电动车调速系统的设计.doc

黑龙江交通职业技术学院毕业设计（论文）08级电气化铁道技术专业黑龙江交通职业技术学院 毕业设计（论文）题目 电动机调速系统的设计专业班级电气化铁道技术0829班姓 名 赵广伦 2010年12月20日摘要 单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。并能将多余的电能回溃。该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。详细讨论了系统的各种工况及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片8051单片机。根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。本文主要是让更多的人正确的认识电动自行车和对电动自行车的主要器件的保养，便与延长电动自行车的寿命。关键词：单片机脉宽；调速系统PWM；永磁无刷直流电动机；转速传感器；蓄电池一、引言电动车的历史由来已久，世界上第一辆机动车就是电动车。电动车的发展历史有点曲折，在一百多年前，当时电池和电机的发展比内燃机要成熟，而且石油的运销还没有能够普及，电动车在当时的汽车领域中就占有举足轻重的位置。在1881年时法国人古斯塔夫成功制造了第一辆三轮电动车，在这之后三四十年时间里世界首辆车速超过100公里每小时的汽车就是电动车，直到1899年，由比利时工程师卡米乐设计的名为“从不满意”的铝制车身汽车，现在保存在法国贡批尼博物馆中。到了1890年在全世界4200辆汽车中，已经有38%为电动汽车。到了1911年，就已经有了电动出租车在巴黎和伦敦街头上运营，到了1912年在美国更有至少3.4辆电动车运行。但是后来由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60年代末，电动车的发展就进入了一个沉寂期，电动车渐渐被人们忽视。70年代时，由于中东石油危机的爆发，给世界各国政界一次不小的打击，人类对可再生能源开始日益关注，电动车又再度成为技术发展的热点。近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能。现在，世界上除了已存在的能源问题之外，环境保护问题也逐渐成为了各方面所关心的重大课题，内燃机车排放污染，给全球的环境带来灾害性的影响，这又是电动车发展的一个机遇，电动车的几乎没有污染的有点，使其成为当代交通工具发展的主要方向。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。电动车整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。二、电动车驱动系统选择（一）电动车驱动系统介绍电动车驱动系统是电动车的心脏，它的主要功能是使电能转变为机械能，并通过传动系统将能量传递到车轮驱动车辆行驶。它对于合理使用有限电池储能，提高电动车车性能等有重要影响。电动车驱动系统包括电机和控制器。控制器主要由功率模块（电源的电子开关线路）和控制模块（包括微处理器和相应软件）组成。控制器的作用是将动力源的电能转变为适合于电机运行的另一种形式的电能，所以电机控制器本质上是一个电能变换控制装置。当控制器选择恰当时，驱动系统的性能决定于电机（二）电动车对电机的要求电动车常用电机一般是直流电机，用有。无永久磁铁分类，有永磁电机和串激电机两类。电机旋转的部分叫转子，不转动的部分叫定子。永磁电机的转子或者定子有一个是永久磁铁，另一个则是漆包线绕制的线包；串激电机(也叫串励电机)的转子和定子都是漆包线绕制的线包。同样功率的电机，永磁电机比串激电机省电。永磁电机的磁铁怕高温，质量差的低于110度就会退磁(如普通铁氧体),好的可到140度(如铷铁硼)；串激电机没有永久磁铁，不存在这个问题。目前市场上的货运三轮，电机功率一般在400瓦900瓦，都使用串激电机，串激电机属于有刷电机。代步三轮有300瓦左右就行了，一般使用永磁电机。电动自行车电机一般为180瓦250瓦，电动摩托350瓦500瓦，这两种车也使用永磁电机。（三）选择永磁无刷直流电动机的原因1.永磁无刷直流电动机的介绍 永磁无刷直流电动机调速系统中的驱动器一般采用电压源型脉宽调制（pwm）交-直-交变频器。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响：谐波造成电机发热，能耗增加，引起电磁和机械噪声。二要看对电网的谐波污染和输入功率因数。这两方面，对于在量大面广的家用电器中的应用尤为重要，它直接关系到能量的节省、噪音对环境的影响和对电网的污染。由高开关频率自关断器件组成的pwm交-直-交变频器再加上合理的控制可以达到较高的性能。全面替代直流电机调速、全面替代变频器+变频电机调速、全面替代异步电机+减速机调速 。低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载 ；正反频繁换向运行、正反转速度分别可调、正反间隔时间分别可调 ；转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小 ；即可以使用交流电机又可使用直流电 ；无级调速，调速范围广，过载能力强 ；体积小、重量轻、出力大 ；软启软停、制动特性好，可省去原有的机械制动或电磁制动装置 ；效率高，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速损耗，综合节电率可达20%60%，仅节电一项一年可收回购置成本 ；可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单； ；耐颠簸震动，噪音低，震动小，运转平滑，寿命长；无刷结构，没有无线电干扰，不产生火花，特别适合爆炸性场所，有防爆型。2.永磁无刷直流电动机的优势永磁无刷直流电机特点: （1）效率高 永磁电机转子既无铜耗又无铁耗，效率在92以上。（2）节能特性好 脉动的吸取电瓶电流，使电瓶能发挥最大效能，电动车滑行时电机能有效的为电瓶充电，充分体现了该机的节能特性。（3）起动转矩大 2.5倍以上的起动转矩，3-4倍的过载倍数，足以使电动车驻坡起动容易。（4）无极调速 该电机为无极平滑调速，操作平稳方便，敏捷。 体积小 重量轻 特殊的结构和采用高性能的永磁体，硅钢片使电机结构简单、体积小、重量轻。（5）无与伦比的优越性 具有交流电机的结构，直流电机的特性，取消碳刷换向器，维修简单，显示真正无刷直流电机的优越性。 理想的“环保”之选 具有特殊的调速系统，造就了低噪声的电机。不污染空气，是理想的环保产品。3.永磁无刷直流电动机的控制系统控制原理从电机转子位置检测器送来的三相位置检测信号（SA,SB,SC）一方面送入 ) MC33035，经芯片内部译码电路结合正反转控制端、起汀制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的6路原始控制信号，永磁无刷电机控制器其中，三相下桥开关信号还要按无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。永磁无刷电机控制器处理后的三相下桥 PWM 控制信号 （Ar ,Br, Cr）经过驱动电路整形、放大后，施加到逆变器的6个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流。另一方面，转子位置检测信号还送入 MC33039 经 F/V转换，得到一个频率与电机转速成正比的脉冲信号 FB。使用电压 交流220V/660V或直流24V-680V 输出功率 3KW-220KW 输出转矩 10Nm4000Nm 低速大转矩输出转速 0-6000rpm 连续可调, 位置传感器 霍尔、编码器、旋变 任选防护等级 IP54 可供防暴绝缘等级 H级 F级考核 典型应用机床电器 钢铁电力 石油化工 军事工业 注塑机械 挤出机械 纺织设备 牵引设备 矿山设备三、电路设计（一）电路原理电动机是一种把电能转变为机械能的机械。它的基本原理是利用带电导体和磁场间的相互作用而把电能变为机械能。电动机结构主要包括两部分：转子和定子。转子为电动机的旋转部分，由转轴座组成，导体绕组的排列方式决定电动机的类型及其特性。（二）控制电路（三）驱动电路两种驱动电路在开通时能提供基本相同的驱动电流驱动MOSFET开通，但在MOSFET关 断时，分立器件驱动电路因为有三极管放电，所以能提供更大的放电电流关闭MOSFET，而半桥驱动电路由于要经过栅极电阻放电，所以放电电流相对较小，导 致MOSFET关闭时间过长，开关损耗相应增加。解决的办法可以是在驱动电阻上反并联一只二极管并增加一个放电的PNP三极管。分立器件驱动电路用的器件较多，可靠性相对没有半桥芯片的驱动电路高。但前提条件是半桥驱动芯片的驱动电路要设计合理。（四）总电路图四、主要器件性能及原理（一）单片机单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮，也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行，家用PC的也是承受不了的。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。1.中央处理器(CPU)主频也叫时钟频率，单位是MHz，用来表示CPU的运算速度。CPU的主频外频倍频系数。很多人认为主频就决定着CPU的运行速度，这不仅是个片面的，而且对于服务器来讲，这个认识也出现了偏差。至今，没有一条确定的公式能够实现主频和实际的运算速度两者之间的数值关系，即使是两大处理器厂家Intel和AMD，在这点上也存在着很大的争议，我们从Intel的产品的发展趋势，可以看出Intel很注重加强自身主频的发展。像其他的处理器厂家，有人曾经拿过一快1G的全美达来做比较，它的运行效率相当于2G的Intel处理器。所以，CPU的主频与CPU实际的运算能力是没有直接关系的，主频表示在CPU内数字脉冲信号震荡的速度。在Intel的处理器产品中，我们也可以看到这样的例子：1 GHz Itanium芯片能够表现得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一样快，或是1.5 GHz Itanium 2大约跟4 GHz Xeon/Opteron一样快。CPU的运算速度还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。 当然，主频和实际的运算速度是有关的，只能说主频仅仅是CPU性能表现的一个方面，而不代表CPU的整体性能。 外频是CPU的基准频率，单位也是MHz。CPU的外频决定着整块主板的运行速度。说白了，在台式机中，我们所说的超频，都是超CPU的外频（当然一般情况下，CPU的倍频都是被锁住的）相信这点是很好理解的。但对于服务器CPU来讲，超频是绝对不允许的。前面说到CPU决定着主板的运行速度，两者是同步运行的，如果把服务器CPU超频了，改变了外频，会产生异步运行，（台式机很多主板都支持异步运行）这样会造成整个服务器系统的不稳定。 目前的绝大部分电脑系统中外频也是内存与主板之间的同步运行的速度，在这种方式下，可以理解为CPU的外频直接与内存相连通，实现两者间的同步运行状态。2.数据存储器SRAM是英文Static RAM的缩写，它是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。不像DRAM内存那样需要刷新电路，每隔一段时间，固定要对DRAM刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，因此SRAM具有较高的性能，但是SRAM也有它的缺点，即它的集成度较低，相同容量的DRAM内存可以设计为较小的体积，但是SRAM却需要很大的体积，所以在主板上SRAM存储器要占用一部分面积，在主板上哪些是SRAM呢？ 一种是置于CPU与主存间的高速缓存，它有两种规格：一种是固定在主板上的高速缓存（Cache Memory ）；另一种是插在卡槽上的COAST（Cache On A Stick）扩充用的高速缓存，另外在CMOS芯片1468l8的电路里，它的内部也有较小容量的128字节SRAM，存储我们所设置的配置数据。还有为了加速CPU内部数据的传送，自80486CPU起，在CPU的内部也设计有高速缓存，故在Pentium CPU就有所谓的L1 Cache（一级高速缓存）和L2Cache（二级高速缓存）的名词，一般L1 Cache是内建在CPU的内部，L2 Cache是设计在CPU的外部，但是Pentium Pro把L1和L2 Cache同时设计在CPU的内部，故Pentium Pro的体积较大。最新的Pentium II又把L2 Cache移至CPU内核之外的黑盒子里。SRAM显然速度快，不需要刷新的*作，但是也有另外的缺点，就是价格高，体积大，所以在主板上还不能作为用量较大的主存。现将它的特点归纳如下：（1）优点，速度快，不必配合内存刷新电路，可提高整体的工作效率。 （2）缺点，集成度低，功耗较大，相同的容量体积较大，而且价格较高，少量用于关键性系统以提高效率。 （3）SRAM使用的系统： （4）CPU与主存之间的高速缓存。 （5）CPU内部的L1L2或外部的L2高速缓存（6）CPU外部扩充用的COAST高速缓存。 （7）CMOS 146818芯片（RTCMOS SRAM）。3.程序存储器ROM 指的是“只读存储器”，即Read-Only Memory。这是一种线路最简单半导体电路，通过掩模工艺， 一次性制造，其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉)，不能进行修改。这玩意一般在大批量生产时才会被用的，优点是成本低、非常低，但是其风险比较大，在产品设计时，如果调试不彻底，很容易造成几千片的费片，行内话叫“掩砸了”！ PROM 指的是“可编程只读存储器”既Programmable Red-Only Memory。这样的产品只允许写入一次，所以也被称为“一次可编程只读存储器”(One Time Progarmming ROM，OTP-ROM)。PROM在出厂时，存储的内容全为1，用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0(部分的PROM在出厂时数据全为0，则用户可以将其中的部分单元写入1)， 以实现对其“编程”的目的。PROM的典型产品是“双极性熔丝结构”，如果我们想改写某些单元，则可以给这些单元通以足够大的电流，并维持一定的时间，原先的熔丝即可熔断，这样就达到了改写某些位的效果。另外一类经典的PROM为使用“肖特基二极管”的PROM，出厂时，其中的二极管处于反向截止状态，还是用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管”，造成其永久性击穿即可。 EPROM 指的是“可擦写可编程只读存储器”，即Erasable Programmable Read-Only Memory。它的特点是具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程，但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。这一类芯片特别容易识别，其封装中包含有“石英玻璃窗”，一个编程后的EPROM芯片的“石英玻璃窗”一般使用黑色不干胶纸盖住，以防止遭到 阳光直射。 EEPROM 指的是“电可擦除可编程只读存储器”，即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。它的最大优点是可直接用电信号擦除，也可用电信号写入。EEPROM不能取代RAM的原应是其工艺复杂， 耗费的门电路过多，且重编程时间比较长，同时其有效重编程次数也比较低。 Flash memory 指的是“闪存”，所谓“闪存”，它也是一种非易失性的内存，属于EEPROM的改进产品。它的最大特点是必须按块(Block)擦除(每个区块的大小不定，不同厂家的产品有不同的规格)，而EEPROM则可以一次只擦除一个字节(Byte)。目前“闪存”被广泛用在PC机的主板上，用来保存BIOS程序，便于进行程序的升级。其另外一大应用领域是用来作为硬盘的替代品，具有抗震、速度快、无噪声、耗电低的优点，但是将其用来取代RAM就显得不合适，因为RAM需要能够按字节改写，而Flash ROM做不到。4.定时器/计数器16位的定时器/计数器实质上就是一个加1计数器，其控制电路受软件控制、切换。当定时器/计数器为定时工作方式时，计数器的加1信号由振荡器的12分频信号产生，即每过一个机器周期，计数器加1，直至计满溢出为止。显然，定时器的定时时间与系统的振荡频率有关。因一个机器周期等于12个振荡周期，所以计数频率fcount=1/12osc。如果晶振为12MHz，则计数周期为：T=1/（12106）Hz1/12=1s 这是最短的定时周期。若要延长定时时间，则需要改变定时器的初值，并要适当选择定时器的长度（如8位、13位、16位等）。当定时器/计数器为计数工作方式时，通过引脚T0和T1对外部信号计数，外部脉冲的下降沿将触发计数。计数器在每个机器周期的S5P2期间采样引脚输入电平。若一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。此后的机器周期S3P1期间，新的计数值装入计数器。所以检测一个由1至0的跳变需要两个机器周期，故外部事年的最高计数频率为振荡频率的1/24。例如，如果选用12MHz晶振，则最高计数频率为0.5MHz。虽然对外部输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某给定电平在变化前至少被采样一次，外部计数脉冲的高电平与低电平保持时间均需在一个机器周期以上。 当CPU用软件给定时器设置了某种工作方式之后，定时器就会按设定的工作方式独立运行，不再占用CPU的操作时间，除非定时器计满溢出，才可能中断CPU当前操作。CPU也可以重新设置定时器工作方式，以改变定时器的操作。由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。综上所述，我们已知定时器/计数器是一种可编程部件，所以在定时器/计数器开始工作之前，CPU必须将一些命令（称为控制字）写入定时/计数器。将控制字写入定时/计数器的过程叫定时器/计数器初始化。在初始化过程中，要将工作方式控制字写入方式寄存器，工作状态字（或相关位）写入控制寄存器，赋定时/计数初值。5.并行I/O口并行I/O口：MCS51系列单片机芯片内部集成有四个并行I/O口（P0P3），共32条I/O线，每一个I/O线都能独立地用作输入或输出。8位同时使用可实现8位数据同时传送。（1）并行IO口的功能P0P3口的第一功能：作通用输入输出口，用于连接外部设备P0、P2、P3口的第二功能：P0、P2口用于扩展外部总线（2）各口的位结构原理每个口中由8位锁存器构成一个8位的特殊功能寄存器，即P0P3寄存器。P0口要外接上拉电阻，以满足输出高电平的需要。P0P3口作输入口时，要向口内的锁存器写1。（3）IO口的负载能力每条I/0线的最大电流为1mA。（4）输入输出操作有三种操作方式：输出数据方式、读锁存器方式和读引脚方式。6.串行I/O口目前普遍采用的MCS51 和PIC 系列单片机通常只有一个（或没有）UART异步串行通信接口，在应用系统中若需要多个串行接口（例如在多机通信系统中，主机既要和从机通信又要和终端通信）的情况下，通常的方法是扩展一片8251 或 8250 通用同步/异步接收发送芯片（USART），需额外占用单片机I/O 资源。本文介绍一种用单片机普通I/O 口实现串行通信的方法，可在单片机的最小应用系统中实现与两个以上串行接口设备的多机通信。（1）串行接口的基本通信方式 串行接口的有异步和同步两种基本通信方式。异步通信采用用异步传送格式,数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。在异步通信中，起始位占用一位（低电平），用来表示字符开始。其后为7 或8 位的数据编码，第8 位通常做为奇偶校验位。最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。上述字符格式通常作为一个串行帧，如无奇偶校验位，即为常见的N.8.1帧格式.串行通信中，每秒传送的数据位称为波特率。如数据传送的波特率为1200 波特，采用N.8.1 帧格式（10 位），则每秒传送字节为120 个，而字节中每一位传送时间即为波特率的倒数：T=I/1200=0.833ms。同样，如数据传送的波特率为9600 波特，则字节中每一位传送时间为T=1/9600=0.104 ms。根据数据传送的波特率即字节中每一位的传送时间，我们便可用普通I/O 口来模拟实现串行通信的时序。（2）硬件电路 89C51 单片机通过普通I/O 口与PC 机RS232 串口实现通信的硬件接口电路，由于PC 系列微机串行口为RS232C 标准接口，与输入、输出均采用TTL 电平的89C51 单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到RS232 接口电平的转换采用MAXIM 公司的MAX232 标准RS232接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V15V）和逻辑“0”（+3V15V）的电平转换（3）接口程序设计软件设计中，89C51 单片机的P1.0 和P1.1 口分别模拟串行通信的发送和接收，其接口程序主要由INPUT 发送子程序和OUTPUT接收子程序组成。通信速率1200 bit /s，帧格式为N.8.1。发送时，先发送一个起始位（低电平），接着按低位在先的顺序发送8 位数据，最后发送停止位。接收时，先判断P1.1 接收端口是否有起始低电平出现，如有则按低位在先的顺序接收8 位数，最后判断P1.1 口是否有停止高电平出现，如有则完成一个数据接收，否则继续等待。其中软件编写要严格按照异步通信的时序进行，每bit 位传送时间间隔按通信速率1200 bit /s计算为833s。7.时钟电路以一个实际的时钟电路来说明定时器的软件编程方法，时钟是最为常见的显示时、分、秒为单位的计时工具，它是典型的应用代表。时钟的最小计时单位是秒，但使用单片机定时器来进行计时，若使用6.0MHz的晶振，即使按工作方式1工作，最大的计时时间也只能到131ms，所以我们可把每个定时时间取125ms，这样定时器溢出8次（125ms*8=1000ms）就得到最小的计时单位秒。而要实现8次计数用软件方法实现是轻而易举的。电路中使用定时器1，以工作方式1工作，定时器进行125ms定时。采用中断方法进行，溢出次数的累计，当计满8次即得到1秒的计时。一个时钟的计时累加，要实现分、时的进位，要用到多种进制，秒、分、时中的进位是十进制，秒向分进位和分想时进位却是六十进制，而每天又有十二小时制或二十四小时制，它们分别又是十二进制和二十四进制。从秒到分和从分到小时可以通过软件累加和数值比较方法实现。（二）A/D转换芯片常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1.积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2.逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（12位）时价格很高。 3.并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 4.-(Sigma?/FONTdelta)调制型（如AD7705） -型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5.电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 7.压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。 8.AD转换器的主要技术指标 （1）分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 （2）转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为了保证转换的正确完成，采样速率(Sample Rate)必须小于或等于转换速率。因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的。常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）。 （3）量化误差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。 （4）偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。 （5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。 （6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。 其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。（三）三端式稳压器7805三端稳压器件:78xx/79xx 系列三端稳压器件是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器，目前也有大量先进的 DC/DC 转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器 LDO等,（例如，NSC 的 LM2940、LM2651、LM5020，MAXIAM 的 MAX1747 等等）。 78xx/79 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用.如7805，7806，7809，7812，7815，7824，（79）。以及三瑞可调（LM317,337,338.） 78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项： （1）输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； （2）输出电流不能太大，1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿； （3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差。 1.启动电路在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当输入电压V1接通后，这些恒流源难以自行导通，以致输出电压较难建立。因此，必须用启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电流。启动电路由T1、T2、DZ1组成。当输入电压V1高于稳压管DZ1的稳定电压时，有电流通过T1、T2，使T3基极电位上升而导通，同时恒流源T4、T5也工作。T4的集电极电流通过DZ2以建立起正常工作电压，当DZ2达到和DZ1相等的稳压值，整个电路进入正常工作状态，电路启动完毕。与此同时，T2因发射结电压为零而截止，切断了启动电路与放大电路的联系，从而保证T2左边出现的纹波与噪声不致影响基准电压源。 2.基准电压电路基准电压电路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2组成，电路中的基准电压为 DZ2的稳定电压，VBE为T3、D1、D2发射结（D1、D2为由发射结构成的二极管）的正向电压值。在电路设计和工艺上使具有正温度系数的R1、R2、DZ2与具有负温度系数的T3、D1、D2发射结互相补偿，可使基准电压VREF基本上不随温度变化。同时，对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保证基准电压不受输入电压波动的影响。 3.取样比较放大电路和调整电路这部分电路由T4T11组成，其中T10、T11组成复合调整管；R12、R13组成取样电路；T7、T8和T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、T5组成的电流源作为它的有源负载。 T9、R9的作用说明如下：如果没有T9、R9，恒流源管T5的电流IC5=IC8+IB10，当调整管满载时IB10最大，而IC8最小；而当负载开路时IO=0，IB10也趋于零，这时IC5几乎全部流入T8，使得IC8的变化范围大，这对比较放大电路来说是不允许的，为此接入由T9、R9级成的缓冲电路。当IO减小时，IB10减小，IC8增大，待IC8增大到 0.6V时，则T9导通起分流作用。这样就减轻了T8的过多负担，使IC8的变化范围缩小。 4.减流式保护电路减流式保护电路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4组成，R11为检流电阻。保护的目的主要是使调整管（主要是T11）能在安全区以内工作，特别要注意使它的功耗不超过额定值PCM。5.过热保护电路电路由DZ2、T3、T14和T13组成。在常温时，R3上的压降仅为0.4V左右，T14、T13是截止的，对电路工作没有影响。当某种原因（过载或环境温升）使芯片温度上升到某一极限值时，R3上的压降随DZ2的工作电压升高而升高，而T14的发射结电压VBE14下降，导致T14导通，T13也随之导通。调整管T10的基极电流IB10被T13分流，输出电流IO下降，从而达到过热保护的目的。（四）集成转速传感器KMI15-1集成转速传感器具有灵敏度高、测量范围宽、抗干扰能力强、外围电路简单等好处，是传统的分立式转速传感器的升级换代产品。1. KMI15-1型传感器的性能特点KMI15-1芯片内含高性能磁钢、磁敏电阻传感器和。他利用来完成信号变换功能，其输出的电流信号频率和被测转速成正比，电流信号的变化幅度为7mA14mA。由于其外围电路比较简单，因而非常容易配二次仪表测量转速。KMI15-1器件的测量范围宽，灵敏度高，他的齿轮转动频率范围是025kHz，而且即使在转动频率接近于零时，他也能够进行测量。传感器和齿轮的最大磁感应距离为2.9mm（典型值），由于和齿轮相距较远，因此使用比较安全。该传感器抗干扰能力强，同时具有方向性，他对轴向振动不敏感。另外，芯片内部更有电磁干扰（）滤波器、电压控制器及恒流源，从而确保了其工作特性不受外界因素的影响。KMI15-1的体积较小，其最大外形尺寸为8*6*21mm，能可靠固定在齿轮附近。KMI15-1采用+12v电源供电（典型值），最高不超过16v。工作温度范围宽达-40+85。2. KMI15-1的安装方法KMI15-1应当安装在转动齿轮的旁边。若被测转动工件上没有齿轮，亦可在转盘外缘处钻一个小孔，套上螺扣，再拧上一个螺杆并用弹簧垫圈压紧，以防止受震动后松动，并以此代替齿尖获得转速标记信号。（五）电动车用铅酸蓄电池的维护与保养电池的使用寿命不仅与产品质量及电动车系统配置有关，而且也于使用者使用有很大关系。1.利用电动车多功能特点、人助车动、电助车行、人力电力联动既省力又省电。2.保持足电状态，一次充电骑行超过10公里以上应及时充电，使电池长期处于“满电状态”。（根据铅酸电池特性，电池使用寿命与放电深度有密切关系）3.定期深放电（用电至欠压灯亮），建议没三个月一次。4.“电池不是用坏的，而是充坏的”，不当的使用方式，将严重影响它的使用期限。所以充电时要注意以下事项：（1）在充电中绿灯显示后，应继续充电24小时。冬季应注意不要充电不足、极板硫化，夏季应注意不要过充电、缺少电解液。总之要确保电池真正充足电。（2）电动车在使用23年后，检查整车电路，防止电路老化、短路等故障。（3）电动车在大于正常负载的情况下行驶（一般电动车的正常负载为75公斤），会使电池长时间大电流放电，同样会影响电池寿命。合理使用电池可使它的使用周期加倍。（六）控制器1.控制器的介绍一种电动机控制器，包含：整流器电路，用于将电源变为电源；以及滤波电路；由斩波器电路构成的变换器电路，用于通过利用开关控制操作和电感的储能作用控制电压；电动机驱动装置，由连接到所述变换器电路的输出端和电动机上的逆变器电路构成；变换器控制电路，用于控制所述斩波器电路的开关操作；逆变器控制电路，用于控制驱动所述电动机的所述逆变器电路的开关操作；速度检测器电路，检测所述电动机转子的位置，用于计算所述电动机的速度；速度控制电路，接收所述计算的速度值和速度指令值，用于通过所述逆变器控制电路对所述电动机进行速度控制；以及电压控制电路，接收所述速度控制电路的输出信号，用于根据该输出信号通过所述变换器控制电路控制所述电压。 2.电动车控制器必须具备的功能（1）制动断电电动自行车车把上两个钳形制动手把均安装有接点开关。当制动时，开关被推押闭合或被断开，而改变了原来的开关状态。这个变化形成信号传送到控制电路中，电路根据预设程序发出指令，立即切断基极驱动电流，使功率截止，停止供电。因而，既保护了功率管本身，又保护了电动机，也防止了电源的浪费。（2）欠压保护这里指的是电源的电压。当放电最后阶段，在负载状态下，电源电压已经接近“放电终止电压”，控制器面板（或仪表显示盘）即显示电量不足，引起骑行者的注意，计划自己的行程。当电源电压已经达到放终时，电压取样电阻将分流信息馈入比较器，保护电路即按预先设定的程序发出指令，切断电流以保护电子器件和电源。（3）过流保护电流超限对电机和电路一系列元器件都可能造成损伤，甚至烧毁，这是绝对应当避免的。控制电路中，必须具备这种过电流的保护功能，在过流时经过一定的延时即切断电流。（4）过载保护过载保护和过电流保护是相同的，载重超限必然引起电流超限。电动自行车说明书上都特别注明载重能力，但有的骑行者或未注意这一点，或抱着试一下的心理故意超载。如果没有这种保护功能，不一定在哪个环节上引起损伤，但首当其冲的就是开关功率管，只要无刷控制器功率管烧毁1只，变成两相供电后电动机运转即变得无力，骑行者立即可以感觉到脉动异常；若继续骑行，接着就烧毁第2个、第3个功