CACR-HR10UBY9電動(dòng)自行車系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　為給出電動(dòng)自行車系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案，本文介紹了一款基于賽普拉斯PSoC 4的設(shè)計(jì)。PSoC 4器件*集成了帶數(shù)字可編程邏輯的CACR-HR10UBY9微控制器、高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換、帶比較器模式的運(yùn)算放大器以及標(biāo)準(zhǔn)的通信和時(shí)序外設(shè)等。微控制器為32位的ARM Cortex M0，工作頻率高達(dá)48 MHz，并可提供zui大32 KB的閃存和zui大4 KB的SRAM以及2 KB的內(nèi)部EEPROM.

　　該實(shí)現(xiàn)方案采用板上6個(gè)P型通道（P-Channel）MOSFET和門驅(qū)動(dòng)器電路來驅(qū)動(dòng)三相無刷電機(jī)。PSoC 4器件帶有內(nèi)置PWM、時(shí)鐘、多路轉(zhuǎn)換器和比較器，可用來驅(qū)動(dòng)和控制三相無刷電機(jī)。此外，內(nèi)置的16位PWM將用于驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)的FET門驅(qū)動(dòng)器電路。而 PWM的占空比根據(jù)用戶設(shè)置所需的速度而各不相同。

　　PSoC4帶有內(nèi)部運(yùn)算放大器、PGA、比較器和12位1MSPS SAR ADC，可提供差動(dòng)和單端模式，包括采樣保持（S/H）功能。ADC可通過改變PWM占空比來控制電機(jī)速度，并測量不同的傳感器輸入以滿足電池監(jiān)控、低成本溫度感應(yīng)、障礙感應(yīng)和燃料感應(yīng)等需求。這樣系統(tǒng)就無需采用任何外部放大器、ADC或比較器。

　　CACR-HR10UBY9利用兩個(gè)電流DAC（IDAC），該系統(tǒng)可具備通用感應(yīng)功能，且能夠利用任何引腳上的電容式感應(yīng)技術(shù)。PSoC 4架構(gòu)支持電容式感應(yīng)組件，該組件同時(shí)支持手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)校。采用電容式界面可幫助整個(gè)電動(dòng)自行車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防水性，同時(shí)也能直接驅(qū)動(dòng)繼電器，從而充分滿足喇叭、剎車燈、車頭燈、轉(zhuǎn)向燈和LCD顯示屏等需求。該器件的工作電壓范圍介于1.71V到5.5V之間，能與其它外部外設(shè)輕松連接，從而實(shí)現(xiàn)更多功能。此外，PSoC 4還支持兩個(gè)獨(dú)立的在運(yùn)行中可重配置串行通信模塊（SCB），此模塊帶可重配置的I2C、SPI或UART功能，可用于內(nèi)外部外設(shè)通信。

　　該實(shí)現(xiàn)方案采用可再充電的鉛酸或鋰離子電池作為電源。CACR-HR10UBY9輸入電壓通過板上降壓穩(wěn)壓器進(jìn)行下變頻轉(zhuǎn)換。1.71 V的較低工作電壓和超低功耗運(yùn)行，再加上冬眠和深度休眠模式，可支持喚醒時(shí)間和功耗折中方案，從而實(shí)現(xiàn)更長的電池使用壽命。

　　采用PSoC Creator IDE工具，我們能通過隨時(shí)可用的組件模塊設(shè)計(jì)出所有的接口和邏輯，包括面向模擬傳感器和其它輸入的SARADC和PGA;面向電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的PWM、 CLK、MUX和比較器等組件;面向直接驅(qū)動(dòng)字符和段式LCD的組件;面向電動(dòng)自行車應(yīng)用中CAN協(xié)議接口的CAN組件;以及通過內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)測量、從而讓系統(tǒng)不再需要外部時(shí)鐘/振蕩器電路的RTC組件等。

　　此外，CACR-HR10UBY9還支持工程師訪問包括集成編譯器工具鏈、RTOSes和量產(chǎn)編程器在內(nèi)的完整的工具生態(tài)系統(tǒng)。有了PSoC Creator，開發(fā)人員就可利用分層原理圖設(shè)計(jì)創(chuàng)建并共享用戶自定義的定制外設(shè)。然后，他們能對(duì)所選定的組件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布局布線，并集成簡單的粘接邏輯 （通常位于分立多路轉(zhuǎn)換器中）。

　　CACR-HR10UBY9過流保護(hù)用于關(guān)閉電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM，因而可停止電機(jī)運(yùn)行。PSoC 4器件采用基于比較器的PWM Kill信號(hào)觸發(fā)，可在檢測到過流情況時(shí)終止電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該模塊的輸入來自總線電流，其截止參考可設(shè)為電機(jī)消耗的zui大電流?？偩€電流輸入饋送到比較器和可配置的截止參考，并由DAC進(jìn)行設(shè)置。如果總線電流低于參考閾值，那么比較器輸出設(shè)為高。比較器輸出連接到PWM的“KILL”信號(hào)輸入。當(dāng)“KILL”輸入為高時(shí)，PWM輸出關(guān)閉，從而可避免電機(jī)受損。該完整模塊的實(shí)現(xiàn)方案將采用PSoC creator組件，且無需設(shè)計(jì)人員編寫的任何固件。

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