MOTOROLA 8位单片机硬件开发平台研究论文

摘要Motorola微控制器自问世以来，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motorola8位单片机的特性和功能，对motorola8位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MC68HC908MR8，对其主要性能和功用做了介绍。并给出了MR8单片机的一个应用实例，即在汽车电动助力转向系统（EPS）中的控制系统中的应用， 单介绍了其硬件 应用。Motorola8位单片机，MC68HC908MR8，硬件，EPSAbstractM ro Co troll r t o Motorola MC a m l a l t m or almo t all at o al o om r alm o tr a r lt r ol r or m al tr atm t orr o m al r mat r al t t l all at a l a t r o m r oo a t or om o t o l l l oo to l t r alm to o t t mar t t t ma l t ara t r t a t o o a MC t ral a al a r ar to a MC ar ar t rra a l t am at o to amo t m or 8 t MC68HC908MR8 t at o trol t l tr al r a to t t ma t o a t t tro t o Com to a a l ol am l o t MR8 MC t a l at o t at El tr o r t r t m EPS t m tro t ar ar tr t r a t a l at o r l r KeyWords Motorola 8-bit MCU, MC68HC908MR8 ar ar EPS目录要 .1 1 论 .4 1.1 MCU 片本currency1 .4 1.2 MCU 片 介 “市场 .4 1.3 中国 MCU 市场currency1 .6 1.4 MCU 的fifl .9 1.5 .10 2 硬件平台 .11 2.1 MC68HC08 系 单片机 .11 2.1.1 MC68HC08 系 介 .11 MOTOROLA 8 位 MCU 的” .12 2.1.2 MC68HC08 系 微控制器的主要特 .12 2.2 片选 其硬件 .13 2.2.1 片特性 .13 2.3 MR8 主要 于功能分析 .15 2.3.1 出 I/O .15 2.3.2 PWM .16 2.3.3 通信 （ SCI ） .16 2.3.4 A/D 转器（ ADC ） .18 2.3.5 器（ TIM ） .18 3 MCU 应用实例 EPS （汽车电动助力转向系统） .19 EPS currency1 .20 EPS 的工 .22 3.1 EPS 控制系统的硬件 .22 3.2 控制电 .24 3.2.1 单片机控制电 .24 3.2.2 信的电 .25 3.2.3 PWM 的fi生 .27 3.3 系统 化 .29 4 .31 5 文 .32 1 绪论1.1 MCU芯片基本概念微控制器在国 有个 通 的 单片机。单片机一 于 文的Single Chip Micro Computer， 单片微机。机是 分 的 中 器(Central Processor Unit CPU) 器， 机 器RAM (Random Access Memory) 和 器ROM (Read Only Memory) 出 I/O 。单片机 的是 分做在一片 电片 。单片机一 出在 ，来在国际 逐渐被Microcontroller MCU 一 所替 ， 用于控制目的微机。从 文看，MCU 一 比单片机( 文是个 ) 捷、 确切地描了事物的本质。所以单片机一 在国际 已用得很少。而汉语中，单片机的叫”似 捷通 ，以至一些学术机 ，例如单片机学会就采用了单片机的叫”，一不宜 改。本书 同国际 的叫”一 ，还是称之 微控制器， 称 MCU（Micro Controller Unit）1.2 MCU芯片简介及全球市场 化离不微控制器，人民生活也离不微控制器。在日常生活面，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、BP机 都至少有一片微控制器。就个人机而言，它的CPU是486、586而它的 盘、鼠标器等里面都有一片微控制器。便携机的液晶屏、普通Pc机的彩色监视器里面也都有一片微控制器。在汽车 ，除fi动机的控制要用微控制器外，电动门窗、可升降座持、安“空气囊、防抱死系统(ABS)、防盗报警器、可移动通信 备等都要用到微控制器。在办公自动化面，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微控制器。医疗仪器与机 、农业、化工、军事、 等个领域也都离不微控制器。日本iSuppli公 日 公 了微控制器（MCU）市场2004 “ 。 1到 3位 是2003 些 面 。 1位是 得21.3%市场 的日本 。在4位、16位 32位MCU产品中 确 “ 一的市场 对 做出了 ，并 了与 2位的 国 （2004 市场 12.2%）和 3位的NEC电子（2004 市场 10.0%）之的。日制所与电机的flcurrency1应“，在色家电、 民用产品、fl机和电fi外 等fl用 有的市场 。不过，在汽车领域 不。2004 在汽车”MCU市场 ，NEC电子、通、 、 国 了 的 分市场 。 00 “MC 市场 位的是 公 。 于其汽车”MC 产品的市场 得了， 比00 的 位 升了一位。00 “MC 市场的 位是电器产业， 的 位 了一位。 S l 公 分析 是 于其在产品”MC 市场 的 被台 （M a ） 了。表 和表是对 来几 的市场 测表1表21.3 中国MCU市场概略市场 在出 市场不 的 动， 国传统家电 家电等消费电子产业 fi，用于消费电子产品的MCU市场也取得了 。 问公 表，2002 国消费电子MCU市场 量 10.2 ，2001 5.2% 42.2 ，2001 的37.1 13.7%(图1)。 中国的家电产品 国、 市场。2001 中国影碟机出 3475 台，是国市场 量的1.8 ，2002 国影碟机的出 量过4000 台。外中国相机 、PDA的出 量也在逐。家电产品 量出 国际市场是国 消费电子MCU市场 的一个 要 。 ”消费电子产品的持“ fi， 来 国消费电子MCU市场然有巨 的fi潜力。 低端MCU 求量 于 国 家电、电子玩具、电子照、电子表等低端消费电子产量很 ， 4位MCU在 国消费电子MCU市场中的 。8位MCU主要应用在彩电、电冰箱、洗衣机以 空等传统家电中， 国是传统家电的生产 国，其市场 也很。 国网络彩电、网络冰箱、机顶盒、可视电话等信息家电产业还 完“兴起，16位和32位以 的端MCU在 国消费电子MCU市场中的比例不 。 问公 表，2002 国消费电子MCU的 量中，4位MCU达到6.6 ，占 消费电子MCU 量的63.2%8位MCU则以3.1 占 的29.7%16位32位MCU的 量则还有限， 量7500 左右. 电视 汽车电子将 MCU市场新的 在传统家电 家电产业的带动， 国消费电子MCU市场蓬勃fi，同，以机顶盒、HDTV、背投电视、液晶电视、等离子电视 表的新型消费电子产业的逐渐兴起将 消费电子MCU市场新的。 电视的fi 景 引人注目。国家相 政府主管 门已经制了 国 电视 划 2005 “国1/4的电视台将fi射和传 电视信2010 国划“面实广播电视2010 相对fi达地区将普 电视2015 停止 拟电视的播出2015 以 广播电视推广至中西 地区。 2005 中国 电视收机和机顶盒的 产量将从2002 的不到100 台至1500 台。中国彩电巨头也都制了战划，争相打出 牌在市场 抢占地盘。仅仅是“国电视机 新 ，电视机生产企业就可 得 百 的订单，以MCU 表的 业也将从中受益。 MCU外一个 求亮来自 国汽车产业的蓬勃fi。在汽车中，电动门窗、电子打火、fi动机控制、安“气囊以 音响 备都用到MCU。2003 国汽车产量将达到380 辆，其中轿车的产量150 辆。同 汽车电子市场将 动MCU达到1670 ，2002 60.6。 FLASH MCU市场 求将逐渐 MCU的fi历经掩膜MCU、OTP MCU和FLASH MCU几个阶 。掩膜MCU 密性，OTP MCU可 家电制造商自己批量烧录， 目 市场的主流产品。掩膜MCU与OTP MCU灵活性，程序一经掩膜或烧录便不可改变。 对于消费电子厂商来，做到 响应市场变化和降低 本至 要。能够对 出产品 升级，并根据市场 要加新的产品特性， 出产品 值服务，是消费电子厂商来的fi向。 ，在OTP MCU占主流的今 ，Flash MCU凭借 次的擦写操脱颖而出。利用Flash MCU，OEM厂商可对产品 软件升级，根据市场 求加新的产品特性，延了产品寿。 价格日渐近OTP产品，Flash MCU 逐渐 消费电子厂商采用。一Flash MCU将在工电压、可编程次以 器件密度 不 改 ，打 机顶盒、卫星 线、电视机、音响等 广阔的空。 来几 FLASH MCU市场将逐渐取 OTP MCU而 市场主流。中国MC 市场fi提 近 来，中国以江角洲、珠江角洲以 京津唐地区 核心的电子制造业 不 壮 ，以虹、海、想 表的本土电子厂商fi 。中国电子产业的 中国MC 市场提供了良好的fi空。中国本土电子厂商的崛起以 “范围 的电子厂商持“将制造环节向中国转移，00 中国MC 市场 求出 。 问表，00 中国MC 市场 量 8 ，00 的 8 达到 66 ，00 的 6 。从中国MC 市场应用 来看， 于中国消费电子产业 巨 ，消费电子 MC 市场 求 的领域。00 中国消费电子领域对MC 的 求量达到 6 ，占MC 市场 量的 0 6 达到68 ，占MC 市场 的 。国台 厂商持“将鼠标、 盘、 器等 表的机外 产品生产线移向 国 ， 的产业 ，而对MC 很 的 求。00 中国领域MC 的 量8 ， 达到 ，分别占 市场的6 6 和 。仪器仪表、工业PC、医疗电子系统控制等在 的工业控制领域的MC 量少，仅 ，占 市场的 ， 则 领域的MC 端，市场 则达到8 ，占 市场的 6 9 。在网络与通信领域除了普通电话机所 用的MC 低端以外，其 网络与通信产品所 用的 6位 位端MC ， 然00 中国通信领域MC 的 量仅 ，占MC 市场 量的 ，而 则达到 ，占中国MC 的 。其 领域则 办公 备、汽车电子等产品。00 领域的MC 量 ，市场 达到 ，占MC 市场的6 。厂商格 化特在中国MC 厂商 中， 、日本 厂商占据端市场主力地位，而 国台 厂商以 国 厂商则在低端应用市场具有一的价格 。在彩电、冰箱、洗衣机等家电市场以 MP、机顶盒、C等消费电子领域 然是o a、P l 、R a 以 M ro 等MC 厂占据主要 。例如在彩电市场，o a、P l 等厂商通过 片的单片 取得主要市场 。Motorola、 o 、S 以 EC在汽车电子领域占有 对 地位。在空、冰箱等领域，Motorola凭借在SP以 MC 面的 术 ，推出 SP核的MC 产品，取得的市场 。与 同， 国台 的 、 、 、 等 厂商凭借价格 在微 、电等 家电市场取得很的市场 ，同在机外 以 消费电子产品也逐渐了 的 争力。外， 、国、中电 等MC 厂商近 来fi ，取得不 的 ，在普通电话机、控器、电子玩具等低端应用面占有一的市场 。 电视 汽车电子 将 新的来几 ，中国 电视 机顶盒、汽车电子fi潜力 ，将 中国MC 市场新的。中国 电视产业的fi与政府政密切相 。currency1至00 ，广电 “批了8个市和个 电视fi市。 电视fi的逐完 ，中国 电视标将逐确， 来几 中国 电视产业将出 的 头。 问 测，00 到008 中国对 电视机、fl 电视以 机顶盒的 求量将达到6000 台。汽车电子是MC 市场外一个 领域。00 中国汽车产量达到 辆， 00 的产量将 00 辆。外， 中国汽车产业的蓬勃fi，不仅带动汽车量的加，还 动对性能汽车电子的 求。中国汽车产业 fi将 MC 市场带来新的fi机， 来几 动力传动系统、盘电子控制系统、车电子控制系统以 汽车信息通信系统在 的中国汽车电子市场对MC 将 很 的 求空， 中国MC 市场一。1.4 MCU的开发手段单的MCU 系统，可以采用EPROM 型MCU。用复写EPROM 的”来fi。 要求fi对 ”MCU 特别， 系统比 单。用”真器是fiMCU 的一fl”，特别是对 有单片工的MCU。将PC 机 与”真器 相。”真器出一 与MCU引目相同的电 与头，即”真头，到被fi的系统MCU 所在位 。在PC 机 编程，然 将程序到”真器 。通过”真头fi目标。fi完 ，将程序写到一片MCU 中， ”真头来。MC68HC08 MCU 有几个系 一百个品fl。 一”MCU 都 一”真器然是不能受的。对于 线也以 的MCU， 用 器可 的微控制器，将EPROM 分 到MCU 外面来，对于MCU 有的I/O 功能 也用 加 ，在 机研制完 以 用不可 型的MCU 做出产品。EPROM 到外面来以 fi工就做了。一个办”是写一个监控程序， 一个fi环，在目标 程序。一个办”是 用EPROM ”真器。 PC机 写好的程序可以一次次到EPROM中 fi。在FLASH 术用于MCU 片 以 ，监控程序”已不 要在 线外面 以EPROM 而FLASH ”和 监控程序”在 有 不同， 是 便、 捷、 便宜。1.5 课题意义信息化 会和 经济的fi，单片机的应用 到业， 来 引起人 的 视。单片机控制 今 的电子 备、家用电器与机器 备。单片机的影 不在的在于工业控制、消费电子、机 产品、通信和办公 备等领域。而据 测，到0 0 ，一个 人日会 到 个单片机。 不 的， 生活在一个单片机的世界里。 单片机已经被广泛的用于 会业，并 的推移，相 术来 。Motorola微控制器自问世以来，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MC68HC908MR8是用于电机控制， 于它的性能，低功 ，推出 短短一 就 得广泛用。本 是通过对motorola8位单片机的 的研究、分析，了 并 Motorola单片机 ， ”真机的 用，fi 系统从而在对单片机硬件的分析、安和fi，以 应用实 ，不 加 和经 。并 对Motorola公 的MC68HC908MR8微 器的 编程特，了相应的移 。，提出 系统的 一 化和改 的 。2 硬件平台结构2.1 MC68HC08系列单片机2.1.1 MC68HC08各系列简介Molorola公 的叫t微控制器的产量一 世界 一位， 占 个国际市场的13左右。1999 推出的新一 8位微控制器 Mc68Hc08采用了o35yn、工 ，具有 度 (8MHz 线 度)、功能 、功 价格低等 ，特别是带有 器F1ash的MC68HC908具有 的性能价格比。图21是Molorola公 MC68HC08系 微控制器产品fi图Molorola。21 MC68HC08系 控制器产品fi图MOTOROLA 8位 MCU 的命名方法1、PC 质量不 ，用于测fi的器件MC 质量 的 产品XC 有限质量 ，用于性能的器件2、 于历 ，Motorola 的MCU ”产品都以683、 度/供电电压 H C 5.5VL 2.0V4、片 器”型 Blank-有掩膜型7 EPROM/OTP8 EEPROM9 Flash5、CPU ”型 086、系 系 X 系 L 系 7、ROM 量 36 36K 节ROM8、 用温度范围 Blank (0 到70 度)C (-40 到85 度)M (-40 125 度)9、 2.1.2 MC68HC08系列微控制器的主要特点MC68HC08系 微控制器的主要特(1)采用 化 ，fl不同型微控制器 不 所 的微控制器。(2) 片 监控R()M， 用 提供了在线编程 在线fi等功能。(3)具有特色的F1ash取 片 EPRoM和ROM，其价格低于相同量的OTP型微控制器(4)具有锁相环电、可以 用32kH z的晶振产生8MH z的 线 度， 降低扰。（5）MC68HC08向 兼，不同之主要是变址寄器 8位变 16位堆栈 SP 6位变 16位程序器PC也 16位加8fl寻址和78条 令。2.2 芯片选择及其硬件结构2.2.1 芯片特性选了motorola8位MC 中的MC68HC908MR8， 是一款专门用于控制电机的一款MC 面是motorola官的片介绍和性能 标，以 框图 介绍MC68HC908MR8是廉价性能的M68HC08系 8位单片机中的一员，M68HC08系 8位单片机是于客 的 电 CS C 的 的。 个系 的所有单片机都是 用 型的M68HC08中 器 CP 08 和和不同的 件， 器量，型，以 ”型。 FREESCALE motorola单片机 公 的MC68HC908MR8是一款低价格性能的8位单片机，常用的 线频率 8MHz， 有8K 节的 la 支持 烧写程序 fi，还支持在线fi。它 还有 位6通道的PWM ，可以编程 出的PWM 沿对齐或中心对齐一个SC ，可以 通讯个 6位的器 ，个 还具有独的 捕捉和出比通道8复用的 /O 0位 通道的AC转 。面是MR8的系统框图图2.1 MR8系统框图MR8引脚图面的所 的分别是32 的QFP和28 的DIP/SOIC 图 MR8引图2.3 MR8主要接口结构于功能分析2.3.1 输入输出I/O接口个平端 的得出 四个双向的 出 (I/O)， 个 ，和六个出 。MC68HC908MR8 用28 ，据 寄器将 在DDRA中，如6，5，4是写在逻辑1（连同任何其 的出一起）。 POR A的据 寄器6， ，将在缓区里 束图是I/O的系统 图图 /O图2.3.2 PWM接口PWMfi生器可以产生6独的PWM信或 互补的PWM信。 6独的PWM信，出的PWM信有 沿对齐和中心对齐 fl，在图 给出了PWM的 图。6个PWM通道都是 位的，出的PWM信有 沿对齐和中心对齐 fl， 是 器中器的 的。 其工于加1，出 沿对齐的PWM 工于加减1，出中心对齐的PWM 。PWM的主要用是出 从而实控制，一般用于控制电机。图2.5 PWM系统框图2.3.3 异步串行通信接口（SCI）通信 (serial communication interface，SCI)的用 是能实诸如Rs232、Rs485等”能 用通信 程的通信，员主要的是用于和其 机的据传。SCI的主要功能是t(1)“双工 非归零通信(2)独fi送和收操(3)可编程特率 (4)硬件奇偶校 (MC68HC05 功能)(5)噪声检测(MC68HC05 功能)。SCI的功能 框图如图2.6所 。 图2.6 SCI 图SCI的功能有 （1） SCI系统功能标不归零格“双工操，fi送器和收器分别有独的允许位软件 32fl特率之一软件选据 ( 8或9个位)SCI可用中 驱动，有4个分的中 条件。（2） SCI收器功能收器唤醒功能（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、溢出检测收据寄器满标志。（3） SCIfi送器功能fi送据寄器空标志fi送完 标志在fi送过程中CPU 可以中止fi送 。2.3.4 A/D转换器（ADC）MR8单片机的ADC 是带 采 和 持（S/H）的10位 转 ，有达7个的 拟 通道（ADCIN0ADCIN6），它次要转的通道都可通过编程来选。ADC可通过 拟 通道的选器来选要转的通道，转 束 的值 果 在 通道相应的 果寄器中。功能描 根据 而 达到个”比位转器道是可得的 抽取 品在 P A6/A 6 的外 来 :P 00/A 0。 了要达到 好的可能确度 是 转（A/ ， 些 。一个 拟混 器允许单独的AC通道依AC电压 来选 个AC通道中的一个(ADCVIN) 。ADCVIN的电压被 用连“近似” 转。 转完 ，ADC将果 在ADC据寄器中 ARH 和 ARL ，并 一个标志或产生一个中 。 如 图2.7图2.7 ADC框图2.3.5 定时器（TIM）器的核心是一个16饺器， 器的频率 外 晶振钟(也可以是锁相环 得到的 线钟)经过 的分频子分领得到，相互独的器可以 用不同的分频子。同一个器的所有动都以经过 个分频的频率 ，所以相互之有确的 系，从微控制器的角度看，真 的隔被 个自 的所 替。在任何候可以通过取器的而判 经过了。用 功能可以得到精确的攫出，可以在任何候暂停或消除器的。通过器的攫出功能可以 的。器具有攫出、 捕捉、出比、PwM脉冲撞出、DMA 器访问等功能。器的fl功能可以应用于个场 。如利用 捕捉铡量脉宽、a量频率，利用出比出特的 、宣出脉宽制。外， 用 捕扼配 钻出比来出同 或延。图2.8 器框图从 图可以看出器具有以特征 一个器都 2个引腿和11个寄器 ，个器具有 独的 捕捉和出比通道可以实带缓冲和不带缓冲的脉宽制可以得到7fl可编程选的分领子，器可以自 或项 可以停止或消除器器滋出可以引fi中 ，通道的 捕捉和出比也可以引fi中 。3MCU应用实例EPS（汽车电动助力转向系统）MR8是一款专门用于控制电机的单片机， 在 里给出其在EPS- Electric power steering system中的应用， 单介绍其工 。汽车电动助力转向系统（EPS）是近 来fi起来的一fl新型转向系统， 系统是 电子控制单 根据传感器采到的信来控制电机的 转，从而实助力转向的功能，EPS除了具备液压动力转向器的转向轻便等 之外，它还具有转向平 、节能、环 等一系 特， ，EPS取 液压动力转向系统 在必然。EPS概述汽车在驶过程中，经常 要改变驶的向，称 转向。轮汽车驶是通过转向轮相对于汽车纵向轴线偏转一的角度来实的。驾驶操纵用来改变或恢复汽车驶向的专用机 称 汽车转向系统。汽车 术和电子 术的不 革新与 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fi历程。汽车转向系统一在 轻与灵的矛盾。 了缓和 一矛盾，过人 常将转向器 可变 比，在向盘 角度以灵 主，在向盘 转角以轻 主。但灵的范围 在向盘中位 附近，仅对 驶有，并 传动比不能 车变化，所以 fl”不能 一矛盾。动力转向系统的产生，液压动力转向系统（HPS Hydraulic Power Steering System）以其具有的转向操纵灵活、轻便， 汽车对转向器 的选灵活性 ，并可吸收面对 轮产生的冲击等 ，自20世纪50 以来，在国汽车 得到普遍应用。但传统的HPS 消 一的能量，加了汽车的燃油消 量，据报道，HPS所引起的燃油消 量 占 车燃油消 量的 3。电子 术的fi，电子控制机 液压动力转向系统（ECPS Electronically Controlled Power Steering System）应 而生， 系统在燃油消 量面 于传统的液压动力转向系统，但 然 ”根除液压动力转向系统的固有缺陷。HPS和ECPS在选 完 之 ，转向系统的性能就确了，不能对其 节与控制。 协转向力与操纵感的 系困难，低 转向力 ， 驶转向力 过轻、感， 至感 汽车fi ，从而影响操纵 性而 性能要求 转向系统，低 助力 过 。电动助力转向系统(EPS Electric Power Steering System)，是液压动力转向系统 产生的一fl动力转向系统。EPS 电机提供助力，助力 控制单 ECU实节与控制，可以好地 液压动力转向系统所不能 的矛盾。与目 汽车 采用的HPS相比，EPS具有节能 、于车等诸 ，而引起了国汽车界的 视，有 替液压动力转向系统的 。与HPS相比，EPS有如 1）能 降低。2）轻量化 。 3） 化助力控制特性。4）系统安“ 。5）EPS有液压 ，比HPS 和检测，配自动化程度 ，并 可以通过 不同的程序，能 与不同车型 配，而能 短生产和fi 。6）EPS能有currency1节 能 。7）EPS比HPS具有 好的低温工性能。EPS是一fl依 电机提供助力 的转向系统。 fl系统不 要复 的机 控制，要控制了电机电流的 值和向，就能实转向的要求。根据电机和减 安位 的不同，EPS可以分 以四” 1）轴助力 电机和减 在转向传动轴 2） 轮助力 电机和减 在 轮一 3）端 轮助力 电机和减 在 轮对称一 4） 条助力 电机和减 在 条外 。本文所研究的对 是轴助力EPS。图3 00 轴助力EPS 系统 图 图3 0所 轴助力EPS的系统 框图。它 传感器、电控单 、助力电机、电离 器、减 器和 轮 条转向机 等 。图中的电机固在转向 一 ，通过电 离器、减 机 与转向轴相连，驱动转向轴转向。其中电机、离 器与减 器 一个 。EPS的工作原 EPS工 框图如图3 00所 。检测传感 控制单 电动机传动 转向机 电 离 器图3 00 EPS框图检测传感 将所 信息 控制单 ， 控制单 对 些信 得到一个与驶工 相 应的 ， fi出 令驱动电机工。电机的出转 通过传动 的用而 系统的 助动力。转动向盘，在向盘 的 传感器不 测出转向轴 的 并 产生一个 的 拟信 度传感器测出汽车车 ，并产生一个脉冲信与 同，转向角传感器产生一个 于转向角的 拟信。 信 被传到电子控制 ，经 ， 电子控制 向电机和离 器fi出控制 令，即向其出一个 的电流，在离 器 的同 电机转动产生一个 ， 经与电机连在一起的离 器、减 器降 ， 加在转向轴 ，转向轴的端与 轮 条转向器 中的 轮相连，于是 电机fi出的 通过 轮 加到转向器 ， 之得到一个与工 相 应的转向助力。3.1 EPS控制系统的硬件 EPS的控制单 要实的功能就是根据 信来控制电机的 转。图3 1是系统 框图。流电 H 变 流有 电机/电 离 器电 功率驱动电/过流 压 电电流检测车 信电 中 驱动电 A转车 信 微 器SC /O信 A转通信 出/控制令 传感器 fi动机转信fi动机转 信 电压转 离 器控制图3 1 系统 框图从系统 框图可以看出， 系统 电流电和 电流电 。12V流电 通过一 分供给 MOSFET和离 器控制电 的 电流电，4个MOSFET 变 驱动有 流电机 转一 分通过电压转之 供给控制器 单片机、驱动片、车 转 电、 传感器 电、SCI 和电 电等。变 是 四个MOSFET 的 电，驱动片选用IR公 的IR2130， 电通过 变 用PWM控制有 流电机，节 变 的PWM的脉宽，就可以节流有 电机的 电压，从而改变电机电流，节电 转 ，改变助力 电 转 和平，电机电流达到助力值。如图3 2所 以性能的微 器 核心的控制系统 。 图可以看出，控制器硬件 以几个 分 1）性能微 器，它是控制系统的核心 件，在 里选用FREESCALE公 的8位单片机MC68HC908MR8。性能微 器电 C/C 转 传感器车 传感器H 驱动电电机电 离 器图3 2 控制器的 框图2） 传感器 信 分， 里 传感器出 拟信， 传感器的出信 2信。分别采用2ADC单 转，然 根据取得的2个值相减，得到分信送 CPU，可以提采 精度。3）汽车车 和fi动机转 分，它 值12V的频率一的信，其频率对应 车 和fi动机转 值。 信的 值转 5V 单片机的捕捉单 ， 得其频率值，送给CPU 。4）电流采 分， 得电机电流，从而 电流环来控制电机转 。本文是在驱动和地之一个精确的 电， 电流值转 电压值，通过 电 ， CPU的ADC单 采 得到。5） 电。 电 以几个单 （1） 电 压 电和流电机电currency1电流过 ，fi生电 压或电机过流，IR2130的FAULT会给出低电平，“止PWM的转， 低电平通过非门送给CPU的FAULT，同 可以编程来控制。（2）在电 流之 MOSFET之 ，加 一个电器 ， 电 常工的候，电器吸 ，则 。（3）通过IO 控制可以送出 的”型。6）离 器，通过CPU的一个IO 出信给离 器的驱动电，来控制离 器的7）其它 分，如复位控制、 等。3.2 控制电 主电 单片机控制电、驱动控制电、车 和fi动机转 电、转 电等。3.2.1 单片机控制电 FREESCALE公 的MC68HC908MR8是一款低价格性能的8位单片机，常用的 线频率 8MHz， 有8K 节的flash支持 烧写程序 fi，还支持在线fi。它 还有12位6通道的PWM ，可以编程 出的PWM 沿对齐或中心对齐一个SCI ，可以 通讯2个16位的器 ，个 还具有2独的 捕捉和出比通道8复用的I/O 10位7通道的ADC转 。如图3 3所 单片机的控制电。图3 3 单片机控制电外 晶振 4MHz，OSC1 钟 引，OSC2 钟出引。CGMXFC外 电引，外220pF的电 。选3ADC分别采 2转 信和电机电流信。车 和fi动机转 信分别通过TCH1B和TCH0B引 ， 器B 捕捉，车 转 值。单片机的电 电压VCC 5V， 电提供的12V电压通过7805片转得到。转之 的5V电压同供给单片机和其它电， 会带 fi扰 单片机ADC 采 值出错误， ADC 的电压 LM336片 转。如图3 4所 是LM336应用电图。图3 4 单片机ADC 电3.2.2 输入信 的电 1） 传感器 信在 面 fl 中已经对 传感器了介绍，可以看出 传感器出的电压信在05V之。 可以到单片机的ADC 采 。如图3 8所 是 信的电。图3 8 传感器 电单片机的ADC 是带 采 和 持（S/H）的10位 转 ，有达7个的拟 通道（ADCIN0ADCIN6），它次要转的通道都可通过编程来选。ADC 可通过 拟 通道的选器来选要转的通道，转 束 的值 果 在通道相应的 果寄器中。2） 车 和fi动机转 信车 和fi动机转 信 信，其 值 12V，频率值对应 车 和转 值。 在 ， 信变 值 5V的信，然 到单片机的器 捕捉，从而得到其频率值。如图3 9所 是车 和fi动机转 电，2个fl管起限 用，VCC是5V电， 端的 的信 值必 于5V能 常工。图3 9 车 和fi动机转 电 捕捉功能 16 位的锁器、 沿探测逻辑和中 逻辑 。 的 变沿出在 捕捉引 ，锁器锁器的值。 变沿的性选、 捕捉中 允许与都在 捕捉控制寄器中 。在 款单片机中，有2个器 ，个器都有 独的 捕捉/出比通道，通道都可以 捕捉功能也可以 出比功能。如果 捕捉，通道的控制寄器就是 捕捉控制寄器如果 出比， 寄器就 出比控制寄器。也就是， 捕捉寄器和出比寄器 是同一个寄器在 不同用 的不同称。 捕捉寄器是 寄器，在次fi生了 的沿 变，都会自动的将自 器的 传给 捕捉寄器。 捕捉寄器是一个16 位的寄器，分 节和低 节，在取的候要分别取。 了防止 次取之 寄器的 fi生变化而产生的 捕捉值，系统会在取 节锁低 节的 ， 即 ”fi生特的沿 变 捕捉寄器的 也不会改变。 对低 节的取将 捕捉寄器，但 取 捕捉寄器的低 节将不影响 捕捉寄器。所以，如果要取 个 捕捉寄器，必 节，低 节。通道1的 捕捉寄器位称和功能如 图3-10 通道0 捕捉/出比控制寄器通道1的 捕捉寄器位称和功能如 图3-11 通道1 捕捉/出比控制寄器如图3 10和3 11所 是通道的 捕捉寄器，对其 相应的 即可捕捉功能利工。表3 1是通道控制寄器控制位的 。表3-1 通道控制寄器控制位3.2.3 PWM 的发 PWMfi生器可以产生6独的PWM信或3 互补的PWM信。 6独的PWM信，PWM1-6的占空比分别 相应的PWM值寄器PAL1-6控制。PWM值寄器PAL 16位寄器，而PWM的 寄器 12位寄器， PAL的取值通常 $0$FFF， PWM 信占空比在 0100之变化，写 的值 于$FFF ，$1000$7FFF单 的 看 $FFF，$8000$FFFF看 0 。出的PWM信有 沿对齐和中心对齐 fl， 是 器中器的 的。 其工于加1，出 沿对齐的PWM 工于加减1，出中心对齐的PWM 。本文采用的是独出的4 沿对齐的PWM 。如图3 12和3 13分别是PWM控制寄器1和2， 了出 确的PWM信， PWM的占空比和 能 的 变化， 中的PWM 寄器、钟的分频系寄器、PWM值PAL都具有缓冲器。 改 的 不是 影响PWM 。新的 可以 在1、2、4或