畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于LF2407A的純電動(dòng)汽車控制器CPU控制電路設(shè)計(jì)

1、摘要隨著世界汽車數(shù)量的急劇增長，汽車在帶給我們便利的同時(shí)，也對人類環(huán)境所造成的危害越來越嚴(yán)重。電動(dòng)汽車作為一種新興的交通工具，它以電為能源，具有零排放無污染的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的開發(fā)前景，而隨著能源危機(jī)的日益加劇和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，電動(dòng)汽車前景的發(fā)展壯大，己成為一種必然趨勢，所以當(dāng)今世界各國對電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)越來越關(guān)注。同時(shí)隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，發(fā)展一種高性能的電動(dòng)汽車取代燃油汽車己經(jīng)成為一種必然趨勢。我們現(xiàn)代的汽車功能復(fù)雜多樣，所以對于電動(dòng)汽車也是需要的，設(shè)計(jì)一個(gè)適合于電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，是電動(dòng)汽車研究必不可少的基本環(huán)節(jié)。本文主要是研究設(shè)計(jì)用于電動(dòng)汽車的

2、整車電子電路控制系統(tǒng)。 在本文中，首先概述了汽車研究的背景和意義、發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)等。在收集和查閱了相關(guān)資料后，確定采用以dsp作為主控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。電動(dòng)汽車控制器電路的設(shè)計(jì)中，最重要的工作就是完成對三相感應(yīng)式交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。文中通過對硬件電路設(shè)計(jì)，對電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。根據(jù)所選的dsp芯片tms320lf2407a的功能，對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括電流、電壓、溫度、速度檢測電路以及過電壓、欠電壓、過電流、溫度保護(hù)電路等。還描述了加速踏板給定信號轉(zhuǎn)換電路，電池電壓轉(zhuǎn)換，rs232通訊電路等。關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車，控制器，控制電路，檢測電路，保護(hù)電路abstract

3、as world car number dramatically increase the amount of cars bring us convenient, but also to the damage caused by the human environment is more and more serious. electric cars as a new kind of traffic tools, it with electricity for energy, have zero emissions pollution-free advantages, has the very

4、 good development prospect, and as the energy crisis intensified and environmental pollution has increased, the development of the electric car prospect, has become an inevitable trend in todays world, so electric car research and development more and more attention. at the same time as the energy c

5、risis and the increasingly serious environmental pollution, develop a high-performance electric automobile replace fuel automobile already became a kind of inevitable trend. we modern automobile function is complicated, so for the electric car is needed, design a suitable for electric vehicle contro

6、l system is one of the key technology of electric cars, is an indispensable electric car research the basic link. this paper is mainly study design for electric automobile vehicle electronic circuit control system. in this paper, this paper firstly summarized the research background and significance

7、 of automobile development, the present situation, the key technology, etc. in the collection and looked after by relevant information, determine by dsp as the main controller design scheme of the system. electric vehicle controller circuit design, the most important job is to complete the three-pha

8、se induction type of ac motor speed control. in this paper, through the hardware circuit design, of motor control system is studied. according to the selected dsp tms320lf2407a function, to drive system hardware circuit system design, including the current, voltage, temperature, speed detection circ

9、uit and over-voltage, owe voltage, current, temperature protection circuit, etc. also describes the accelerator pedal a given signal converter circuit, the battery voltage conversion, rs232 communication circuit.keywords: electric vehicles, ev controller，cpu circuit，detection circuit， protection cir

10、cuit目錄第一章 緒論11.1 發(fā)展電動(dòng)汽車的背景與意義11.2 電動(dòng)汽車發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及趨勢11.2.1電動(dòng)汽車發(fā)展歷史11.2.2 電動(dòng)汽車國外發(fā)展現(xiàn)狀21.2.3 電動(dòng)汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀31.2.4電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢.31.3 目前電動(dòng)汽車的主要問題和關(guān)鍵技術(shù)41.3.1發(fā)展電動(dòng)汽車目前存在的主要問題41.3.2電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)51.4 電動(dòng)汽車控制器5第二章芯片介紹及電動(dòng)汽車整體結(jié)構(gòu)概述6 2.1 dsp簡介6 2.1.1 什么是dsp6 2.1.2 dsp芯片的發(fā)展6 2.1.3 dsp芯片的分類7 2.1.4 dsp芯片的基本結(jié)構(gòu)72.2 dsp型號選擇82.3電動(dòng)車整體結(jié)構(gòu)框圖

11、及分析.10第三章 電動(dòng)汽車重要物理量的檢測保護(hù)102 3.1 三相電動(dòng)機(jī)電流的檢測保護(hù)12 3.1.1 基于霍爾電流傳感器的電流采樣電路12 3.1.2電流信號處理電路14 3.1.3 過電流保護(hù)15 3.2 控制器溫度的檢測與保護(hù)15 3.2.1 基于lm35溫度傳感器的溫度采樣電路15 3.2.2 溫度信號處理電路16 3.2.3 溫度保護(hù)電路17 3.3蓄電池電壓檢測與保護(hù)18 3.3.1基于的光耦器件hcnr201電壓采樣電路18 3.3.2 電壓保護(hù)電路21 3.4 系統(tǒng)保護(hù)電路21第四章 速度檢測及加速踏板部分電路23 4.1 速度檢測23 4.1.1 光電編碼器簡介23 4.1

12、.2 速度檢測電路254.2 加速踏板相關(guān)電路設(shè)計(jì)26 4.2.1 電動(dòng)汽車加速踏板工作原理26 4.2.2 加速踏板給定信號轉(zhuǎn)換電路27第五章 dsp外圍電路28 5.1 時(shí)鐘及復(fù)位電路28 5.1.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)28 5.1.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)29 5.2 電源轉(zhuǎn)換電路30 5.3 rs232通訊接口31總結(jié)34參考文獻(xiàn)35致 謝36附 錄37第一章 緒論1.1發(fā)展電動(dòng)汽車的背景與意義 隨著我國的快速發(fā)展，在未來的一段時(shí)間內(nèi)，我國將成為世界最大的汽車消費(fèi)國，2010年我國汽車將增加到五千六百萬輛以上，不過空氣污染源也會(huì)大幅度提高，空氣污染將有64來自于汽車尾氣的排放，如一氧化碳、碳?xì)浠衔铩?/p>

13、硫化物以及由于二氧化碳排放等，這些氣體都會(huì)造成溫室效應(yīng)，對我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展起到一定得阻礙影響；要是仍然采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)將會(huì)使我國為此付出巨大代價(jià)和對環(huán)境保護(hù)也會(huì)造成巨大的壓力。在這種嚴(yán)峻的形勢下，我國汽車工業(yè)的未來發(fā)展需要我們好好思考。汽車是人類文明的象征與產(chǎn)物，與人類社會(huì)文明進(jìn)程息息相關(guān)，毫無疑問，汽車的發(fā)展脫離不了可持續(xù)發(fā)展的軌道。能源、環(huán)保與安全是未來汽車技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的三大主題。如果說上個(gè)世紀(jì)人們關(guān)注的是汽車的節(jié)能、排放和安全技術(shù)，那么本世紀(jì)初人們已經(jīng)更多的將目光轉(zhuǎn)向汽車的新能源和環(huán)保技術(shù)。因?yàn)槿绻匀徊捎脗鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會(huì)給燃油的需求和環(huán)境保護(hù)造成巨大

14、的壓力。研制開發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保、使用替代能源的新型汽車成為各大汽車公司的當(dāng)務(wù)之急，隨著持續(xù)發(fā)展面臨著日趨嚴(yán)峻的形勢，從而這些因素都主導(dǎo)著汽車工業(yè)勢必朝著低噪聲、零排放、綜合利用能源的方向發(fā)展。電動(dòng)汽車的發(fā)展正是當(dāng)今汽車工業(yè)藉以解決能源、環(huán)保問題的可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。1.2 電動(dòng)汽車發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀及趨勢1.2.1 電動(dòng)汽車發(fā)展歷史 20世紀(jì)60年代、70年代汽車污染和石油危機(jī)兩件大事，對電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。近30年來，世界范圍內(nèi)能源意識和環(huán)保意識空前強(qiáng)化，電動(dòng)汽車重新受到高度重視。1975年出現(xiàn)第一輛現(xiàn)代汽油一電動(dòng)混合動(dòng)力車輛。1981年出現(xiàn)第一輛飛輪電動(dòng)混合動(dòng)力車輛。

15、1986年福特和通用電氣公司開發(fā)出etx-i型和型電動(dòng)汽車。80年代通用汽車公司的甲醇燃料電池x型樣車問世。1991年通用、福特和克萊斯勒三大汽車公司組建了美國高效電池聯(lián)合企業(yè)：1994年克萊斯勒汽車公司的甲醇燃料電池汽車necar3問世；1996年通用、豐田聯(lián)合研制的evl蓄電池電動(dòng)汽車進(jìn)入市場。 1997年豐田汽車公司研制的復(fù)合動(dòng)力轎車prius進(jìn)入日本市場：1999年汽車公司研制的燃料電池汽車p2000在北京、上海展出；20022005年法國雷諾、日本日產(chǎn)、韓國現(xiàn)代等汽車公司計(jì)劃自己研發(fā)的電動(dòng)汽車投放市場；可見各汽車大國十分重視電動(dòng)汽車的研究開發(fā)，不僅注入巨額資金，而且給予特殊的政策優(yōu)惠

16、。1.2.2 電動(dòng)汽車國外發(fā)展現(xiàn)狀 八十年代至今，現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為電動(dòng)汽車的研究開發(fā)提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)；同時(shí)，電機(jī)控制理論如異步電機(jī)的矢量控制理論逐漸從理論研究進(jìn)入了工程應(yīng)用階段，這就為電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)提供了的理論基礎(chǔ)。以日、美、歐為代表的眾多發(fā)達(dá)國家的科研機(jī)構(gòu)、電力公司、車輛公司紛紛推出了電動(dòng)汽車的概念車，并且一些型號已開始進(jìn)入生產(chǎn)階段。 現(xiàn)在豐田的純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車都采用無刷交流永磁同步電機(jī)，并對其不斷改進(jìn)提高，使電動(dòng)汽車的性價(jià)比不斷提高，增加其競爭力，使豐田成為混合動(dòng)力汽車的先領(lǐng)者。美國、歐洲汽車制造商開發(fā)和生產(chǎn)

17、的電動(dòng)汽車，從優(yōu)先考慮低成本和高可靠出發(fā)，不論是電動(dòng)轎車還是電動(dòng)大客車，采用交流感應(yīng)電機(jī)。但是也在大力開發(fā)無刷永磁電機(jī)，隨著磁性材料、控制技術(shù)和永磁電機(jī)的發(fā)展，無刷永磁電機(jī)性價(jià)比不斷提高，無刷永磁電機(jī)作為歐美電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)將為時(shí)不遠(yuǎn)。1.2.3 電動(dòng)汽車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通能源與環(huán)境保護(hù)的問題同樣是我國面臨的重大挑戰(zhàn)。國家從維護(hù)我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力及實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮，自上世紀(jì)80年代以來，我國就非常重視電動(dòng)汽車的發(fā)展，“八五”期間，“九五”期間，正式列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目。2001年9月，中國科技部在“十五期間的國家“8

18、63計(jì)劃中，特別設(shè)立了電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)，提出了“三縱三橫研究開發(fā)布局(“三橫”是指純電動(dòng)汽車混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車的整車，“三縱是指電池、電機(jī)和控制系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件)。專項(xiàng)將從國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度出發(fā)，選擇新一代電動(dòng)汽車技術(shù)作為我國汽車科技創(chuàng)新的主攻方向，組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，以官、產(chǎn)、學(xué)、研四位一體的方式，聯(lián)合進(jìn)行攻關(guān)。我國電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)實(shí)施幾年來，經(jīng)過200多家企業(yè)、高校和科研院所的2000多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得了重大進(jìn)展。如燃料電池轎車?yán)塾?jì)運(yùn)行4000km，燃料電池客車?yán)塾?jì)運(yùn)行8000km；混合動(dòng)力汽車正在一些地方的公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行，運(yùn)行超過14萬km；

19、純電動(dòng)轎車和純電動(dòng)客車已通過國家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 而2008年北京奧運(yùn)會(huì)以及2010年上海世博會(huì)等將成為我國混合動(dòng)力和燃料電池等電動(dòng)汽車良好的技術(shù)展示平臺(tái)和市場導(dǎo)入機(jī)遇。所有這些都在推動(dòng)著我國電動(dòng)汽車的快速發(fā)展。綜合國內(nèi)外電動(dòng)汽車發(fā)展的現(xiàn)狀可見，純電動(dòng)汽車雖然有低噪聲、零排放、綜合應(yīng)用能源等突出優(yōu)點(diǎn)，但其技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合性能指標(biāo)尚未達(dá)到實(shí)用要求，仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需進(jìn)一步深入研究、試驗(yàn)和開發(fā)?？梢灶A(yù)言，在全球性大力推進(jìn)研究開發(fā)電動(dòng)汽車技術(shù)的21世紀(jì)，電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)入商業(yè)營運(yùn)市場的實(shí)用化時(shí)期即將到來。1.2.4電動(dòng)汽車發(fā)展趨勢 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子學(xué)的巨大發(fā)展，再加上現(xiàn)在集成度高、速度快、成本

20、低的微機(jī)專用芯片和數(shù)字信號處理器的應(yīng)用越來越廣泛，全數(shù)字化的控制系統(tǒng)應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)不再是一種想象。隨著軟件開發(fā)功能的強(qiáng)大，現(xiàn)在用軟件代替硬件，利用了它的控制功能以及它具有保護(hù)、自診斷和故障監(jiān)視等其它功能。除此之外，我們還可以改變控制策略、修正控制參數(shù)和模型來提高控制系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性。可見利用全數(shù)字化的簡單易用性作為今后電動(dòng)車控制乃至交流傳動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。其次目前智能化技術(shù)用在電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)中只是局部智能化的應(yīng)用，如模糊控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器等。因此完全智能化的發(fā)展是未來電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。 因此，各種電機(jī)要想在未來的電動(dòng)車中占有一席之地，除了要對電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化外，還需

21、要使電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)趨于智能化和全數(shù)字化。此外，電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉,也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在應(yīng)用于電動(dòng)汽車的是一種稱為質(zhì)子交換膜的燃料電池( pemfc),它以純氫為燃料,以空氣為氧化劑,不經(jīng)歷熱機(jī)過程,不受熱力循環(huán)限制,因此能量的轉(zhuǎn)換效率高,是普通內(nèi)燃機(jī)熱效率的23倍。有關(guān)專家預(yù)言:21 世紀(jì)燃料電池電動(dòng)汽車將可能成為汽車的主體。因此,目前世界各國政府以及各大汽車公司紛紛投入巨資 ,進(jìn)行 pemfc 電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)。1.3 目前電動(dòng)汽車的主要問題和關(guān)鍵技術(shù)1.3.1發(fā)展電動(dòng)汽車目前存在的主要問題 電動(dòng)汽車作為機(jī)械、電子、能源、計(jì)算機(jī)、汽車、信息技術(shù)等多種高新技

22、術(shù)的集成 ,是典型的高新技術(shù)產(chǎn)品 ,其最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化和輕量化。目前 ,研制和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有電池、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)控制、車身和底盤設(shè)計(jì) ,以及能量管理技術(shù)等 ,其中前 3 項(xiàng)是電動(dòng)汽車的發(fā)展瓶頸。電池、電機(jī)和控制器是電動(dòng)汽車的三大關(guān)鍵核心零部件，只有三者兼?zhèn)?，才能形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)總成，才能在新能源汽車未來發(fā)展的國際競爭格局占有立足之地，擁有強(qiáng)大核心競爭力。它們的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度，直接影響著電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括汽車技術(shù)、電氣技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)和化學(xué)技術(shù)等。盡管電源技術(shù)至關(guān)重要，但電力驅(qū)動(dòng)、能量管理系統(tǒng)和系統(tǒng)的優(yōu)化也同樣重要，事

23、實(shí)上，所有這些領(lǐng)域技術(shù)上的整合才是電動(dòng)汽車技術(shù)成功的關(guān)鍵。1.3.2 電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)1.電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟。它的任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為車輪上的動(dòng)能，或者將車輛上的動(dòng)能反饋到蓄電池中。其中電子差速的實(shí)現(xiàn)、防抱死系統(tǒng)(abs)的控制、車輛的穩(wěn)定性運(yùn)行、再生能量的回收都是通過電子系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)的。2.能源系統(tǒng)。能源系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的血液，它的體積、重量和技術(shù)參數(shù)，決定了電動(dòng)汽車的行駛性能。目前推廣電動(dòng)汽車的主要障礙是一次充電的續(xù)駛里程不足和初始成本較高，而電動(dòng)汽車的能源系統(tǒng)正是導(dǎo)致這些問題的主要原因。在目前以及可以預(yù)見的將來，能源系統(tǒng)是電動(dòng)汽

24、車實(shí)現(xiàn)市場化的瓶頸效應(yīng)所在。3.能量管理系統(tǒng)。如果說電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，則智能化的能量管理系統(tǒng)無疑就是電動(dòng)汽車的大腦。它擔(dān)負(fù)著維持電動(dòng)汽車所有的蓄電池組件工作處于最佳狀態(tài)；采集車輛各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控和診斷;控制充電方式和提供剩余能量顯示等職責(zé)。4.系統(tǒng)優(yōu)化。電動(dòng)汽車系統(tǒng)是一個(gè)涉及多學(xué)科技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)，電動(dòng)汽車的性能受多學(xué)科相關(guān)因素的影響，通過系統(tǒng)優(yōu)化來改進(jìn)電動(dòng)汽車的性能和降低車輛的成本。電動(dòng)汽車的各子系統(tǒng)之間的相互作用會(huì)影響整車的性能。1.4 電動(dòng)汽車控制器控制器是電動(dòng)汽車的核心，它的發(fā)展制約著整個(gè)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。許多公司對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)有清晰的戰(zhàn)略規(guī)劃。新能源汽車

25、中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力電池控制是兩大核心部分，因此以電機(jī)控制器和動(dòng)力電池控制器為切入點(diǎn)進(jìn)軍新能源汽車行業(yè)，是符合實(shí)際、又具有前瞻性的策略。電動(dòng)汽車控制器結(jié)構(gòu)日趨完善，功能日趨強(qiáng)大?？刂破鞯姆N類很多，常用的有單片機(jī)、dsp等。最近幾年，國內(nèi)對各種集成化的單片dsp的性能進(jìn)行大幅度的改善，軟件和開發(fā)工具也日益增多，而且使用也非常方便；同時(shí)對它們的價(jià)格進(jìn)行大幅度調(diào)整，從而使得dsp器件及技術(shù)更容易使用，價(jià)格也能夠?yàn)閺V大用戶接受；本文對以dsp為核心的電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的部分電路做出說明。 第二章 芯片介紹及電動(dòng)汽車整體結(jié)構(gòu)概述2.1 dsp簡介2.1.1 什么是dsp dsp有兩種意思，一個(gè)是數(shù)字信號處理

26、，一個(gè)是數(shù)字信號處理器，可以說是關(guān)于電子方面的一門科學(xué)，是一個(gè)單獨(dú)的學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。 dsp芯片也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。dsp芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的dsp 指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)

27、各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，dsp芯片一般具有如下的一些主要特點(diǎn)：（1） 在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。（2） 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)。（3） 片內(nèi)具有快速ram，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問。（4） 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。（5） 快速的中斷處理和硬件i/o支持。（6） 具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。（7） 可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。（8） 支持流水線操作，使指令預(yù)取、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。與通用微處理器相比，dsp芯片的其他通用功能相對較弱些。2.1.2 dsp芯片的發(fā)展數(shù)字信號處理（dsp, di

28、gital signal processing）是一門涉及許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，在現(xiàn)代科技發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。近年來，數(shù)字信號處理理論在不斷取得進(jìn)步的同時(shí)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，專用的數(shù)字信號處理器芯片也獲得了飛速發(fā)展。世界上第一個(gè)單片dsp芯片是1978年ami公司宣布的s2811，1979年美國intel公司發(fā)布的商用可編程期間2920是dsp芯片的一個(gè)主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代dsp芯片所必須的單周期芯片。自1980年以來，dsp芯片得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，dsp芯片的應(yīng)用越來越廣泛。從運(yùn)算速度來看，mac（一次乘法和一次加法）時(shí)間已經(jīng)從80年代初的400ns（如tms

29、32010）降低到40ns（如tms32c40），處理能力提高了10多倍。dsp芯片內(nèi)部關(guān)鍵的乘法器部件下降到5以下，片內(nèi)ram增加一個(gè)數(shù)量級以上。從制造工藝來看，1980年采用4的n溝道m(xù)os工藝，而現(xiàn)在則普遍采用亞微米cmos工藝。dsp芯片的引腳數(shù)量從1980年的最多64個(gè)增加到現(xiàn)在的200個(gè)以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加。此外，dsp芯片的發(fā)展，是dsp系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。2.1.3 dsp芯片的分類dsp的芯片可以按照以下的三種方式進(jìn)行分類。1.按基礎(chǔ)特性分。這是根據(jù)dsp芯片的工作時(shí)鐘和指令類型來分類的。如果dsp芯片在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任

30、何頻率上能正常工作，除計(jì)算速度有變化外，沒有性能的下降，這類dsp芯片一般稱之為靜態(tài)dsp芯片2.按數(shù)據(jù)格式分。這是根據(jù)dsp芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類的。數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的dsp芯片稱之為定點(diǎn)dsp芯片。不同的浮點(diǎn)dsp芯片所采用的浮點(diǎn)格式不完全一樣，有的dsp芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式。3.按用途分。按照dsp芯片的用途來分，可分為通用型dsp芯片和專用型的dsp芯片。通用型dsp芯片適合普通的dsp應(yīng)用。專用型dsp芯片是為特定的dsp運(yùn)算而設(shè)計(jì)，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波，卷積和fft等。2.1.4 dsp芯片的基本結(jié)構(gòu) dsp芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：1. 哈佛結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將

31、程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問。 2.流水線操作。流水線與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，dsp芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行的時(shí)間，從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。處理器可以并行處理二到四條指令，每條指令處于流水線的不同階段。3.專用的硬件乘法器。乘法速度越快，dsp處理器的性能越高。由于具有專用的應(yīng)用乘法器，乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。4.特殊的dsp指令。特殊的dsp指令dsp芯片是采用特殊的指令。5.快速的指令周期。快速的指令周期哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的dsp指令、集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)可使dsp芯片的指令周

32、期在200ns以下。2.2 dsp型號選擇 tms320lf2407a是基于tms320czxx型16位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器的新型dsp控制器。它是ti公司1997年針對新一代交流電機(jī)數(shù)字控制而推出的，除了具有以上dsp芯片的一般特點(diǎn)外，還有以下的特點(diǎn)：(1)采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù)，使得供電電壓降為3.3v，減小了控制器的功耗。40mips(40百萬條指令/秒)的執(zhí)行速度，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；(2)基于tms320的內(nèi)核，保證了與tms320lf240x系列dsp的代碼兼容性；(3)片內(nèi)有高達(dá)32k字16位的flash程序存儲(chǔ)器，2.5k字ram，其中包含544字的雙端口ram（

33、daram）2k字的單端口 ram(saram)；(4)兩個(gè)事件管理器模塊eva和evb，適用于控制各種類型的電機(jī)，為工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。每個(gè)事件管理器均包括如下資源:兩個(gè)16位通用定時(shí)器，8個(gè)16位脈寬調(diào)制（pwm)通道，對外部事件進(jìn)行定時(shí)捕捉的3個(gè)捕捉單元，其中2 個(gè)具有直接與光電編碼器輸出脈沖相連接的能力，防止擊穿故障的可編程pwm死區(qū)控制；(5)可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共有192k字16位的空間，分為64k字程序存儲(chǔ)空間、64k字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和64k字的i/o空間；(6)看門狗(wd)定時(shí)器模塊；(7)雙8路或單16路10位a/d轉(zhuǎn)換器，具有可編程自動(dòng)排序功能，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為

34、375ns；(8)can2.ob模塊，即控制器局域網(wǎng)模塊；(9)串行通訊接口(sci)和16位串行外部設(shè)備接口(spi)；(10)7個(gè)專用于串行掃描仿真口 (jtag口)的引腳，允許對器件進(jìn)行非侵入式的仿真，即無需使用連接至器件的全部引腳的插入式電纜。 基于以上特點(diǎn)，本文中純電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)的核心部分選用lf2407a dsp作為電動(dòng)汽車的控制芯片如圖2-2為tms320lf2407a引腳圖圖2-2 tms320lf2407a引腳圖2.3電動(dòng)車整體結(jié)構(gòu)框圖及分析由框圖可知可知，本文以tms320lf2407a作為電動(dòng)汽車的控制芯片，而要很好的控制電動(dòng)汽車，除了芯片自身需要的外部供應(yīng)電路以外，對

35、于電動(dòng)汽車還有很多的電路，比如燈光、轉(zhuǎn)向、電動(dòng)車窗等，還有很多的需要檢測及保護(hù)的電路的設(shè)計(jì)，而本文的設(shè)計(jì)只是電動(dòng)汽車電路設(shè)計(jì)的一小部分的電路。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，需要對以下的電路進(jìn)行設(shè)計(jì):1lf2407a dsp及其外圍電路；2電動(dòng)機(jī)三相電流檢測及過電流保護(hù)電路；3控制器溫度檢測及溫度保護(hù)電路；4蓄電池電壓檢測及過壓、欠壓保護(hù)電路；5電動(dòng)汽車速度檢測電路；6加速踏板給定信號轉(zhuǎn)換電路；7. rs232通訊接口（手持編程器接口）應(yīng)任務(wù)書的要求，在設(shè)計(jì)中以tms320lf2407a作為電動(dòng)汽車的控制芯片，用無源晶振作為單片機(jī)的時(shí)鐘供應(yīng)，再加上四倍頻電路，使得芯片的運(yùn)行速度加快；同時(shí)用tps7333芯

36、片為單片機(jī)提供一個(gè)可靠穩(wěn)定的電源(3.3v)；又用max811設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的復(fù)位電路，使得出現(xiàn)較小問題（加電、掉電、降壓、輕微抖動(dòng)）時(shí)，單片機(jī)能夠快速復(fù)位；用max232構(gòu)成pc機(jī)與tms320lf2407a之間的通信接口，通過接口將程序從pc機(jī)輸入到單片機(jī)中，是一個(gè)雙向的通信；用增量式光電編碼器及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成速度檢測電路，將處理好的脈沖信號送入事件管理器中，根據(jù)相應(yīng)的中斷及程序判斷方向及轉(zhuǎn)速；電動(dòng)加速踏板是根據(jù)踏板踏下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同大小的電壓值，經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換，dsp芯片便可以根據(jù)采樣得到的數(shù)字量大小判斷油門踩下的程度，輸出對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；再有就是芯片溫度、電源電壓、電機(jī)電流的檢測，利用相應(yīng)

37、的傳感器及信號處理電路經(jīng)芯片顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，判斷電動(dòng)汽車相應(yīng)的情況是否正常，然后將信號處理電路的電壓值與設(shè)定的保護(hù)值相比較，當(dāng)大于或小于設(shè)定值時(shí)，在有相應(yīng)的故障顯示時(shí)，把故障信號經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)電路輸入dsp的引腳(功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷輸入引腳)，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外部中斷，這時(shí)所有的dsp的事件管理器輸出引腳(pwm輸出引腳)將被硬件設(shè)置為高阻態(tài)，芯片停止工作，達(dá)到保護(hù)的目的。第三章 電動(dòng)汽車重要物理量的檢測及保護(hù) 檢測電路的目的就是將要檢測的各種信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成dsp可以識別的數(shù)字信號。本章主要對電流檢測、電壓檢測、溫度檢測這三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)以及說明，電流、電壓、溫度檢測出的模擬量信號均是通過

38、外圍設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換放大濾波整形等電路轉(zhuǎn)換后直接接到處理器tms320lf2407a的接口電路上，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)及設(shè)置，做出保護(hù)等。電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，各部分溫度，電壓等要保持在一定范圍內(nèi)。3.1 三相電動(dòng)機(jī)電流的檢測保護(hù) 作為汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電流必須保持在允許的范圍內(nèi)系統(tǒng)各部分才能正常運(yùn)行。否則電動(dòng)機(jī)中發(fā)生短路故障或電流過大時(shí)，會(huì)對汽車各部分的機(jī)械及電氣設(shè)備帶來危害，因此對電流進(jìn)行檢測和保護(hù)是極其重要的。3.1.1 基于霍爾電流傳感器的電流采樣電路 閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元件用于隔離檢測電流的模塊化產(chǎn)品，它的工作原理是霍爾磁平衡式的。當(dāng)電流流過一根長

39、的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測，由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線形關(guān)系，因此可利用霍爾器件的測得的輸出信號，直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大?。?i b vh （1） 式中：b為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；i為通過導(dǎo)線中的電流；vh為霍爾器件在磁場b中產(chǎn)生的霍爾電壓。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可以表示為等式。 對于霍爾輸出電壓信號vh的處理，人們設(shè)計(jì)了許多種電路，但總體來講可分為兩類，一類為開環(huán)霍爾電流傳感器；另一類為閉環(huán)霍爾電流傳感器。 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊

40、電流（in）所產(chǎn)生的磁場，通過一個(gè)副邊線圈的電流（im）所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場在磁芯中達(dá)到平衡時(shí)： nin= nim （2） 式中：n為原邊線圈的匝數(shù)；in為原邊電流；n為副邊線圈的匝數(shù);im為副邊補(bǔ)償電流。 由上式看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過測量副邊補(bǔ)償電流im的大小，即可推算出原邊電流in的值，從而實(shí)現(xiàn)了原邊電流的隔離測量。示意圖如圖3-1。圖3-1 霍爾效應(yīng)電流傳感器 由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)三相電流平衡，因此只需檢測其中兩相定子電流，第三相電流可計(jì)算得到。系統(tǒng)試驗(yàn)電機(jī)額定電流153a，電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)

41、為2.9。 檢測電路的電流采樣元件選用霍爾電流傳感器lt308s6。lt308s6是閉環(huán)霍爾電流傳感器，可用于測量直流、交流和脈沖電流。原邊額定有效值電流為300a，副邊額定有效值電流為100ma，最大測量電流為500a，轉(zhuǎn)換率為1:3000。其主要優(yōu)點(diǎn)有出色的精度， 良好的線性度，低溫漂，寬頻帶，抗干擾能力強(qiáng)，過載能力強(qiáng)等。電流采樣電路如圖3-2所示。 圖3-2 電流采樣電路圖3.1.2電流信號處理電路 當(dāng)測量電阻取10時(shí)，三相交流電機(jī)定子電流信號通過霍爾電流傳感器后獲得模擬量電壓輸出范圍為一l.67 v+1.67v，而dsp的adc模塊要求為0-3.3v范圍的模擬輸入電壓量。利用兩門運(yùn)算放

42、大器構(gòu)建求和電路,實(shí)現(xiàn)輸入電壓和 +2v基準(zhǔn)電壓累加， 將u2的輸出展至-0.33 -3.67v。再由u3做一次反向跟隨放大，實(shí)現(xiàn)電壓反向功能,輸出電壓0.33 3.67v。而因?yàn)橛羞^電流的保護(hù)，不會(huì)讓兩次反向后的電壓超過3.3v。所以處理后的信號會(huì)在0.33 3.3v，再通過二極管的限幅保護(hù)后送到dsp的ad轉(zhuǎn)換單元，進(jìn)行電流檢測。圖3-3為信號處理電路。 圖3-3信號處理電路3.1.3 過電流保護(hù)過流是引起功率驅(qū)動(dòng)器被燒壞和損壞的主要原因之一。功率開關(guān)期間雖然可以承受短時(shí)間的過流，但一旦超出安全區(qū)，則會(huì)永久地?fù)p壞，所以要設(shè)置快速的過流保護(hù)電路。在主電路進(jìn)行電流檢測時(shí)，一旦檢測到主電路的電流

43、過流時(shí)，應(yīng)該立即封鎖控制信號輸出，通知dsp關(guān)斷所有控制信號并報(bào)警，關(guān)斷開關(guān)器件并采取相應(yīng)的措施。圖3-4為過流保護(hù)電路圖,經(jīng)過電流檢測電路處理后的電壓與設(shè)置的電壓信號（1v和3v）進(jìn)行比較，電壓比較器lm339輸出高低電平信號，一路信號送入系統(tǒng)保護(hù)中的雙四輸入端或門7432中，另一路經(jīng)光電耦合后送入dsp芯片的數(shù)據(jù)輸入端。圖3-4為過流保護(hù)電路3.2控制器溫度的檢測與保護(hù)3.2.1基于lm35溫度傳感器的溫度采樣電路要求控制器的上限溫度為65，在70時(shí)保護(hù)系統(tǒng)作用。本文選用lm35溫度傳感器作溫度采樣，此傳感器采用己知溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源作為溫敏元件。芯片內(nèi)部則采用差分對管等線性化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫

44、敏傳感器的線性化，也提高了傳感器的精度。與熱敏電阻、熱電偶等傳統(tǒng)傳感器相比，具有線性好、精度高、 體積小、校準(zhǔn)方便、價(jià)格低等特點(diǎn)，非常適合溫度的測量工作。它的主要性能指標(biāo)如下： 1) 輸出電壓與攝氏溫度成正比：+10mv/； 2) 寬溫度測量范圍：-55至+150； 3) 寬供電電壓：430v； 4) 低功耗，一般小于 60a，自熱溫度小于0.1 5) 非線性數(shù)值:小于1/4精度可達(dá)0.5該傳感器能夠?qū)y得的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，輸出電壓與環(huán)境攝氏溫度成正比耗電極少，輸出阻抗低。電路如圖3-5所示.為了實(shí)現(xiàn)溫度精確測量，采用lm35的全溫度測量接線方法，取vcc=5，圖中： 電阻r的阻值按照

45、 r=vcc/50ua來選擇。電路的輸出電壓與溫度的線性關(guān)系，則電阻r=100k，電路的輸出電壓與溫度的線性關(guān)系為:（1）環(huán)境溫度150，vo=1500mv；（2）環(huán)境溫度25，vo=250mv；（3）環(huán)境溫度-55，vo=-550mv。圖3-5 溫度信號采集電路3.2.2 溫度信號處理電路如圖3-6所示， 傳感器lm35得到的電信號是與攝氏溫度成正比的電壓信號，且正負(fù)電壓可能均有，故必須給傳感器進(jìn)行正負(fù)電源供電。由于電壓的輸出值較小，在線路中傳輸?shù)倪^程中會(huì)有衰減，造成測量誤差，故要對信號的即時(shí)進(jìn)行處理，首先要對信號放大,由于所測量的溫度將信號限定最大到70，電路中的電壓信號的輸出最大到700

46、mv，經(jīng)放大4倍到2.8v，因?yàn)闀?huì)有負(fù)值，為了方便下一級的處理，需要將信號進(jìn)行正負(fù)的變換。具體的轉(zhuǎn)換電路如圖所示,在圖中，輸入電壓經(jīng)過u9的判斷后，選擇導(dǎo)通q1或q2，當(dāng)采集輸出電壓大于0時(shí)，經(jīng)放大器（u7)放大輸出反相器后, q2導(dǎo)通 ，輸出的負(fù)電壓值經(jīng)過u8反向到dsp adcin02；當(dāng)放大輸出電壓大于0時(shí)，q1導(dǎo)通，放大的電壓輸入到dsp adcin05。 圖3-6溫度信號處理電路3.2.3 溫度保護(hù)電路溫度保護(hù)是利用設(shè)定好的電阻進(jìn)行電壓分壓，如果溫度高于某一設(shè)定值，運(yùn)算放大后的溫度信號與2.8v（對應(yīng)70）電壓進(jìn)行比較，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，就發(fā)送信號給dsp芯片，dsp芯片就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的

47、中斷，關(guān)閉相應(yīng)的程序，以免系統(tǒng)受損。如圖3-7所示，運(yùn)算放大后的溫度信號與2.8v（對應(yīng)70）電壓進(jìn)行比較，比較器輸出高低電平信號如電壓，一路送入dsp的數(shù)據(jù)信號輸入端，另一路送入系統(tǒng)保護(hù)中的芯片。 圖3-7 溫度保護(hù)電路3.3 蓄電池電壓檢測與保護(hù)一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車，除了有良好的機(jī)械性能、良好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能，選擇適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池)以外，還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)、管理和監(jiān)控電池功能的電池管理系統(tǒng)，使有限的能量源最大限度得以利用。因此，在電動(dòng)汽車的整車系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視電動(dòng)汽車的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文僅對蓄電池組電壓的檢測保護(hù)作出說明。3.3.1 基于的光耦器件hcnr201電壓采樣電路 在

48、純電動(dòng)汽車運(yùn)行中， 經(jīng)常需要將儲(chǔ)能設(shè)備的直流電壓信號采集到控制系統(tǒng)。使用霍爾電壓傳感器來實(shí)現(xiàn)直流電壓的隔離和轉(zhuǎn)換是常用方法，但國外生產(chǎn)的高性能電壓傳感器件的造價(jià)較高，而國產(chǎn)傳感器在轉(zhuǎn)換精度和電氣隔離等性能上比較欠缺，并且價(jià)格也不低。 一種性價(jià)比較高的直流電壓檢測方法就是使用線性光耦轉(zhuǎn)換電路，由于線性光耦輸入端和輸出端是通過光耦進(jìn)行耦合的，并且芯片本身的電氣隔離性能比較可靠，因此不僅能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓的高精度檢測，而且不會(huì)將強(qiáng)電側(cè)電磁干擾耦合到控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)直流電壓側(cè)和控制系統(tǒng)的高強(qiáng)度電氣隔離。 在本文的電壓檢測中采用線性光耦 hcnr20l 實(shí)現(xiàn)了被測模擬信號與控制系統(tǒng)之間的線性隔離。線性光

49、耦的隔離原理與普通光耦沒有太大差別，只是將改變了普通光耦的單發(fā)單收模式，增加一個(gè)用于反饋的光電二極管并且增大 了線性區(qū)域。兩個(gè)光電二極管都是非線性的，但其非線性特性都是一樣的 ，所以可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而實(shí)現(xiàn)了信號的線性傳遞。 hcnr201光電耦合器是一種由三個(gè)光電元件組成的器件，主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1：具有 土5的傳輸增益誤差和 土0.05的線性誤差； 2：具有 dc一1mhz的帶寬； 3：絕緣電阻高達(dá)。輸入與輸出回路之間的分布電容為0.4pf； 4：耐壓能力為一分鐘5000v，最大絕緣工作電壓為1414v； 5：具有0至15v的輸入/輸出范圍。 hcnr20

50、1光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-8所示，其中l(wèi)ed為鋁砷化鎵發(fā)光二極管pd1、pd2是兩個(gè)相鄰匹配的光敏二極管，這種封裝結(jié)構(gòu)決定了每一個(gè)光敏二極管都能從led得到近似的光照，因而消除了led的非線性和偏差特性所帶來的誤差。當(dāng)電流流過led時(shí)，led發(fā)出的光被耦合到pd1與pd2，從而在器件輸出端產(chǎn)生與光強(qiáng)成正比的輸出電流。 圖3-8 hcnr201光電耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)led中流過電流時(shí)，其所發(fā)出的光會(huì)在 pd1和pd2中感應(yīng)出正比于led發(fā)光強(qiáng)度的光電流和,其中、滿足以下關(guān)系： = (1) = (2) = (3) = (4) = (5)聯(lián)立等式得 = (6)式中、分別為發(fā)光二極管pd1和pd2

51、的電流傳輸比，隨的變化而變化，值一般很小( hcnr20l是0.48) ，并且隨溫度變化較小(hcnr201的變化范圍在0.36 0.72之間），其典型值均為0.5左右,為傳輸增益,當(dāng)一只 hcnr201被制造出來后,其輸出側(cè)光電流和輸入側(cè)光電流之比就是一個(gè)恒定值， hcnr201的傳輸增益 約為lo.15。正是利用這種特性，線性光耦才能達(dá)到滿意的線性度。由(6)式可以看出，輸入電壓和輸出電壓之間存在著正比關(guān)系，只要適當(dāng)?shù)倪x取各電阻阻值，就可以得到一定比例的隔離輸出電壓。如圖3-9所示圖3-9電壓采樣檢測電路3.3.2 電壓保護(hù)電路電壓保護(hù)就檢測蓄電池電壓，如果母線電壓高過或低于系統(tǒng)所要求的最

52、大值或最小值時(shí)，通過與設(shè)定值的比較，就發(fā)送信號給dsp芯片，dsp芯片就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，關(guān)閉相應(yīng)的程序，以免系統(tǒng)受損。如圖3-10所示，采樣所得電壓信號分別與高電壓2.18v（對應(yīng)75v）和低電壓1.9v（對應(yīng)65v）進(jìn)行比較，比較器輸出高低電平信號與電流保護(hù)電路相同，分別送入系統(tǒng)保護(hù)的7432和dsp芯片的數(shù)據(jù)輸入端。 圖3-10 電壓保護(hù)電路3.4 系統(tǒng)保護(hù)電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)保護(hù)電路所用芯片為7432。7432為集電集開路輸出的四組2輸入端或門（正邏輯）.即在一塊集成塊內(nèi)含有四個(gè)互相獨(dú)立的或門,每個(gè)或門有2個(gè)輸入端.其管腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。 當(dāng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)過流、過壓和功

53、率驅(qū)動(dòng)模塊故障等被視為嚴(yán)重故障信號。電路保護(hù)是針對檢測結(jié)果進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，一方面直接封鎖控制信號輸出，另一方面通知cpu，由cpu關(guān)閉控制信號，實(shí)現(xiàn)停機(jī)并給出顯示信息。這要求把各路故障信號輸入tms320lf2407a的i/o口，由dsp來判斷是何種故障并給出顯示信息。同時(shí)把故障信號輸入dsp的引腳，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷，這時(shí)所有的dsp的事件管理器輸出引腳將被置為高阻態(tài)，整個(gè)芯片停止工作，達(dá)到保護(hù)的目的。 圖3-12為系統(tǒng)保護(hù)電路。四組2輸入端或門的第一個(gè)或門的輸入a1、a2（過電流保護(hù))、b4(溫度保護(hù)）、第二個(gè)或門的輸入a2（過電壓保護(hù))、b2(欠

54、電壓保護(hù)），其輸出結(jié)果y3經(jīng)光電耦合反應(yīng)到dsp的。在5個(gè)保護(hù)中，至少有一個(gè)輸出為高電平時(shí)，7432的y3輸出即為高電平，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，后面的電路導(dǎo)通，的輸入為低電平，dsp封鎖pwm脈沖的輸出，起到保護(hù)作用。圖3-11 7432管腳圖圖3-12 系統(tǒng)保護(hù)電路第四章 速度檢測及加速踏板部分電路4.1 速度檢測 速度檢測實(shí)際上就是對是電機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測，常用磁電或光電轉(zhuǎn)換來進(jìn)行檢測。利用單片機(jī)芯片中自帶的捕獲單元對每個(gè)霍爾器件輸出信號的兩個(gè)邊沿都進(jìn)行檢測，當(dāng)捕獲到上升沿時(shí)，捕獲單元相應(yīng)的中斷標(biāo)志就被設(shè)置。在中斷服務(wù)子程序中，cpu首先判斷所檢測到的是下降沿還是上升沿。同時(shí)對捕獲的信號進(jìn)行中斷計(jì)數(shù)。

55、根據(jù)設(shè)置的程序進(jìn)行速度的計(jì)算。本文對速度檢測采用光電編碼器。4.1.1 光電編碼器簡介光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖4-1所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90。的兩路脈沖信號。 圖4-1 光電編碼器原理示意圖由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計(jì)算固定時(shí)間光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式，根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。1.增量式編碼器 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖a、b和z相；a、b兩組脈沖相位差90，從而可方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高