摘要：介绍了一种以AVR单片机ATmega8为主控芯片的新型电动自行车调速控制系统的设计方案给出了系统的硬件构成和软件设计方法。实验证明：该系统性能可靠、成本较低，是一种实用的无刷直流电动机调速系统。

    关键词：ATmega8；无刷直流电动机；调速控制系统

１ 引言

　　当前，随着保护环境、节约能源的呼声日益高涨无污染、能源可多样化配置的新型交通工具引起了人们的普遍关注，同时也得到了极大的发展，电动自行车便是其中之一１。它以蓄电池发出的电能作为驱动能源，以电动机作动力，具有无废气污染、“零排放”、无噪音、轻便美观等特点特别适合在人口较集中的大中城市中使用。但目前市场上的电动自行车还存在着一些不够完善的地方，尤其是电机控制方面有待于进一步提高。本文根据无刷直流电机的原理，利用美国Ａｔｍｅｌ公司２００２年推出的一款新型ＡＶＲ高档单片机ＡＴｍｅｇａ８作为主控芯片设计了一种无刷直流电机调速控制系统，该系统具有硬件结构简单、软件设计灵活、适用面广、价格低廉等优点具有一定的实用价值。

２ ATmega8芯片简介

　　ＡＴｍｅｇａ系列单片机承袭了ＡＶＲ系列中ＡＴ９０所具有的特点 并增加了更多的接口功能 而且在省电性、稳定性、抗干扰性及灵活性方面都更加周全和完善。ＡＴｍｅｇａ８属于ＡＴｍｅｇａ系列单片机(ＡＴｍｅｇａ１６／ＡＴｍｅｇａ３２／ＡＴｍｅｇａ６４／ＡＴｍｅｇａ１２８)的一个子集, 其内部集成了较大容量的存储器和丰富的硬件接口电路, 并且在软件上能有效支持Ｃ高级语言及汇编语言。

　　ＡＴｍｅｇａ８是一款采用低功耗ＣＭＯＳ工艺生产的基于ＡＶＲ ＲＩＳＣ(精简指令集)结构的８位单片机。ＡＶＲ单片机的核心是将３２个工作寄存器和丰富的指令集连接在一起, 所有的工作寄存器都与ＡＬＵ(算术逻辑单元)直接相连, 可在一个时钟周期内用一条指令同时访问(读写)２个独立的寄存器。这种结构可提高代码效率,使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，故可达到将近１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ的性能, 运行速度比普通单片机高出１０倍。ＡＴｍｅｇａ８的主要性能特点如下:

　　(１)高性能、低功耗的８位ＡＶＲ微控制器。采用先进的ＲＩＳＣ精简指令集结构；有１３０条功能强大的指令, 大多数为单周期指令；内含３２个８位通用工作寄存器；工作在１６ＭＨｚ时指令处理速度为１６ＭＩＰＳ。

　　(２)片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。８ｋ字节的Ｆｌａｓｈ程序存储器的 可擦写次数大于１００００次；５１２个字节Ｅ２ＰＲＯＭ的擦写次数至少可达１０００００次；支持在线编程(ＩＳＰ)和在应用编程(ＩＡＰ)；带有可编程的程序加密位。

    (３)丰富强大的外部接口。带有２个带预分频的８位定时／计数器、１个带预分频的１６位定时／计数器；３个ＰＷＭ 通道可实现任意１６位以内相位和频率可调的ＰＷＭ 脉宽调制输出；６通道Ａ／Ｄ转换；一个Ｉ２Ｃ串行接口、一个可编程的ＵＳＡＲＴ接口、一个支持主／从、收／发的ＳＰＩ同步串行接口；带片内ＲＣ振荡器的可编程看门狗定时器；片内模拟比较器。

　　(４)具有特殊的微控制器性能。内含可控制的上电复位延时电路和可编程的欠电压检测电路；芯片内部和外部共有１８个中断源；５种休眠模式(空闲、ＡＤＣ噪声抑制、省电、掉电、待命)。

３ 系统硬件设计

　　整个系统主要包括转子位置检测电路、测速电路、调速电路、ＭＯＳＦＥＴ全桥电路、限流电路等，图１所示是其原理框图。其中无刷直流电机由电动机本体、转子位置检测器和电子开关电路三部分组成。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置检测器可随时检测转子的位置，并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止，从而实现电子换向。

３．１ 转子位置检测电路

　　本设计中的无刷直流电动机有２对磁极定子绕组采用三相型接法３个霍尔位置传感器的空间间距为６０