基于ATmega8的新型电动自行车调速控制系统设计
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:580
摘要：介绍了一种以avr单片机atmega8为主控芯片的新型电动自行车调速控制系统的设计方案给出了系统的硬件构成和软件设计方法。实验证明：该系统性能可靠、成本较低，是一种实用的无刷直流电动机调速系统。
关键词：atmega8；无刷直流电动机；调速控制系统
１ 引言
当前，随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨无污染、能源可多样化配置的新型交通工具引起了人们的普遍关注，同时也得到了极大的发展，电动自行车便是其中之一１。它以蓄电池发出的电能作为驱动能源，以电动机作动力，具有无废气污染、“零排放”、无噪音、轻便美观等特点特别适合在人口较集中的大中城市中使用。但目前市场上的电动自行车还存在着一些不够完善的地方，尤其是电机控制方面有待于进一步提高。本文根据无刷直流电机的原理，利用美国ａｔｍｅｌ公司２００２年推出的一款新型ａｖｒ高档单片机ａｔｍｅｇａ８作为主控芯片设计了一种无刷直流电机调速控制系统，该系统具有硬件结构简单、软件设计灵活、适用面广、价格低廉等优点具有一定的实用价值。
２ atmega8芯片简介
ａｔｍｅｇａ系列单片机承袭了ａｖｒ系列中ａｔ９０所具有的特点 并增加了更多的接口功能 而且在省电性、稳定性、抗干扰性及灵活性方面都更加周全和完善。ａｔｍｅｇａ８属于ａｔｍｅｇａ系列单片机(ａｔｍｅｇａ１６／ａｔｍｅｇａ３２／ａｔｍｅｇａ６４／ａｔｍｅｇａ１２８)的一个子集, 其内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路, 并且在软件上能有效支持ｃ高级语言及汇编语言。
ａｔｍｅｇａ８是一款采用低功耗ｃｍｏｓ工艺生产的基于ａｖｒ ｒｉｓｃ(精简指令集)结构的８位单片机。ａｖｒ单片机的核心是将３２个工作寄存器和丰富的指令集连接在一起, 所有的工作寄存器都与ａｌｕ(算术逻辑单元)直接相连, 可在一个时钟周期内用一条指令同时访问(读写)２个独立的寄存器。这种结构可提高代码效率,使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，故可达到将近１ｍｉｐｓ／ｍｈｚ的性能, 运行速度比普通单片机高出１０倍。ａｔｍｅｇａ８的主要性能特点如下:
(１)高性能、低功耗的８位ａｖｒ微控制器。采用先进的ｒｉｓｃ精简指令集结构；有１３０条功能强大的指令, 大多数为单周期指令；内含３２个８位通用工作寄存器；工作在１６ｍｈｚ时指令处理速度为１６ｍｉｐｓ。
(２)片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。８ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器的 可擦写次数大于１００００次；５１２个字节ｅ２ｐｒｏｍ的擦写次数至少可达１０００００次；支持在线编程(ｉｓｐ)和在应用编程(ｉａｐ)；带有可编程的程序加密位。
(３)丰富强大的外部接口。带有２个带预分频的８位定时／计数器、１个带预分频的１６位定时／计数器；３个ｐｗｍ 通道可实现任意１６位以内相位和频率可调的ｐｗｍ 脉宽调制输出；６通道ａ／ｄ转换；一个ｉ２ｃ串行接口、一个可编程的ｕｓａｒｔ接口、一个支持主／从、收／发的ｓｐｉ同步串行接口；带片内ｒｃ振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器。
(４)具有特殊的微控制器性能。内含可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路；芯片内部和外部共有１８个中断源；５种休眠模式(空闲、ａｄｃ噪声抑制、省电、掉电、待命)。
３ 系统硬件设计
整个系统主要包括转子位置检测电路、测速电路、调速电路、ｍｏｓｆｅｔ全桥电路、限流电路等，图１所示是其原理框图。其中无刷直流电机由电动机本体、转子位置检测器和电子开关电路三部分组成。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置检测器可随时检测转子的位置，并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止，从而实现电子换向。
３．１ 转子位置检测电路
本设计中的无刷直流电动机有２对磁极定子绕组采用三相型接法３个霍尔位置传感器的空间间距为６０°即电角度为１２０°。３个霍尔传感器的输出ｈ１、ｈ２、ｈ３分别直接接到ａｔｍｅｇａ８的２６、２７、２８脚，运用这三个脚的数模转换功能(ａｄ
摘要：介绍了一种以avr单片机atmega8为主控芯片的新型电动自行车调速控制系统的设计方案给出了系统的硬件构成和软件设计方法。实验证明：该系统性能可靠、成本较低，是一种实用的无刷直流电动机调速系统。
关键词：atmega8；无刷直流电动机；调速控制系统
１ 引言
当前，随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨无污染、能源可多样化配置的新型交通工具引起了人们的普遍关注，同时也得到了极大的发展，电动自行车便是其中之一１。它以蓄电池发出的电能作为驱动能源，以电动机作动力，具有无废气污染、“零排放”、无噪音、轻便美观等特点特别适合在人口较集中的大中城市中使用。但目前市场上的电动自行车还存在着一些不够完善的地方，尤其是电机控制方面有待于进一步提高。本文根据无刷直流电机的原理，利用美国ａｔｍｅｌ公司２００２年推出的一款新型ａｖｒ高档单片机ａｔｍｅｇａ８作为主控芯片设计了一种无刷直流电机调速控制系统，该系统具有硬件结构简单、软件设计灵活、适用面广、价格低廉等优点具有一定的实用价值。
２ atmega8芯片简介
ａｔｍｅｇａ系列单片机承袭了ａｖｒ系列中ａｔ９０所具有的特点 并增加了更多的接口功能 而且在省电性、稳定性、抗干扰性及灵活性方面都更加周全和完善。ａｔｍｅｇａ８属于ａｔｍｅｇａ系列单片机(ａｔｍｅｇａ１６／ａｔｍｅｇａ３２／ａｔｍｅｇａ６４／ａｔｍｅｇａ１２８)的一个子集, 其内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路, 并且在软件上能有效支持ｃ高级语言及汇编语言。
ａｔｍｅｇａ８是一款采用低功耗ｃｍｏｓ工艺生产的基于ａｖｒ ｒｉｓｃ(精简指令集)结构的８位单片机。ａｖｒ单片机的核心是将３２个工作寄存器和丰富的指令集连接在一起, 所有的工作寄存器都与ａｌｕ(算术逻辑单元)直接相连, 可在一个时钟周期内用一条指令同时访问(读写)２个独立的寄存器。这种结构可提高代码效率,使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，故可达到将近１ｍｉｐｓ／ｍｈｚ的性能, 运行速度比普通单片机高出１０倍。ａｔｍｅｇａ８的主要性能特点如下:
(１)高性能、低功耗的８位ａｖｒ微控制器。采用先进的ｒｉｓｃ精简指令集结构；有１３０条功能强大的指令, 大多数为单周期指令；内含３２个８位通用工作寄存器；工作在１６ｍｈｚ时指令处理速度为１６ｍｉｐｓ。
(２)片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。８ｋ字节的ｆｌａｓｈ程序存储器的 可擦写次数大于１００００次；５１２个字节ｅ２ｐｒｏｍ的擦写次数至少可达１０００００次；支持在线编程(ｉｓｐ)和在应用编程(ｉａｐ)；带有可编程的程序加密位。
(３)丰富强大的外部接口。带有２个带预分频的８位定时／计数器、１个带预分频的１６位定时／计数器；３个ｐｗｍ 通道可实现任意１６位以内相位和频率可调的ｐｗｍ 脉宽调制输出；６通道ａ／ｄ转换；一个ｉ２ｃ串行接口、一个可编程的ｕｓａｒｔ接口、一个支持主／从、收／发的ｓｐｉ同步串行接口；带片内ｒｃ振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器。
(４)具有特殊的微控制器性能。内含可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路；芯片内部和外部共有１８个中断源；５种休眠模式(空闲、ａｄｃ噪声抑制、省电、掉电、待命)。
３ 系统硬件设计
整个系统主要包括转子位置检测电路、测速电路、调速电路、ｍｏｓｆｅｔ全桥电路、限流电路等，图１所示是其原理框图。其中无刷直流电机由电动机本体、转子位置检测器和电子开关电路三部分组成。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置检测器可随时检测转子的位置，并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止，从而实现电子换向。
３．１ 转子位置检测电路
本设计中的无刷直流电动机有２对磁极定子绕组采用三相型接法３个霍尔位置传感器的空间间距为６０°即电角度为１２０°。３个霍尔传感器的输出ｈ１、ｈ２、ｈ３分别直接接到ａｔｍｅｇａ８的２６、２７、２８脚，运用这三个脚的数模转换功能(ａｄ
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