電動(dòng)自行車應(yīng)用中的MCU

　　無傳感器的電機(jī)控制

　　無傳感器的電機(jī)控制不需要霍爾傳感器，而是采用反電動(dòng)勢(shì)(back-EMF)過零檢測(cè)技術(shù)來控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)繞組生成的電壓稱為與繞組供電主電壓相反的反電動(dòng)勢(shì)電壓。反電動(dòng)勢(shì)的極性與繞組激勵(lì)所用電壓的方向相反，并與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。

　　圖3：基于PSoC的無傳感器電機(jī)控制

　　在圖3中，三相反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)終止而DC總線擴(kuò)展并路由到PSoC.PSoC將采用多路復(fù)用器切換到比較器的終止輸入，并將其與DC總線電壓進(jìn)行比較。級(jí)聯(lián)的數(shù)字邏輯將過濾出PWM信號(hào)，以獲得真正的過零信號(hào)。微控制器將根據(jù)該信息決定換向。

　　可選的電流控制將被應(yīng)用于PWM輸出控制，從而對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。此內(nèi)環(huán)以比較器為基礎(chǔ)：反饋總線電流與12位DAC提供的參考電流值進(jìn)行比較。改變DAC輸出將修改輸出電流值。

　　基于傳感器的(霍爾效應(yīng))電機(jī)控制

　　基于傳感器的無刷電機(jī)控制采用霍爾傳感器輸入來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。它為微控制器提供霍爾傳感器輸入，并作為閉環(huán)系統(tǒng)工作，這有助于實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)速度鎖定。

　　設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　高性能智能微控制器需要更高M(jìn)IPS性能的CPU內(nèi)核、更快速的ADC(>= 500Ksps @ 10位)、內(nèi)置閃存和SRAM存儲(chǔ)器、內(nèi)置EEPROM、模擬和數(shù)字外設(shè)來執(zhí)行高性能模擬測(cè)量、CAN接口、三相電機(jī)控制、LCD驅(qū)動(dòng)、低功耗運(yùn)行、RTC、不同外部協(xié)議接口等關(guān)鍵功能。

　　該系統(tǒng)可采用低成本前面板設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)按鍵和LED/LCD界面等不同特性。此外，電容式感應(yīng)技術(shù)可用于在前面板上實(shí)現(xiàn)按鍵、滑條和接近傳感器。在前面板上利用鄰近的LED(PWM型)滿足電容式感應(yīng)性能要求(如信噪比等)，這對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來說可能是一大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　選擇具有低Ron和低柵電容的Power MOSFET正是驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)所必需的。采用高功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電路板以及處理電池輸入的較高板上電流是電路板設(shè)計(jì)人員面臨的另一大挑戰(zhàn)。由于該系統(tǒng)涉及機(jī)電構(gòu)造問題，要設(shè)計(jì)出一款低成本的緊湊型機(jī)電系統(tǒng)極具挑戰(zhàn)，而且還要讓最終設(shè)計(jì)通過認(rèn)證。此外，電動(dòng)自行車系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一次充電能行駛更長(zhǎng)里程的問題。

　　支持恢復(fù)機(jī)制的故障檢測(cè)是所有汽車應(yīng)用都不可或缺的。而且，具有電池保護(hù)、過流、過熱和啟動(dòng)故障狀態(tài)保護(hù)功能的電源設(shè)計(jì)也是一大必要條件。

　　此外，開發(fā)人員可能還希望采用一次性可編程(OTP)的器件來防止競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和黑客對(duì)固件實(shí)施逆向工程。

　　系統(tǒng)局限性

　　PSoC 4支持電容式感應(yīng)技術(shù)，可通過觸摸操控的鍵盤取代機(jī)械按鍵。這不僅可減少由機(jī)械按鍵造成的故障幾率，同時(shí)還可提高產(chǎn)品的可靠性。PSoC Creator支持CapSense SmartSense組件，該組件能自動(dòng)調(diào)校電容式感應(yīng)按鍵和滑條的敏感度，從而使開發(fā)人員無需再進(jìn)行手動(dòng)調(diào)校。此外，電容式感應(yīng)還能提高最終系統(tǒng)的防水性。

　　在前面板上實(shí)現(xiàn)的觸摸屏設(shè)計(jì)取代了LCD顯示屏和鍵盤，這可為用戶提供更好的用戶界面和更高的靈活性。系統(tǒng)還可添加連接iPod/iPhone等外部設(shè)備的接口，通過UART或USB接口實(shí)現(xiàn)與媒體播放器的通信，從而支持播放音樂、控制播放列表和設(shè)備充電等功能。

　　故障分析和返回材料：電路板上內(nèi)外部接口數(shù)量的增加必然會(huì)讓入侵者獲得更多途徑來對(duì)系統(tǒng)實(shí)施破壞。這也是嵌入式系統(tǒng)面臨的一個(gè)最大局限性問題。

　　在汽車應(yīng)用領(lǐng)域中所使用的電動(dòng)自行車系統(tǒng)目前是采用微控制器來實(shí)現(xiàn)。PSoC完美結(jié)合了微控制器和ASIC.采用基于PSoC的電動(dòng)自行車解決方案，可幫助我們降低汽車產(chǎn)業(yè)的整體產(chǎn)品成本(通過減少BOM成本)和項(xiàng)目開發(fā)成本(采用PSoC Creator來實(shí)現(xiàn))。