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(tempo)助力：在骑行时，脚踏轴的转动速度(tempo)，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(tempo)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**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(tempo)、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、位践作指令
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(tempo)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（）;
……
