次：电动自行车对路况要求较低。亚洲城市街道拥挤，人们上下班路程较短，这种“停停走走”的交通状况尤其适合于电动自行车。此外：电动自行车还兼有运动和健身的功能，很适合于休息娱乐用，因此即使将来电动汽车风行起来，电动自行车市场也不至于衰退。电动自行车已经达到200-300万辆，全世界已达600万辆。前景非常乐观。第一章 PSoC可编程片上系统1.1可编程片上系统(Programmable System-on-Chip, PSoC)由美国赛普拉斯半导体公司（Cypress Semiconductor）倡导
14、并推出的完全基于通用IP模块，由可编程选择来构成产品SoC的设想，并把单片机的发展从MCU推动到SoC的新阶段。这种可编程的SoC取名为可编程片上系统（PSoC）,由基本的CPU核和预设外围器件组成，就是在一个专有MCU和周围集成了（PSoC）模块（可配置的模拟和数字外围器件阵列），利用芯片部可编程互联阵列，可以有效地配置芯片的模拟和数字电路资源，达到可编程片上系统的目的。同传统的MCU相比较，从根本意义上讲PSoC系列是一种微控制器，而且是一种可编程片上系统微控制器，它的出现使设计者逐步摆脱了板级电子系统设计方法层次而进入芯片级电子系统设计，减少了单片机的品种和规格，同时更有利于新品开发和升
15、级换代。与同种价位的普通单片机比较，其丰富的部资源、新颖的设计界面、灵活的设计方式、简单的编程技巧都使其极具特点。PSoC完全不同于以往的传统的微处理器。PSoC开发者不需要自己构建ADC,DAC和其他外围设备，可以通过PSoC的配置性进行资源调配，而且PSoC为控制器成功的引入动态可重新配置功能，真正实现在线可编程，由此可见，一个PSoC微控制器就能代替多种类型的单片机。1.2 PSoC的部资源PSoC微处理器CY8C2129系列器件使用强大的8位哈佛结构处理器核（M8C CPU Core）,它具有独立的程序存储器和数据存储器总线，处理器速度可达24MHz。拥有丰富的M8C架构指令，并可进行
16、I/O和存上的操作。此外系统提供便捷的寻址方式。CPU核具有完善的快速乘加能力，PSoC系列所有处理器中都有一个乘法器/加法器(MAC)。MAC系统中作为一个独立的组件，并映射到特定的寄存器地址空间，由输入寄存器和输出寄存器，能执行带符号的88乘法运算和32位的加法运算。只要把数据传送到输入寄存器在下一个指令周期，在输出寄存器就能得到运算结果。寄存器加速存数据交换，大大提高了处理数据的速度。CYPRESS MICROSYSTEMS INC生产的PSOC是新一代功能强大的8位可配置微控制器。PSOC器件集成有模拟和数字逻辑电路可编程模块、一个快速8位MCU 16KB闪存、256字节SRAM以与乘法器/累
