第二节 应用单片机HT46R47构成的直流电机控制器
虽然由专用芯片TL494构成的控制器，线路简洁，可靠性高，但功能单一，无法实现智能化的高要求，因此，必须借助单片机，采用数字技术来实现。图1-7是用单片机HT46R47（台湾和泰产）构建的控制器原理图，它是一个成熟的产品图，是由天津宏塔电子生产的，型号为ZK3615D，我们以此为典例介绍如下：
1、性能要求
(1)高可靠性功能
防水、防腐、防震，采用环氧树脂全灌封工艺；
能确保在极限条件下安全可靠的工作，可抗拒线路之间的任何相互短路。
(2)智能辅助功能：
①定速：调速转把停留在任意角度（任意车速）且12秒内保持不变时，能将车速锁定（也称“巡航”）即为定速，其方式分为自动和选择定速两种。同时要求在刹车、转把二次归零、响应各种保护功能后能够解除定速。
②速度助力：在骑行时，脚踏轴的转动速度，通过传感器送给控制器，控制器控制电机给出一定的电压，即助力行使；同时要求转把和速度助力控制可自动切换。
③欠压保护：当电池电压下降到预定的欠压值时，控制器能自动侦测，同时关闭PWM输出。
④分段限流保护：在骑行状态下，控制器能自动侦测电池电压，当电池电压下降到预定的电压值时，控制器的最大输出电流值，会随之逐渐减少一定的量，直至到欠压点。
⑤堵转保护：在任何情况下而导致电机停转时，控制器能侦测到，且在2秒后自动停止电机供电，以防止烧坏电路。
⑥上电自检保护：控制器初始上电时，对转把、刹车开关、助力传感器等进行安全检测，控制飞车等不安全故障的出现；同时仪表板能显示故障点。
⑦智能显示：控制器通过数字传输给译码电路通过LED管显示出当前电池电量及当前控制器工作状态（电动、助力、定速、发电）、速度、故障点等。
(3)主要参数指标（以36V为例）
①调速占空比：转把电压为5V时，输出1.3～3.8V，0～100％连续可调
②限流保护值：不大于额定工作电流的2.5倍（15A）
③输出短路保护响应时间：≤12μS
④欠压保护值：41±0.5V（同时要求有5V的滞回宽度）
⑤定速：转把停顿15S后自动定速或选择定速
⑥工作环境温度：－20～45℃
⑦堵转保护：堵转2秒后进入保护
2、线路原理说明
(1)线路原理如图1-7：
(2)单片机HT46R47的外部接口及内部逻辑功能简介
①单片机HT46R47的外部接口如图1-8：
②单片机HT46R47的内部结构逻辑如图1-9：
③单片机HT46R47的基本功能
A、HALD和唤醒功能可降低功耗
B、在VDD＝5V，系统频率为8MHZ时，指令周期为0.5μS
C、欠压监控保护、刹车关闭电路
D、终端功率斩波电路
E、一个8位的PWM（脉宽可调）输出通道，与输入/输出口共用引脚
F、位操作指令
G、查表指令，表格内容字长14位
H、63条指令
I、指令执行时间为1或2个指令周期
J、低电压复位功能
(3)单片机HT46R47各脚的定义，如图1-10：
(4)线路设计说明
HT46R47有2K×14的程序空间，比业内很多品牌的MCU多1K程序，可有更多的程序空间实现辅助功能。用A/D转换完成：转把采样、电流采样、电池电压测量、PWM输出控制电机转速、巡航定速（手动、自动）、助力功能、制动断电、故障自检、防飞车、显示故障点等诸多功能。利用内部振荡器，只要在OSCI上接电阻R11、C10即可产生8MHZ时钟。
①欠压保护：由R3、R4、C5构成分压电路，电源经R3、R4所分得的电压输入到MCUA/D口适时监控电源电压，一旦低于所设定的电压值MCU便产生中断，进入欠压保护状态。
②助力：助力脉冲信号给MCU5脚。
③转把、限速：转把电压1～4V信号，输入给MCU6脚A/D口，外部限速经一下拉电阻，将转把电压下拉一定的幅值（R5、R6分压）。
④显示电路：由MCU的2、3、4脚输出指令数据，与外设译码电路串口联结，构成显示电路，实时显示电动自行车的运行状态。
⑤刹车：MCU的18脚接刹车信号，当18脚电压为低电平时，即刹车接地，MCU产生中断，PWM输出停止。
⑥模式选择：MCU的1脚接模式选择信号，当1脚电压为低电平时，即模式选择。
⑦电流闭环控制回路
由外设IC6A、R28、R29构成的同相放大器、检测信号电阻R26、及R42、C17构成的RC滤波电路、和MCU（内部9位A/D）的8脚输入口构成电流闭环控制回路。工作过程是：从R26上获取压降，既电流检测信号，RC滤波后输入到放大电路的输入端，再经放大后为MCU（8脚）A/D提供电流检测信号，形成电流回路的闭环控制。
⑧PWM终端功率斩波电路
主要由MOS功率开关管T5、快恢复二极管D3、电机M、施密特放大器（T1、T2、T3、D2、）等构成，工作过程是：MCU的PWM信号为高电平时，经三级开关放大为MOS管栅极电压，使MOS管导通；PWM信号为低电平时，T1截止、T2导通，MOS管栅极电压为低，使MOS管关断。快恢复二极管D3的作用是：将电机关断时所产生的反电势续流。
⑨输出短路中断保护电路
由外设IC6B及R42、R43基准分压电路构成比较器与MCU的内部中断口17脚构成，检测信号从功率斩波电路中R26上取得，短路电流超过预设值后，比较器的输出由原来的低电平转为高电平到17脚，使MCU产生中断，实现输出短路保护。
⑩稳压电路
由降压电阻R1、集成稳压块IC3构成。
电源电压经R1降压后，稳压管Z1将电压钳位在15V，再经稳压块78L05稳压在5V。
3、软件设计
软件设计主要包括以下几个功能模块
(1)上电自检
(2)面板显示通讯程序
(3)助力信号测量
(4)转把控制
(5)电机速度控制
(6)电池电压测量
(7)定速刹车等控制
4.软件运行流程，如图1-11：
5.软件部分源代码（C语言）
注：单片机HT46R47资源定义部分，可结合HT46R47资料阅读。
voidInitial(){//MCU初始化
#asm
mova,40h
mov[01h],a
clrram:
clr[00h]
inc[01h]
mova,0ffh
suba,[01h]
snz[0ah].2
jmpclrram
#endasm
_pwm=0x00;
_pdc=0x00;//0000,0000
_pd=0x00;
_pac=0x78;//0111,1000
_pbc=0x0f;//0000,1111
_pa=0x00;
//_pb=0x00;
_intc=0x06;
_tmr=0x00;//初始化一下定时器0，和定时器1
_tmrc=0x83;//0x83;//1000,0011;8分频1M4US*256=2MS
}
voidisr_8()//定时哭中断
{
TMR*ptmr;//;为记时器处理*
INT8Ui;
ptmr=&TmrTbl[0];
for(i=0;i<TMR_MAX_TMR;i++){
if(ptmr->TmrEn==TRUE){
if(ptmr->TmrCtr>0){
ptmr->TmrCtr--;
if(ptmr->TmrCtr==0){
ptmr->TmrEn=FALSE;ptmr->TmrEnd=TRUE;
}
}
}
ptmr++;
}
}
voidLedScan()//74LS164显示驱动
{
INT8Uj;
if((DispSegEn[0]=1)|(DispSegEn[1]=1)){
for(DispSegTblIX=0;DispSegTblIX<2;DispSegTblIX++){
dispscan=DispSegTbl[DispSegTblIX];
for(j=0;j<8;j++){
SCL_164=0;
if(dispscan&0x80){
SDA_164=0;
}else{
SDA_164=1;
}
SCL_164=1;
dispscan<<=1;
}
}
DispSegEn[0]=0;
DispSegEn[1]=0;
}
}
voidHandCheck()//转把计算
if(HandVol>HAND_VOL_MIN){
if((HandVol-HAND_VOL_MIN)>127){
PwmValHand=0xFF;
}else{
PwmValHand=(HandVol-HAND_VOL_MIN)<<1;//PWM输出
}
if(PwmValHand>=PWM_OUT_MAX){
PwmValHand=PWM_OUT_MAX;
}
}else{
PwmValHand=0;
}
}
voidisr_4(){//短路保护
PWM_OUT_IO=0;
RunErr=TRUE;
}
voidmain()
{
_pwm=0x00;
if(_to==0){
Initial();
}
_clrwdt();
TmrInit();//记时器初始化
TmrSetT(0,0x03);//24ms测一次手柄
TmrStart(0);
TmrSetT(1,0x50);//自检时测手柄间隔
TmrStart(1);
TmrSetT(2,0x02);//4MS测助力
TmrStart(2);
while(1){
_clrwdt();
KeyMenu();
HlpPower();//助力
HandCheck();//手柄采样
BatCheck();//电池测量
PwmValCu（）;
……
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