52单片机电动自行车控制器的设计+无刷直流电机控制(3)
1.3 电动自行车控制器的研究现状及存在的问题
电动车控制器是用来控制电动自行车电机的运行、速度以及其它电子部件的核心器件，它就是电动自行车的大脑，是电动车上最重要的部件。不同车型所对应的控制器因性能不同而各具特点。电动车控制器从结构上可以分两种：分离式和整体式。电动车控制器的设计应兼顾蓄电池和电机的实际使用情况，合理分配蓄电池、控制器和电机之间的关系，将其作为一个整体系统来设计，这样才能得到较为匹配的电动车控制器。
目前来看，电动自行车控制器的控制系统主要有以下几类：
（1）模拟控制系统：由大量分立元件配合少量集成芯片组成的模拟电路构成；
（2）专用控制系统：由控制无刷直流电机的专用高集成度芯片配以外围功能电路构成；
（3）数模混合控制系统以及全数字控制系统：以单片机、高速DSP芯片以及ARM芯片为核心加以外围功能电路构成[4]。
模拟控制系统中的大量分立元件存在着不可消除的参数漂移，而且模拟电路排布复杂、不便于调试，因此电机的可靠性稳定性受到影响，性能难以高效率发挥，在现在的电动车控制器中已经很少采用了。由专用集成电路为核心的控制系统采用无刷直流电机专用控制集成芯片如MC33033、MC33035为主要控制器件，这样可以有效减轻分立元件带来的参数漂移的危害，而且使控制电路的总体体积减小、可靠性提高，但是这类控制器一旦成型，后续功能往往难以扩展，升级不便。这类控制器在初期的电动车中采用较多。近年来DSP和ARM的迅速发展，也为电机控制核心芯片的选择开辟了一种新的途径，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C2xx系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，这些都是由一个以DSP为基础的核心，并结合电机控制所需的外部功能电路，集成在单一芯片内，使控制器整体体积大大缩小、各部分结构紧凑、易于使用、可靠性提高。较为先进的DSP还可以提供专用的事件管理模块用于电机控制，这样一来它在电机矢量控制以及矩阵变换等方面具有显著的优势。未来应用DSP作为电动车控制器的主控芯片是一种势不可挡的趋势。但是目前来看这些专用集成芯片价格较为昂贵，外围电路设计复杂造成文修困难，所以在广大的民用市场难以大规模推广。由于控制器非常注重成本，而DSP和ARM的控制策略的理论研究还不够成熟。因此，在一定时期内这类控制器还不会大规模应用于潜力巨大的民用市场。数模混合控制系统和全数字控制系统采用数字电路和单片机组成硬件系统，控制由主要依靠硬件实现偏向由软件实现，控制比较灵活、功能方便扩展且易实现复杂的控制算法。所以目前这类电动自行车控制器得到广泛的关注和研究[5]。
2. 电动自行车控制器的设计原理及硬件电路
2.1 主要元件的选取
现在市场上大部分电动车生产厂商采用Motorola公司的MC330xx系列无刷直流电机专用集成控制芯片，该芯片包含了无刷电机控制系统必需的基本控制功能。本设计的主控芯片采用AT89S52单片机，不仅能够实现专用集成控制芯片MC33035可以实现的所有功能，而且更容易对系统进行后续升级拓展。
2.1.1 控制芯片的选取
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[6]。AT89S52引脚排列如图1所示。