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电动自行车应用中的MCU

/?? 2014年01月21日 ?? 收藏0

电动自行车系统的实现

为给出电动自行车系统的实际实现方案,本文介绍了一款基于赛普拉斯PSoC 4的设计。PSoC 4器件完美集成了带数字可编程逻辑的微控制器、高性能模数转换、带比较器模式的运算放大器以及标准的通信和时序外设等。微控制器为32位的ARM Cortex M0,工作频率高达48 MHz,并可提供最大32 KB的闪存和最大4 KB的SRAM以及2 KB的内部EEPROM.

该实现方案采用板上6个P型通道(P-Channel)MOSFET和门驱动器电路来驱动三相无刷电机。PSoC 4器件带有内置PWM、时钟、多路转换器和比较器,可用来驱动和控制三相无刷电机。此外,内置的16位PWM将用于驱动控制电机的FET门驱动器电路。而PWM的占空比根据用户设置所需的速度而各不相同。

PSoC4带有内部运算放大器、PGA、比较器和12位1MSPS SAR ADC,可提供差动和单端模式,包括采样保持(S/H)功能。ADC可通过改变PWM占空比来控制电机速度,并测量不同的传感器输入以满足电池监控、低成本温度感应、障碍感应和燃料感应等需求。这样系统就无需采用任何外部放大器、ADC或比较器。

利用两个电流DAC(IDAC),该系统可具备通用感应功能,且能够利用任何引脚上的电容式感应技术。PSoC 4架构支持电容式感应组件,该组件同时支持手动和自动调校。采用电容式界面可帮助整个电动自行车系统实现防水性,同时也能直接驱动继电器,从而充分满足喇叭、刹车灯、车头灯、转向灯和LCD显示屏等需求。该器件的工作电压范围介于1.71V到5.5V之间,能与其它外部外设轻松连接,从而实现更多功能。此外,PSoC 4还支持两个独立的在运行中可重配置串行通信模块(SCB),此模块带可重配置的I2C、SPI或UART功能,可用于内外部外设通信。

该实现方案采用可再充电的铅酸或锂离子电池作为电源。输入电压通过板上降压稳压器进行下变频转换。1.71 V的较低工作电压和超低功耗运行,再加上冬眠和深度休眠模式,可支持唤醒时间和功耗折中方案,从而实现更长的电池使用寿命。

采用PSoC Creator IDE工具,我们能通过随时可用的组件模块设计出所有的接口和逻辑,包括面向模拟传感器和其它输入的SARADC和PGA;面向电机驱动应用的PWM、CLK、MUX和比较器等组件;面向直接驱动字符和段式LCD的组件;面向电动自行车应用中CAN协议接口的CAN组件;以及通过内部系统时钟进行实时测量、从而让系统不再需要外部时钟/振荡器电路的RTC组件等。

此外,PSoC Creator还支持工程师访问包括集成编译器工具链、RTOSes和量产编程器在内的完整的工具生态系统。有了PSoC Creator,开发人员就可利用分层原理图设计创建并共享用户自定义的定制外设。然后,他们能对所选定的组件实现自动布局布线,并集成简单的粘接逻辑(通常位于分立多路转换器中)。

过流保护用于关闭电机驱动PWM,因而可停止电机运行。PSoC 4器件采用基于比较器的PWM Kill信号触发,可在检测到过流情况时终止电机驱动。该模块的输入来自总线电流,其截止参考可设为电机消耗的最大电流。总线电流输入馈送到比较器和可配置的截止参考,并由DAC进行设置。如果总线电流低于参考阈值,那么比较器输出设为高。比较器输出连接到PWM的“KILL”信号输入。当“KILL”输入为高时,PWM输出关闭,从而可避免电机受损。该完整模块的实现方案将采用PSoC creator组件,且无需设计人员编写的任何固件。


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