MOTOROLA 8位单片机硬件开发平台研究
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MOTOROLA 8位单片机硬件开发平台研究,motorola,单片机,硬件,开发,平台,研究,钻研
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分类号 密级 U D C 学士学位论文 位单片机 硬件 开发平台研究 学位申请人： 李光 学科专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 唐小琦 论文答辩日期 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 A of CUs : 30074 P. R. 2005 摘要 控制器自问世以来，被广泛用于工业、农业、商业、军工、医疗、通信、化工、材料等几乎所有国民经济领域，特别是在家电、耐用消费品等人民生活领域占据了广泛的市场。 本文主要讨论了 单片机的特性和功能，对 单片机硬件平台做了一般的分析和研究，并选取了其中用于控制电机的 8 位单片机 其主要性能和功用做了介绍。 并 给出了 片机的一个应用实例，即在汽车电动助力转向系统（ 的控制系统中的应用，简单介绍了其硬件结构及应用原理。 关键词： 单片机， 件， a is of at s to to of a to a by to as to its to an of is in 录 1 绪论 . 4 片基本概念 . 4 片简介及全球市场 . 4 中国 场概略 . 6 开发手段 . 9 课题意义 . 10 2 硬件平台结构 . 11 列单片机 . 11 系列简介 . 11 位 命名方法 . 11 列微控制器的主要特点 . 12 芯片选择及其硬件结构 . 12 片特性 . 12 要接口结构于功能分析 . 14 输入输出 I/O 接口 . 14 口 . 15 异步串行通信接口（ . 15 A/D 转换器（ . 17 定时器（ . 17 3 用实例 汽车电动助力转向系统） . 18 述 . 19 工作原理 . 21 制系统的硬件设计 . 21 制电路设计 . 23 片机控制电路 . 23 入信号的电路设计 . 24 形的发生 . 26 统初始化 . 28 4 致谢 . 30 5 参考文献 . 31 1 绪论 片基本概念 微控制器在国内有个更通俗的名字 单片机。 单片机一词源于英文的 为单片微计算机。计算机是由三大部分组成的：中央处理器 (作 存储器 ，包括随机存储器和只读存储器 输入输出接口I/O 。单片机指的是把这三部分做在一片集成电路芯片上。单片机一词最早出现在七十年代后期，后来在国际上逐渐被 词所替代，意为用于控制目的微机。从英文看， 词比单片机 ( 英文是三个词 ) 更简捷、更确切地描述了事物的本质。所以单片机一词在国际上已用得很少。而汉语中，单片机的叫法似更简捷通俗，以至一些学术机构，例如单片机学会就采 用了单片机的叫法，一时不宜更改。本书为同国际上的叫法一致，还是称之为微控制器，简称为 片简介 及全球市场 现代化离不开微控制器，人民生活也离不开微控制器。在日常生活方面，洗衣机、电 冰箱、空洞器、电短促、电视机、音响、影碟机、照相机、游戏机、电话机、 内部都至少有一片微控制器。就个人计算机而言，它的 486、 586而它的 键盘 、鼠标器等里面都有一片微控制器。便携机的液晶屏、普通 的彩色监视器里面也都有一片微控制器。 在汽车 上，除发动机的控制要用微控制器外，电动门窗、可升降座持、安全空气囊、防 抱死系统 (防盗报警器、可移动通信设备等都要用到微控制器。 在办公自动化方面，复印机、打印机、绘图仪、传真机等都是微控制器应用的例子。 在工业界，智能化仪表，机器人，生产过程的自动控制，任何温度、压力、流量的测量与控制都离不开微控制器。医疗仪器与机械、农业、化工、军事、航天等各个领域也都离不开微控制器。 日本 司日前公布了微控制器（ 场 2004 年全球销售额排名。第 1 到第 3 位仍是 2003 年 那些老面孔。第 1 位是获得 场份额的日本瑞萨科技。在 4 位、16 位及 32 位 品中均确保全球第一的市场份额对此做出了贡献，并且拉大了与排名第 2 位的美国飞思卡半导体（ 2004 年市场份额为 和第 3 位的 子（ 2004 年市场份额为 之间的差距。日立制作所与三菱电机的联手效应继续显现，在白色家电、数字民用产品、手机和电脑外设等各种用途均拥有较高的市场份额。不过，在汽车领域情况却不容乐观。 2004 年在汽车类 场上， 子、 富士 通、飞思卡尔半导体、德国英飞凌科技夺去了瑞萨科技的部分市场份额。 2004 年全球 场排名第 4 位的是英飞凌科技公司。由于其汽车类 品的市场份额获得了增长，因此比 2003 年的第 5 位上升了一位。 2004 年全球 场的第 5 位是松下电器产业，由去年的第 4 位下滑了一位。 司分析说： “ 这是由于其在 品类 场上的份额被台湾瑞丽（ 走了。 表 1 和表 2 是对未来几年的市场预测 表 1 表 2 中国 场概略 市场规模稳步增长 在出口强劲增长及内需市场不断扩大的拉动下，我国传统家电及小家电等消费电子产业迅猛发展，用于消费电子产品的 场也取得了长足进步。赛迪顾问公司调查表明， 2002年我国消费电子 场总销量为 块，较 2001 年增长 销售额 元，较 2001 年的 元增长 图 1)。 中国的家电产品远销美国、欧盟及东南亚市场。 2001 年中国影碟机出口 3475 万台，是国内市场销量的 多， 2002 年我国影碟机的出口量超过 4000 万台。另外中国数码相机、出口量也 在逐步增长。家电产品大量出口国际市场是国内消费电子 场高速增长的一个重要因素。随着各类消费电子产品的持续高速发展，未来我国消费电子 场仍然有巨大的发展潜力。 低端 求量大 由于我国小家电、电子玩具、电子照明、电子表等低端消费电子产量很大，因此 4 位我国消费电子 场中的份额最高。 8 位 要应用在彩电、电冰箱、洗衣机以及空调等传统家电中，我国是传统家电的生产大国，其市场份额也很高。我国网络彩电、网络冰箱、机顶盒、可视电话等信息家电产业还未完全兴起， 16 位和 32 位以上的 高端 场中的比例不大。 赛迪顾问公司调查表明， 2002 年我国消费电子 总销量中， 4 位 到 总消费电子 售量的 8 位 以 块占总规模的 16位及 32 位 销售数量则还有限，销量 7500 万块左右 . 数字电视及汽车电子将成为 场新的增长点 在传统家电及小家电产业的带动下，我国消费电子 场蓬勃发展，同时，以机顶盒、 投电视、液晶电视、等离子电视为代表的新型消费电子产业的逐渐兴起将成为消费电子 场新的增长点。 数字电视的发展前景最为引人注目。国家相关政府主管部门已经制定了我国数字电视长远规划： 2005 年全国 1/4 的电视台将发射和传输数字电视信号； 2010 年我国计划全面实现数字广播电视； 2010 年东部相对发达地区将普及数字电视； 2015 年停止模拟电视的播出；2015 年以前数字广播电视推广至中西部地区。 2005 年中国数字电视接收机和机顶盒的年产量将从 2002 年的不到 100 万台增至 1500万台。中国彩电巨头也都制定了战略计划，争相打出 数字 牌在市场上抢占地盘。仅 仅是全国电视机更新换代，电视机生产企业就可获得年数百亿元的订单，以 代表的半导体行业也将从中受益。 外一个需求亮点来自我国汽车产业的蓬勃发展。在汽车中，电动门窗、电子打火、发动机控制、安全气囊以及音响设备都用到 2003 年我国汽车产量将达到 380 万辆，其中轿车的产量 150 万辆。同年汽车电子市场将拉动 到 1670 万块，较 2002 年增长 场需求将逐渐增多 发展历经掩膜 个阶段。掩膜 密性差， 由家电制造商自己批量烧录，成为目前市场的主流产品。掩膜 活性差，程序一经掩膜或烧录便不可改变。 对于消费电子厂商来说，做到迅速响应市场变化和降低成本至关重要。能够对售出产品进行升级，并根据市场需要增加新的产品特性，为售出产品进行增值服务，是消费电子厂商未来的发展方向。因此，在 主流的今天， 借上万次的擦写操作脱颖而出。利用 商可对产品进行软件升级，根据市场需求增加新的产品特性，延长了产品寿 命。随着价格日渐接近 品， 始逐渐为消费电子厂商采用。下一步 在工作电压、可编程次数以及器件密度上不断改进，打入机顶盒、卫星天线、电视机、音响等更广阔的空间。未来几年 场将逐渐取代成为市场主流。 中国 场发展提速 近年来，中国以长江三角洲、珠江三角洲以及京津唐地区为核心的电子制造业规模不断壮大，以长虹、海尔、联想为代表的本土电子厂商发展迅速。中国电子产业的高速增长为中国 场提供了良好的发展空间。 随着中 国本土电子厂商的崛起以及全球范围内的电子厂商持续将制造环节向中国转移，2003 年中国 场需求出现较大增长。赛迪顾问调查表明， 2003 年中国 块，较 2002 年的 块增长 销售额达到 元，较 2002 年的 132亿元增长 从中国 场应用结构来看，由于中国消费电子产业规模巨大，消费电子成为 2003 年中国消费电子领域对 需求量达到 块，占 市场销量的 销售额达到 元，占 场总销售额的 我国台湾厂商持续将鼠标、键盘、显示器等为代表的计算机外设产品生产线移向祖国大陆，形成较大的产业规模，因而对 成很大的需求。 2003 年中国计算领域 销售量 块，销售额达到 元，分别占总市场的 包括仪器仪表、工业 疗电子系统控制等在内的工业控制领域的 量较少，仅为 块，占总市场的 销售额则因该领域的 为高端，元，占总市场的 在网络与通信领 域除了普通电话机所使用的 为低端以外，其他网络与通信产品所使用的大多为 16 位及 32 位高端 此虽然 2003 年中国通信领域 销量仅为 市场销量的 而销售额则达到 元，占中国 销售额的 其他领域则包括办公设备、汽车电子等产品。 2003 年该领域的 量为 块，市场销售额达到 元，占 市场的 厂商格局呈现多元化特点 在中国 商结构中，欧美、日本半导体厂商占据高端市场主力地位，而我国台湾 半导体厂商以及祖国大陆半导体厂商则在低端应用市场具有一定的价格优势。 在彩电、冰箱、洗衣机等家电市场以及 顶盒、 数码消费电子领域仍然是及 厂占据主要份额。例如在彩电市场，厂商通过整合解码芯片的单芯片解决方案取得主要市场份额。及 汽车电子领域占有绝对优势地位。在空调、冰箱等领域， 借在 及 方面的技术优势，推 出集成 的 品，取得较高的市场份额。 与此同时，我国台湾的凌阳、华邦、盛群、义隆等半导体厂商凭借价格优势在微波炉、电风扇等小家电市场取得很高的市场份额，同时在计算机外设以及数字消费电子产品也逐渐形成了较强的竞争力。另外，杭州士兰、深圳国威、中电华大等 商近年来发展迅速，取得不小的进步，在普通电话机、遥控器、电子玩具等低端应用方面占有一定的市场份额。 数字电视及汽车电子 将成为新的增长点 未来几年，中国数字电视及机顶盒、汽车电子发展潜力较大，将成为中国 场新的增长 点。 中国数字电视产业的发展与政府政策密切相关。截至 2003 年底，广电总局共批准了 38个城市和 3 个省为数字电视试点省市。随着数字电视试点的逐步完成，中国数字电视标准将逐步确定，未来几年中国数字电视产业将出现高速增长的势头。赛迪顾问预测， 2004 年到2008 年中国对数字电视机、高清晰电视以及机顶盒的需求量将达到 6000 万台。 汽车电子是 场另外一个高成长领域。 2003 年中国汽车产量达到 辆，预计 2004 年的产量将突破 500 万辆。另外，随着中国汽车产业的蓬勃发展，不仅带动汽车数量 的增加，还拉动对高性能汽车电子的需求。中国汽车产业高速发展将为 场带来新的发展契机，未来几年包括动力传动系统、底盘电子控制系统、车身电子控制系统以及汽车信息通信系统在内的中国汽车电子市场对 形成很大的需求空间，成为中国 场另一大热点。 开发手段 简单的 统，可以采用 反复写 方法来开发。这要求开发者对该类 别熟悉，且系统比较简单。 使用仿真器是开发 一种方法，特别是对只有单片工作方式的 串行 口与仿真器串行口相联。仿真器伸出一只与 仿真头，插到被开发的系统 在位置上。在 上编程，然后将程序下载到仿真器上。通过仿真头调试目标板。调试完成后，将程序写到一片 去，把仿真头换下来。 几十个系列一百多个品种。为每一类 购置一套仿真器显然是不能承受的。 对于总线也以扩展的 使用存储器可扩展的微控制器，将 分扩展到面来，对于 部没有的 I/O 功能模块也用扩展方式加进去，在样机研制完成以后再用不可扩展型的 出产品。 把 展到外面来以后开发工作就容易做了。一个办法是先写一个监控程序，建立一个调试环境，直接在目标板上调程序。另一个办法是使用 真器。使 进行调试。 在 术用于 内以后，监控程序法已不需要在总线外面扩以 和上述监控程序法在原理上没有什么不同，只是更方便、更快捷、更便宜。 课题意义 随着信息化社会和知识经济的发展，单片机的应用渗透到各行各业，越来 越引起人们的重视。单片机控制着当今大多数的电子设备、家用电器与机器设备。单片机的身影无处不在的存在于工业控制、消费电子、计算机及周边产品、通信和办公设备等领域。而据预测，到2010 年，一个成年人每日会接触到 351 个单片机。毫不夸张的说，我们生活在一个单片机的世界里。 单 片机已 经 被广泛的用于社会各行 业 ，并且随着 时间 的推移，相 关 技 术 愈来愈成熟。控制器自问世以来，被广泛用于工业、农业、商业、军工、医疗、通信、化工、材料等几乎所有国民经济领域，特别是在家电、耐用消费品等人民生活领域占据了广泛的市场。 而 用于 电 机控制 ，由于它的高性能，低功耗，推出后短短一年就 获 得广泛运用。 本 课题 正是通 过对 单 片机的原理的研究 、分析，了解并初 步 掌握 机原理，掌握仿真机的使用， 开发 最小系 统 从而在 对单 片机硬件的分析、安装和 调试 ，以及 应 用 实 践上，不断加深理解和 积 累 经验 。并 针对 司的 处 理器的内部 结 构及 编 程特点，作了相 应 的移植。最后，提出 该 系 统 的 进 一 步优 化和改 进 的方案 。 2 硬件平台结构 列单片机 系列简介 司的叫 t 微控制器的产量一直居世界第一位，约占整个国际市场的 1 3 左右。 1999 年推出的新一代 8 位微控制器 用了 o 35艺，具有速 度快 (8线速度 )、功能强、功耗小及价格低等优点，特别是带有闪速存储器 有更高的性能价格比。图 21 是 司 列微控 制器产品发展图 田 2 1 列徽 控制器产品发展图 位 命名方法 1、 量不保证，用于测试的器件； 量保证的正规产品； 限质量保 证，用于性能评估的器件 2、由于历史原因， 产品都冠以 68 3、速度 /供电电压： H高速； C L 、片内存储器类型： 7 8 9 、 型： 08 6、系列及系列号： X系列； L系列号 7、 量： 36 36K 字节 、适用 温度范围： (0 到 70 度 )； C ( 85 度 )； M (125 度 ) 9、封装形式 列微控制器的主 要 特点 列微控制器的主要特点 (1)采用模块化设计，各种不同型号微控制器由不户所需的微控制器。 (2)含片内监控 R()M，为用户提供了在线编程及在线调试等功能。 (3)具有特色的 代片内 价格低于相同容量的 微控制 器 (4)具有锁相环电路、可以使用 32kH z 的晶振产生 8MH z 的总线速度，大大降低 下扰。 （ 5） 上兼容， 不 同之处主要是 变址寄存器由 8 位变为 16 位； 堆栈指针 6 位变为 16 位； 程序计数器 为 16 位； 增 加 8 种寻址方式和 78 条指令。 芯片选择及其硬件结构 片特性 我们选择了 的 是一款专门用于控制电机的一款 面是 方的芯片介绍和性能指标说明 ，以及框图 ： 介绍 68位 单片机中的一员， 位单片机是基于 客户 - 指定的集成电路 (设计策略的。这个系列的所有单片机都是使用扩展型的 和不同的组件，存储器容量，型号，以及封装类型。 公司的 位 单片机，常用的内部总线频率为 8部有 8支持在线调试方式。它内部还有 12位 6通道的 以编程决定输出的 式或者中心对齐方式；一个 以进行串口通讯； 2个 16位的定时器模块，每个模块还具有 2路独立的输入捕捉和输出比较通道； 8路复用的 I/10位 7通道的 下面是 系统框图 图 统框图 脚图 下面的所显示的分别是 32 针的 28 针的 装方式 图 脚图 要接口结构于功能分析 输入输出 I/O 接口 由三个平行端口的得出： 十四个双向的输入输出口 (I/O)，两个输入，和六个输出口 。 当 用 28 针封装时，数据指针寄存器将存储在 ，如 6， 5， 4是写在逻辑 1（ 连同任何其他的输出一起）。设置 数据指针寄存器 6， 5， 4 将在缓存区里结束 下图是 I/图 。作为 6 路独立的 出的 号有边沿对齐和中心对齐两种方式， 在图 出了 结构图。 6个 道都是 12 位的， 输出的 号有边沿对齐和中心对齐两种方式，这是由定时器中计数器的计数方式决定的。当其工作于加 1 计数方式时，输出边沿对齐的 形；工作于加减 1 计数方式时，输出中心对齐的 形 。 主要作用是输出波形从而实现控制，一般用于控制电机。 图 统框图 异步串行通信接口（ 异步串行通信接口模块 (用途是能实现诸如 232、 485等类能使用异步串行通信规程的通信，员主要的是用于和其他计算机的 数据传输。 t (1)全双工高速非归零通信； (2)独立式发送和接收操作； (3)可编程波特率： (4)硬件奇偶校验 (； (5)噪声检测 (。 功能结构框图如图 示。 图 块图 功能有： （ 1） 统功能 标准不 归零格式； 全双工操作，发送器和接收器分别有独立的允许位； 软件预置 32 种波特率之一； 软件选择数据字长 (每字 8 或 9 个位 )； 用中断驱动，有 4 个分立的中断条件。 （ 2） 收器功能 接收器唤醒功能（空闲线或地址位）； 空闲线探测标志 错误检测标志 帧错误、噪声、溢出检测； 接收数据寄存器满标志。 （ 3） 送器功能 发送数据寄存器空标志； 发送完成标志； 在发送过程中 时可以中止发送行为。 A/D 转换器（ S/H）的 10位模数转换模块，有多达 7个的模拟输入通道（ 它每次要转换的通道都可通过编程来选择。 换结束后的数值结果保存在该通道相应的结果寄存器中。 功能描述： 根据封装方式而定 ,达到七个类比数位转换器波道是可得的为抽取样品在接口 外部来源 :了要达到最好的可能准确度 , 当是模数转换（ A/D)时，这些接口只当作输入口。一个模拟混合器允许单独的 个。 转换完成， 并且设定一个标志或产生一个中断。 如 图 图 定时器 （ 定时器的核心是一个 16 饺计数器，该计数器的计数频率由外部晶振时钟 (也可以是 由锁相环模块得到的总线时钟 )经过预定的分频因子分领得到，相互独立的定时器可以使 用不同的分频因子。同一个定时器的所有动作都以经过这个分频的频率作为参考，所以 相互之 间有确定的关系，从微控制器的角度看，真正的时间间隔被这个自由运行的定时 计数所代替。在任何时候可以通过读取计数器的读数而判断经过了多长时间。 使用预置计数功能可以得到精确的攫出时间，可以在任何时候暂停或消除计数器的 计数。通过定时器的攫出功能可以进行长时间的定时。 定时器具有定时攫出、输入捕捉、插出比较、 冲撞出、 接存储器访问 等功能。定时器的多种功能可以应用于多个场合。如利用输入捕捉铡量脉宽、 a 量频率， 利用输出比较输出特定的波形、宣接输出脉宽调制波。另外，使用插入捕扼配合钻 出比较 来输出同步波形或延时。 图 时器框图 从这张结构图可以看出定时器具有以下特征：每一个定时器都由 2 个引腿和 11 个寄存器组成，每个定时器具有两路独立的输入捕捉和输出比较通道；可以实现带缓冲和不带缓冲的脉宽调制波；可以得到 7 种可编程选择的分领因子，计数器可以自由运行计数或项置计数；可以停止或消除计数器计数；定时器滋出可以引发中断，每路通道的输入捕捉和输出比较也可以引发中断。 3 用实例 汽车电动助力转向系统） 一款专门用于控制电机的单片机，因此在 这里给出其在 的应用，简单介绍其工作原理。 汽车电动助力转向系统（ 近年来发展起来的一种新型转向系统，该系统是由电子控制单元根据传感器采集到的信号来控制电机的运转，从而实现助力转向的功能， 还具有转向平稳、节能、环保等一系列特点，因此， 代液压动力转向系统势在必然。 述 汽车在行驶过程 中 ，经常需要改变行驶的方向，称为转向。轮式汽车行驶是通过转向轮相对于汽车纵向轴线偏 转一定的角度来实现的。驾驶操纵用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机构称为汽车转向系统。 汽车技术和电子技术的不断革新与进步使得汽车转向系统经历了从液压助力转向、电控液压助力转向到如今的电动助力转向的发展历程。 汽车转向系统一直存在着 “轻 ”与 “灵 ”的矛盾。为了缓和这一矛盾，过去人们常将转向器设计成可变速比，在方向盘小角度时以 “灵 ”为主，在方向盘大转角时以 “轻 ”为主。但 “灵 ”的范围只在方向盘中间位置附近，仅对高速行驶有意义，并且传动比不能随车速变化，所以这种方法不能解决这一矛盾。 随着动力转向系统的产生，液压动 力转向系统（ 其具有的转向操纵灵活、轻便，设计汽车时对转向器结构形式的选择灵活性增大，并可吸收路面对前轮产生的冲击等优点，自 20 世纪 50 年代以来，在各国汽车上得到普遍应用。但传统的 消耗一定的能量，增加了汽车的燃油消耗量，据报道， 引起的燃油消耗量约占整车燃油消耗量的约 3。 随着电子技术的发展，电子控制式机械 液压动力转向系统（ 运而生，该系统在燃油消耗量方面优于传统的液压动力转向系统，但仍然无法根除液压动力转向系统的固有缺陷。 选定参数完成设计之后，转向系统的性能就确定了，不能再对其进行调节与控制。因此协调转向力与操纵 “路感 ”的关系困难，低速转向力小时，高速行驶时转向力往往过轻、 “路感 ”差，甚至感觉汽车发飘，从而影响操纵稳定性；而按高速性能要求设计转向系统时，低速时助力往往过大。 电动助力转向系统 (是继液压动力转向系统后产生的一 种动力转向系统。 电机提供助力，助力大小由控制单元 时调节与控制，可以较好地解决上述液压动力转向系统所不能解决的矛盾。 与目前汽车上较多采用的 比， 有节省能源、易于装车等诸多优点，因而引起了各国汽车界的重视，有代替液压动力转向系统的趋势。 与 比， 如下 优 点 ： 1）能耗降低。 2）轻量化显著。 3）优化助力控制特性。 4）系统安全保护。 5） 有液压回路，比 易调整和检测，装配自动化程度更高，并且可以通过设置不同的程序，能快速与不同车型匹配，因而能 缩短生产和开发周期。 6） 有效节约能源。 7） 有更好的低温工作性能。 一种直接依靠电机提供助力扭矩的转向系统。这种系统不需要复杂的机械控制，只要控制了电机电流的幅值和方向，就能实现转向的要求。 根据电机和减速装置安装位置的不同， 以分为以下四类： 1） 轴助力式：电机和减速装置装在转向传动轴上； 2） 小齿轮助力式：电机和减速装置装在输入小齿轮一侧； 3） 另端小齿轮助力式：电机和减速装置装在输入小齿轮对称另一侧； 4） 齿条助力式：电机和减速装置套在齿条外侧。 本文所研究的对象是轴助力式 图 3 00：轴助力式 统结构图 图 3 0 所示为轴助力式 系统原理框图。它 由扭矩传感器、电控单元、助力电机、电磁离合器、减速器和齿轮齿条转向机构等组成。 图中的电机固定在转向柱一侧，通过电磁离合器、减速机构与转向轴相连，直接驱动转向轴转向。 其中电机、离合器与减速器往往结合成一个整体。 工作原理 作原理框图如图 3 00 所示。 检测传感装置 控制单元 电动机传动装置转向机构 电磁离合器图 3 00 图 由检测传感装置将所需信 息输入控制单元，再由控制单元对这些信号进行运算后得到一个与行驶工况相适应的扭矩，最后发出指令驱动电机工作。电机的输出转矩通过传动装置的作用而成为系统的辅助动力。 当转动方向盘时，装在方向盘杆上的扭矩传感器不断测出转向轴上的扭矩并由此产生一个反映扭矩的模拟信号；速度传感器测出汽车车速，并产生一个脉冲信号；与此同时，转向角传感器产生一个关于转向角的模拟信号。这三路信号均被传输到电子控制装置，经运算处理后，由电子控制装置向电机和离合器发出控制指令，即向其输出一个合适的电流，在离合器结合的同时使电机转动产生一个扭矩 ，该扭矩经与电机连在一起的离合器、减速器降速增扭后，施加在下转向轴上，下转向轴的下端与齿轮齿条式转向器总成中的小齿轮相连接，于是由电机发出的扭矩最后通过小齿轮施加到转向器上，使之得到一个与工况相适应的转向助力。 制系统的硬件设计 控制单元要实现的功能就是根据输入信号来控制电机的运转。图 3 1 是系统原理框图。 直流电源输入 H 逆 变 桥直 流 有 刷 电 机 / 电 磁离合器保护电路 功 率 驱 动 电 路 / 过流欠压保护电路电流检测车速信号电源中断保护驱动电路 A D 转 换车速信号输入微处理器S C I 接 口I / O 信 号 接口A D 转 换通信接口故 障 输 出 / 控 制指令输入扭矩传感器输入发动机转速信号发动机转速信号输入电压转换 离合器控制图 3 1 系统原理框图 从系统原理框图可以看出，该系统由大电流电路和弱电流电路构成。 12V 直流电源通过一部分供给由 离合器控制电路组成的大电流电路， 4 个 成逆变桥驱动有刷直流电机运转；另一部分通过电压转换之后供给控制器由单片机、驱动芯片、车速转速输入电路、扭矩传感器输入电路、 口和电源保护电路等。 逆变桥是由四个 成的桥式电路，驱动芯片选用 司的 电池通过逆变桥用 式控制有刷直流电机，调节逆变桥输入的 脉宽，就可以调节直流有刷电机的输入电压，从而改变电机电流，调节电磁转矩，改变助力大小；当电磁转矩和负载平衡时，电机电流达到助力值。 如图 3 2 所示为以 高性能的微处理器为核心的控制系统组成。由图可以看出，控制器硬件由以下几个部分组成： 1）高性能微处理器，它是控制系统的核心部件，在这里选用 司的 8 位单片机 高性能微处理器电池 2 控制器的原理框图 2）扭矩传感
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