SPMC75F2313A在电动自行车中的应用
引 言
我国是世界上把自行车作为交通工具和使用量最大的国家，目前自行车拥有量近5亿辆，其中电动自行车近年来发展迅猛，产量连年成倍增长，2004年产量已达到676万辆，2005年也在1000万辆左右。长三角、珠三角、环渤海湾则是电动车的重要生产基地。业界人士称，在5亿辆的自行车中，如果其中的10％以电动自行车替代，就是5000万辆，以平均每辆2000元来计算，最保守的估计也是1000亿元的大蛋糕，市场前景十分广阔。
这篇文章的主要目的是希望能够大力推动SPMC75系列芯片的应用，并根据国家标准验证其性能，走进国内各家电生产厂家。
1工作原理
电动自行车是具有电力驱动、脚踏驱动、电力和脚踏并用等功效的绿色环保交通工具。电动自行车的原理和结构都不复杂，可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成(见图 1?1)。蓄电池经过一个控制器给一个电机送电，电机放在后车轮中，电机的旋转带动自行车的行进。电动自行车的控制器连接一个调速手柄，在脚踏中轴上装有助力传感器，转动调速手柄可以让控制器检测到不同的电压值，控制器根据电压值大小，模拟调节输送给电机电压的高低，从而控制了电机的转速。
图 1－1电动自行车控制方框图
控制器无刷电机控制的方法是根据电机的位置反馈信号，控制电机三相驱动上下臂MOS管的导通和截止，从而实现电子换向。如下图所示，电机为三角形连接，三相驱动上下臂各MOS管导通顺序组合为:V1-V2，V2-V3, V3-V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6。
图 1－2驱动电路
2系统方框图
电动自行车采用SPMC75F2313A作为主控MCU。MCU主要任务是进行1：1助力、调速电压检测、电池电压检测、电流检测、过流中断检测、3路霍尔位置检测、在线调试功能、异常显示输出、刹车控制、6路电机驱动输出、速度显示接口、高速限速。系统方框图如下：
3控制器电气规格
★使用马达：直流无刷 ★输出功率：500W
★输入电压：48/36V DC ★额定电流：低速(35A)/高速(25A)
★使用温度：-40度～120度 ★欠压保护：41V/31V±1V
★控制器耗电量：正常模式3瓦，省电模式1.5瓦
4控制器功能介绍
◆零启动 ◆1:1助力
◆自动巡航 ◆自动辨向
◆速度显示 ◆堵转断电
◆高速限速 ◆刹车控制
◆反转无阻尼 ◆启动低噪音
◆智能省电模式◆故障显示输出
◆电机相角120度◆电子软刹车（EBS）
◆MCU内建位置检测抗干扰界面
4.1 电机相角
可提供给霍尔讯号相差120度电机使用。
4.2 1:1助力
1:1助力是指在没有旋转调速车把，电动车电源打开时，电动车会根据骑行者的骑行速度提供1:1助力。
4.3 电子软刹车（EBS）
提供智能电子煞车功能，保证在煞车后、较短距离内稳住车辆。
4.4 欠压保护
提供准确的电压侦测，并由软件判别，可精准的掌握电池电压值、且不会在欠压边界开开关关，可避免过度放电，损害电池。此低电压值可由软件设定。
4.5 自动辨相
可提供使用者任意连接马达三条线，并由外部输出线决定是否进行识别变相。
4.6 速度显示
直接回馈马达电压讯号或是霍尔讯号，提供仪表指示使用
4.7 自动巡航
把手柄转到所需的角度，使电动车达到某一行车速率，在8秒(时间可设定)内不转动，则电动车就可以让车子保持在这个速度上。按下煞车可解除巡行功能或转把回复后再转动即可解除。
4.8 输出电压波形
提供方波电压波形输出。
4.9 翻转无阻尼
向后推进无阻力，倒转轻松。
4.10 堵转断电
由软件智能侦测马达堵转条件，并可断电延时保护，延时时间可由软件设定。
4.11 高速限速
由短路线设定最大转速，使用短路线短路时可降低最大转速，开路时可转至最大转速。
4.12 零启动
启动时，不须脚踩，用手把控制也可启动。
4.13 智能省电模式
电源启动一段时间后，如果用户没有输入任何工作指令，控制器便转入休眠状态，以节省蓄电池电量。
4.14 MCU内建位置检测抗干扰界面
强大的变频控制芯片，硬件上提供了霍尔讯号回馈界面，此界面同时提供抗噪声及抗干扰功能，提供更准确的换向，提高马达效率，并减少不当换向。
4.15 高精度转速计数器
强大的变频控制芯片，内含16位转速界面计数器，可提高速度计算的精准度，避免转速抖动等现象。
4.16 启动低噪音
起动时，含电流波形修正，噪音低，低振动，以符合需求。
5芯片特性简介
本设计选用SPMC75f2313A*LQFP44单片机，内核采用凌阳科技自主知识产权的μ' nSP16位微处理器，集成了多种功能模块：多功能 I/O 口、串行口、 ADC 、定时计数器等常硬件模块，以及能产生电机驱动波形的 PWM 发生器、多功能的捕获比较模块、 BLDC 电机驱动专用位置侦测接口、两相增量编码器接口等特殊硬设。
SPMC75f2313A*LQFP44封装如图 5?1所示，芯片的具体特性如下：
• 高性能的 16位内核 • 凌阳 16位u'nSP处理器 • 2种低功耗模式：Wait/Standby • 片内低电压检测电路 • 片内基于锁相环的时钟发生模块 • 最高 运行速度： 24MHz • 芯片内存储器 • 32KW (32K×16) Flash • 2KW (2K×16) SRAM • 工作 温度 ： -40 ℃～85 ℃ • 10位的ADC模块 • 可编程的转换速率，最大转换速率 100Ksps • 6个外部输入通道 • 可与 PDC或是MCP等定时器联动，实现电机控 • 串行 通讯 接口 • 通用异步串行通讯接口 (UART) • 标准外围接口 (SPI) • 33个通用输入输出管脚 • 可编程看门狗定时器 内嵌在线仿真功能，可实现的在线仿真、调试和下载 | • PDC定时器 • 两个 PDC定时器PDC0和PDC1 • 可同时处理三路捕获输入 • 可产生三路 PWM输出（中心对称或边沿方式） • BLDC驱动的专用位置侦测接口（PDC1） • 两相增量码盘接口（ PDC1），支持四种工作模式， • 普通的定时器功能 • MCP定时器 • 一个 MCP定时器MCP4 • 能够产生三相六路可编程的 PWM波形（中心对 • 提供 PWM占空比值同步载入逻辑 • 可选择与 PDC的位置侦测变化同步 • 可编程的硬件死区插入功能，死区时间可设定 • 可编程的错误和过载保护逻辑 • 普通的定时器功能 • TPM定时器2 • 可同时处理二路捕获输入 • 可产生二路 PWM输出（中心对称或是边沿方式） • 普通的定时器功能 • 两个 CMT定时器 通用 16位定时器 |
图 5－1 SPMC75f2313A～LQFP44封装
6结语
SPMC75 系列单片机具有很强的抗干扰能力，广泛应用于变频家电、变频器、工业控制等控制领域。
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