基于ATmega8的新型電動自行車調速控制系統設計

　　摘要：介紹了一種以AVR單片機ATmega8為主控芯片的新型電動自行車調速控制系統的設計方案給出了系統的硬件構成和軟件設計方法。實驗證明：該系統性能可靠、成本較低，是一種實用的無刷直流電動機調速系統。

    關鍵詞：ATmega8；無刷直流電動機；調速控制系統

１ 引言

　　當前，隨著保護環境、節約能源的呼聲日益高漲無污染、能源可多樣化配置的新型交通工具引起了人們的普遍關注，同時也得到了極大的發展，電動自行車便是其中之一１。它以蓄電池發出的電能作為驅動能源，以電動機作動力，具有無廢氣污染、“零排放”、無噪音、輕便美觀等特點特別適合在人口較集中的大中城市中使用。但目前市場上的電動自行車還存在著一些不夠完善的地方，尤其是電機控制方面有待于進一步提高。本文根據無刷直流電機的原理，利用美國Ａｔｍｅｌ公司２００２年推出的一款新型ＡＶＲ高檔單片機ＡＴｍｅｇａ８作為主控芯片設計了一種無刷直流電機調速控制系統，該系統具有硬件結構簡單、軟件設計靈活、適用面廣、價格低廉等優點具有一定的實用價值。

２ ATmega8芯片簡介

　　ＡＴｍｅｇａ系列單片機承襲了ＡＶＲ系列中ＡＴ９０所具有的特點 并增加了更多的接口功能 而且在省電性、穩定性、抗干擾性及靈活性方面都更加周全和完善。ＡＴｍｅｇａ８屬于ＡＴｍｅｇａ系列單片機(ＡＴｍｅｇａ１６／ＡＴｍｅｇａ３２／ＡＴｍｅｇａ６４／ＡＴｍｅｇａ１２８)的一個子集, 其內部集成了較大容量的存儲器和豐富的硬件接口電路, 并且在軟件上能有效支持Ｃ高級語言及匯編語言。

　　ＡＴｍｅｇａ８是一款采用低功耗ＣＭＯＳ工藝生產的基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ(精簡指令集)結構的８位單片機。ＡＶＲ單片機的核心是將３２個工作寄存器和豐富的指令集連接在一起, 所有的工作寄存器都與ＡＬＵ(算術邏輯單元)直接相連, 可在一個時鐘周期內用一條指令同時訪問(讀寫)２個獨立的寄存器。這種結構可提高代碼效率,使得大部分指令的執行時間僅為一個時鐘周期，故可達到將近１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ的性能, 運行速度比普通單片機高出１０倍。ＡＴｍｅｇａ８的主要性能特點如下:

　　(１)高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微控制器。采用先進的ＲＩＳＣ精簡指令集結構；有１３０條功能強大的指令, 大多數為單周期指令；內含３２個８位通用工作寄存器；工作在１６ＭＨｚ時指令處理速度為１６ＭＩＰＳ。

　　(２)片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器。８ｋ字節的Ｆｌａｓｈ程序存儲器的 可擦寫次數大于１００００次；５１２個字節Ｅ２ＰＲＯＭ的擦寫次數至少可達１０００００次；支持在線編程(ＩＳＰ)和在應用編程(ＩＡＰ)；帶有可編程的程序加密位。

    (３)豐富強大的外部接口。帶有２個帶預分頻的８位定時／計數器、１個帶預分頻的１６位定時／計數器；３個ＰＷＭ 通道可實現任意１６位以內相位和頻率可調的ＰＷＭ 脈寬調制輸出；６通道Ａ／Ｄ轉換；一個Ｉ２Ｃ串行接口、一個可編程的ＵＳＡＲＴ接口、一個支持主／從、收／發的ＳＰＩ同步串行接口；帶片內ＲＣ振蕩器的可編程看門狗定時器；片內模擬比較器。

　　(４)具有特殊的微控制器性能。內含可控制的上電復位延時電路和可編程的欠電壓檢測電路；芯片內部和外部共有１８個中斷源；５種休眠模式(空閑、ＡＤＣ噪聲抑制、省電、掉電、待命)。

３ 系統硬件設計

　　整個系統主要包括轉子位置檢測電路、測速電路、調速電路、ＭＯＳＦＥＴ全橋電路、限流電路等，圖１所示是其原理框圖。其中無刷直流電機由電動機本體、轉子位置檢測器和電子開關電路三部分組成。直流電源通過開關電路向電動機定子繞組供電，位置檢測器可隨時檢測轉子的位置，并根據轉子的位置信號來控制開關管的導通和截止，從而實現電子換向。

３．１ 轉子位置檢測電路

　　本設計中的無刷直流電動機有２對磁極定子繞組采用三相型接法３個霍爾位置傳感器的空間間距為６０