摘要Motorola微控制器自問世以來，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、軍工、醫(yī)療、通信、化工、材料等幾乎所有國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，特別是在家電、耐用消費(fèi)品等人民生活領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。本文主要討論了motorola8位單片機(jī)的特性和功能，對motorola8位單片機(jī)硬件平臺做了一般的分析和研究，并選取了其中用于控制電機(jī)的8位單片機(jī)MC68HC908MR8，對其主要性能和功用做了介紹。并給出了MR8單片機(jī)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，即在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）中的控制系統(tǒng)中的應(yīng)用， 單介紹了其硬件 應(yīng)用。Motorola8位單片機(jī)，MC68HC908MR8，硬件，EPSAbstractM ro Co troll r t o Motorola MC a m l a l t m or almo t all at o al o om r alm o tr a r lt r ol r or m al tr atm t orr o m al r mat r al t t l all at a l a t r o m r oo a t or om o t o l l l oo to l t r alm to o t t mar t t t ma l t ara t r t a t o o a MC t ral a al a r ar to a MC ar ar t rra a l t am at o to amo t m or 8 t MC68HC908MR8 t at o trol t l tr al r a to t t ma t o a t t tro t o Com to a a l ol am l o t MR8 MC t a l at o t at El tr o r t r t m EPS t m tro t ar ar tr t r a t a l at o r l r KeyWords Motorola 8-bit MCU, MC68HC908MR8 ar ar EPS目錄要 .1 1 論 .4 1.1 MCU 片本currency1 .4 1.2 MCU 片 介 “市場 .4 1.3 中國 MCU 市場currency1 .6 1.4 MCU 的fifl .9 1.5 .10 2 硬件平臺 .11 2.1 MC68HC08 系 單片機(jī) .11 2.1.1 MC68HC08 系 介 .11 MOTOROLA 8 位 MCU 的” .12 2.1.2 MC68HC08 系 微控制器的主要特 .12 2.2 片選 其硬件 .13 2.2.1 片特性 .13 2.3 MR8 主要 于功能分析 .15 2.3.1 出 I/O .15 2.3.2 PWM .16 2.3.3 通信 （ SCI ） .16 2.3.4 A/D 轉(zhuǎn)器（ ADC ） .18 2.3.5 器（ TIM ） .18 3 MCU 應(yīng)用實(shí)例 EPS （汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)） .19 EPS currency1 .20 EPS 的工 .22 3.1 EPS 控制系統(tǒng)的硬件 .22 3.2 控制電 .24 3.2.1 單片機(jī)控制電 .24 3.2.2 信的電 .25 3.2.3 PWM 的fi生 .27 3.3 系統(tǒng) 化 .29 4 .31 5 文 .32 1 緒論1.1 MCU芯片基本概念微控制器在國 有個(gè) 通 的 單片機(jī)。單片機(jī)一 于 文的Single Chip Micro Computer， 單片微機(jī)。機(jī)是 分 的 中 器(Central Processor Unit CPU) 器， 機(jī) 器RAM (Random Access Memory) 和 器ROM (Read Only Memory) 出 I/O 。單片機(jī) 的是 分做在一片 電片 。單片機(jī)一 出在 ，來在國際 逐漸被Microcontroller MCU 一 所替 ， 用于控制目的微機(jī)。從 文看，MCU 一 比單片機(jī)( 文是個(gè) ) 捷、 確切地描了事物的本質(zhì)。所以單片機(jī)一 在國際 已用得很少。而漢語中，單片機(jī)的叫”似 捷通 ，以至一些學(xué)術(shù)機(jī) ，例如單片機(jī)學(xué)會就采用了單片機(jī)的叫”，一不宜 改。本書 同國際 的叫”一 ，還是稱之 微控制器， 稱 MCU（Micro Controller Unit）1.2 MCU芯片簡介及全球市場 化離不微控制器，人民生活也離不微控制器。在日常生活面，洗衣機(jī)、電冰箱、空洞器、電短促、電視機(jī)、音響、影碟機(jī)、照相機(jī)、游戲機(jī)、電話機(jī)、BP機(jī) 都至少有一片微控制器。就個(gè)人機(jī)而言，它的CPU是486、586而它的 盤、鼠標(biāo)器等里面都有一片微控制器。便攜機(jī)的液晶屏、普通Pc機(jī)的彩色監(jiān)視器里面也都有一片微控制器。在汽車 ，除fi動機(jī)的控制要用微控制器外，電動門窗、可升降座持、安“空氣囊、防抱死系統(tǒng)(ABS)、防盜報(bào)警器、可移動通信 備等都要用到微控制器。在辦公自動化面，復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀、傳真機(jī)等都是微控制器應(yīng)用的例子。在工業(yè)界，智能化儀表，機(jī)器人，生產(chǎn)過程的自動控制，任何溫度、壓力、流量的測量與控制都離不微控制器。醫(yī)療儀器與機(jī) 、農(nóng)業(yè)、化工、軍事、 等個(gè)領(lǐng)域也都離不微控制器。日本iSuppli公 日 公 了微控制器（MCU）市場2004 “ 。 1到 3位 是2003 些 面 。 1位是 得21.3%市場 的日本 。在4位、16位 32位MCU產(chǎn)品中 確 “ 一的市場 對 做出了 ，并 了與 2位的 國 （2004 市場 12.2%）和 3位的NEC電子（2004 市場 10.0%）之的。日制所與電機(jī)的flcurrency1應(yīng)“，在色家電、 民用產(chǎn)品、fl機(jī)和電fi外 等fl用 有的市場 。不過，在汽車領(lǐng)域 不。2004 在汽車”MCU市場 ，NEC電子、通、 、 國 了 的 分市場 。 00 “MC 市場 位的是 公 。 于其汽車”MC 產(chǎn)品的市場 得了， 比00 的 位 升了一位。00 “MC 市場的 位是電器產(chǎn)業(yè)， 的 位 了一位。 S l 公 分析 是 于其在產(chǎn)品”MC 市場 的 被臺 （M a ） 了。表 和表是對 來幾 的市場 測表1表21.3 中國MCU市場概略市場 在出 市場不 的 動， 國傳統(tǒng)家電 家電等消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè) fi，用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的MCU市場也取得了 。 問公 表，2002 國消費(fèi)電子MCU市場 量 10.2 ，2001 5.2% 42.2 ，2001 的37.1 13.7%(圖1)。 中國的家電產(chǎn)品 國、 市場。2001 中國影碟機(jī)出 3475 臺，是國市場 量的1.8 ，2002 國影碟機(jī)的出 量過4000 臺。外中國相機(jī) 、PDA的出 量也在逐。家電產(chǎn)品 量出 國際市場是國 消費(fèi)電子MCU市場 的一個(gè) 要 。 ”消費(fèi)電子產(chǎn)品的持“ fi， 來 國消費(fèi)電子MCU市場然有巨 的fi潛力。 低端MCU 求量 于 國 家電、電子玩具、電子照、電子表等低端消費(fèi)電子產(chǎn)量很 ， 4位MCU在 國消費(fèi)電子MCU市場中的 。8位MCU主要應(yīng)用在彩電、電冰箱、洗衣機(jī)以 空等傳統(tǒng)家電中， 國是傳統(tǒng)家電的生產(chǎn) 國，其市場 也很。 國網(wǎng)絡(luò)彩電、網(wǎng)絡(luò)冰箱、機(jī)頂盒、可視電話等信息家電產(chǎn)業(yè)還 完“興起，16位和32位以 的端MCU在 國消費(fèi)電子MCU市場中的比例不 。 問公 表，2002 國消費(fèi)電子MCU的 量中，4位MCU達(dá)到6.6 ，占 消費(fèi)電子MCU 量的63.2%8位MCU則以3.1 占 的29.7%16位32位MCU的 量則還有限， 量7500 左右. 電視 汽車電子將 MCU市場新的 在傳統(tǒng)家電 家電產(chǎn)業(yè)的帶動， 國消費(fèi)電子MCU市場蓬勃fi，同，以機(jī)頂盒、HDTV、背投電視、液晶電視、等離子電視 表的新型消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的逐漸興起將 消費(fèi)電子MCU市場新的。 電視的fi 景 引人注目。國家相 政府主管 門已經(jīng)制了 國 電視 劃 2005 “國1/4的電視臺將fi射和傳 電視信2010 國劃“面實(shí)廣播電視2010 相對fi達(dá)地區(qū)將普 電視2015 停止 擬電視的播出2015 以 廣播電視推廣至中西 地區(qū)。 2005 中國 電視收機(jī)和機(jī)頂盒的 產(chǎn)量將從2002 的不到100 臺至1500 臺。中國彩電巨頭也都制了戰(zhàn)劃，爭相打出 牌在市場 搶占地盤。僅僅是“國電視機(jī) 新 ，電視機(jī)生產(chǎn)企業(yè)就可 得 百 的訂單，以MCU 表的 業(yè)也將從中受益。 MCU外一個(gè) 求亮來自 國汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃fi。在汽車中，電動門窗、電子打火、fi動機(jī)控制、安“氣囊以 音響 備都用到MCU。2003 國汽車產(chǎn)量將達(dá)到380 輛，其中轎車的產(chǎn)量150 輛。同 汽車電子市場將 動MCU達(dá)到1670 ，2002 60.6。 FLASH MCU市場 求將逐漸 MCU的fi歷經(jīng)掩膜MCU、OTP MCU和FLASH MCU幾個(gè)階 。掩膜MCU 密性，OTP MCU可 家電制造商自己批量燒錄， 目 市場的主流產(chǎn)品。掩膜MCU與OTP MCU靈活性，程序一經(jīng)掩膜或燒錄便不可改變。 對于消費(fèi)電子廠商來，做到 響應(yīng)市場變化和降低 本至 要。能夠?qū)?出產(chǎn)品 升級，并根據(jù)市場 要加新的產(chǎn)品特性， 出產(chǎn)品 值服務(wù)，是消費(fèi)電子廠商來的fi向。 ，在OTP MCU占主流的今 ，F(xiàn)lash MCU憑借 次的擦寫操脫穎而出。利用Flash MCU，OEM廠商可對產(chǎn)品 軟件升級，根據(jù)市場 求加新的產(chǎn)品特性，延了產(chǎn)品壽。 價(jià)格日漸近OTP產(chǎn)品，F(xiàn)lash MCU 逐漸 消費(fèi)電子廠商采用。一Flash MCU將在工電壓、可編程次以 器件密度 不 改 ，打 機(jī)頂盒、衛(wèi)星 線、電視機(jī)、音響等 廣闊的空。 來幾 FLASH MCU市場將逐漸取 OTP MCU而 市場主流。中國MC 市場fi提 近 來，中國以江角洲、珠江角洲以 京津唐地區(qū) 核心的電子制造業(yè) 不 壯 ，以虹、海、想 表的本土電子廠商fi 。中國電子產(chǎn)業(yè)的 中國MC 市場提供了良好的fi空。中國本土電子廠商的崛起以 “范圍 的電子廠商持“將制造環(huán)節(jié)向中國轉(zhuǎn)移，00 中國MC 市場 求出 。 問表，00 中國MC 市場 量 8 ，00 的 8 達(dá)到 66 ，00 的 6 。從中國MC 市場應(yīng)用 來看， 于中國消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè) 巨 ，消費(fèi)電子 MC 市場 求 的領(lǐng)域。00 中國消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)C 的 求量達(dá)到 6 ，占MC 市場 量的 0 6 達(dá)到68 ，占MC 市場 的 。國臺 廠商持“將鼠標(biāo)、 盤、 器等 表的機(jī)外 產(chǎn)品生產(chǎn)線移向 國 ， 的產(chǎn)業(yè) ，而對MC 很 的 求。00 中國領(lǐng)域MC 的 量8 ， 達(dá)到 ，分別占 市場的6 6 和 。儀器儀表、工業(yè)PC、醫(yī)療電子系統(tǒng)控制等在 的工業(yè)控制領(lǐng)域的MC 量少，僅 ，占 市場的 ， 則 領(lǐng)域的MC 端，市場 則達(dá)到8 ，占 市場的 6 9 。在網(wǎng)絡(luò)與通信領(lǐng)域除了普通電話機(jī)所 用的MC 低端以外，其 網(wǎng)絡(luò)與通信產(chǎn)品所 用的 6位 位端MC ， 然00 中國通信領(lǐng)域MC 的 量僅 ，占MC 市場 量的 ，而 則達(dá)到 ，占中國MC 的 。其 領(lǐng)域則 辦公 備、汽車電子等產(chǎn)品。00 領(lǐng)域的MC 量 ，市場 達(dá)到 ，占MC 市場的6 。廠商格 化特在中國MC 廠商 中， 、日本 廠商占據(jù)端市場主力地位，而 國臺 廠商以 國 廠商則在低端應(yīng)用市場具有一的價(jià)格 。在彩電、冰箱、洗衣機(jī)等家電市場以 MP、機(jī)頂盒、C等消費(fèi)電子領(lǐng)域 然是o a、P l 、R a 以 M ro 等MC 廠占據(jù)主要 。例如在彩電市場，o a、P l 等廠商通過 片的單片 取得主要市場 。Motorola、 o 、S 以 EC在汽車電子領(lǐng)域占有 對 地位。在空、冰箱等領(lǐng)域，Motorola憑借在SP以 MC 面的 術(shù) ，推出 SP核的MC 產(chǎn)品，取得的市場 。與 同， 國臺 的 、 、 、 等 廠商憑借價(jià)格 在微 、電等 家電市場取得很的市場 ，同在機(jī)外 以 消費(fèi)電子產(chǎn)品也逐漸了 的 爭力。外， 、國、中電 等MC 廠商近 來fi ，取得不 的 ，在普通電話機(jī)、控器、電子玩具等低端應(yīng)用面占有一的市場 。 電視 汽車電子 將 新的來幾 ，中國 電視 機(jī)頂盒、汽車電子fi潛力 ，將 中國MC 市場新的。中國 電視產(chǎn)業(yè)的fi與政府政密切相 。currency1至00 ，廣電 “批了8個(gè)市和個(gè) 電視fi市。 電視fi的逐完 ，中國 電視標(biāo)將逐確， 來幾 中國 電視產(chǎn)業(yè)將出 的 頭。 問 測，00 到008 中國對 電視機(jī)、fl 電視以 機(jī)頂盒的 求量將達(dá)到6000 臺。汽車電子是MC 市場外一個(gè) 領(lǐng)域。00 中國汽車產(chǎn)量達(dá)到 輛， 00 的產(chǎn)量將 00 輛。外， 中國汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃fi，不僅帶動汽車量的加，還 動對性能汽車電子的 求。中國汽車產(chǎn)業(yè) fi將 MC 市場帶來新的fi機(jī)， 來幾 動力傳動系統(tǒng)、盤電子控制系統(tǒng)、車電子控制系統(tǒng)以 汽車信息通信系統(tǒng)在 的中國汽車電子市場對MC 將 很 的 求空， 中國MC 市場一。1.4 MCU的開發(fā)手段單的MCU 系統(tǒng)，可以采用EPROM 型MCU。用復(fù)寫EPROM 的”來fi。 要求fi對 ”MCU 特別， 系統(tǒng)比 單。用”真器是fiMCU 的一fl”，特別是對 有單片工的MCU。將PC 機(jī) 與”真器 相?！闭嫫鞒鲆?與MCU引目相同的電 與頭，即”真頭，到被fi的系統(tǒng)MCU 所在位 。在PC 機(jī) 編程，然 將程序到”真器 。通過”真頭fi目標(biāo)。fi完 ，將程序?qū)懙揭黄琈CU 中， ”真頭來。MC68HC08 MCU 有幾個(gè)系 一百個(gè)品fl。 一”MCU 都 一”真器然是不能受的。對于 線也以 的MCU， 用 器可 的微控制器，將EPROM 分 到MCU 外面來，對于MCU 有的I/O 功能 也用 加 ，在 機(jī)研制完 以 用不可 型的MCU 做出產(chǎn)品。EPROM 到外面來以 fi工就做了。一個(gè)辦”是寫一個(gè)監(jiān)控程序， 一個(gè)fi環(huán)，在目標(biāo) 程序。一個(gè)辦”是 用EPROM ”真器。 PC機(jī) 寫好的程序可以一次次到EPROM中 fi。在FLASH 術(shù)用于MCU 片 以 ，監(jiān)控程序”已不 要在 線外面 以EPROM 而FLASH ”和 監(jiān)控程序”在 有 不同， 是 便、 捷、 便宜。1.5 課題意義信息化 會和 經(jīng)濟(jì)的fi，單片機(jī)的應(yīng)用 到業(yè)， 來 引起人 的 視。單片機(jī)控制 今 的電子 備、家用電器與機(jī)器 備。單片機(jī)的影 不在的在于工業(yè)控制、消費(fèi)電子、機(jī) 產(chǎn)品、通信和辦公 備等領(lǐng)域。而據(jù) 測，到0 0 ，一個(gè) 人日會 到 個(gè)單片機(jī)。 不 的， 生活在一個(gè)單片機(jī)的世界里。 單片機(jī)已經(jīng)被廣泛的用于 會業(yè)，并 的推移，相 術(shù)來 。Motorola微控制器自問世以來，被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、軍工、醫(yī)療、通信、化工、材料等幾乎所有國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，特別是在家電、耐用消費(fèi)品等人民生活領(lǐng)域占據(jù)了廣泛的市場。而MC68HC908MR8是用于電機(jī)控制， 于它的性能，低功 ，推出 短短一 就 得廣泛用。本 是通過對motorola8位單片機(jī)的 的研究、分析，了 并 Motorola單片機(jī) ， ”真機(jī)的 用，fi 系統(tǒng)從而在對單片機(jī)硬件的分析、安和fi，以 應(yīng)用實(shí) ，不 加 和經(jīng) 。并 對Motorola公 的MC68HC908MR8微 器的 編程特，了相應(yīng)的移 。，提出 系統(tǒng)的 一 化和改 的 。2 硬件平臺結(jié)構(gòu)2.1 MC68HC08系列單片機(jī)2.1.1 MC68HC08各系列簡介Molorola公 的叫t微控制器的產(chǎn)量一 世界 一位， 占 個(gè)國際市場的13左右。1999 推出的新一 8位微控制器 Mc68Hc08采用了o35yn、工 ，具有 度 (8MHz 線 度)、功能 、功 價(jià)格低等 ，特別是帶有 器F1ash的MC68HC908具有 的性能價(jià)格比。圖21是Molorola公 MC68HC08系 微控制器產(chǎn)品fi圖Molorola。21 MC68HC08系 控制器產(chǎn)品fi圖MOTOROLA 8位 MCU 的命名方法1、PC 質(zhì)量不 ，用于測fi的器件MC 質(zhì)量 的 產(chǎn)品XC 有限質(zhì)量 ，用于性能的器件2、 于歷 ，Motorola 的MCU ”產(chǎn)品都以683、 度/供電電壓 H C 5.5VL 2.0V4、片 器”型 Blank-有掩膜型7 EPROM/OTP8 EEPROM9 Flash5、CPU ”型 086、系 系 X 系 L 系 7、ROM 量 36 36K 節(jié)ROM8、 用溫度范圍 Blank (0 到70 度)C (-40 到85 度)M (-40 125 度)9、 2.1.2 MC68HC08系列微控制器的主要特點(diǎn)MC68HC08系 微控制器的主要特(1)采用 化 ，fl不同型微控制器 不 所 的微控制器。(2) 片 監(jiān)控R()M， 用 提供了在線編程 在線fi等功能。(3)具有特色的F1ash取 片 EPRoM和ROM，其價(jià)格低于相同量的OTP型微控制器(4)具有鎖相環(huán)電、可以 用32kH z的晶振產(chǎn)生8MH z的 線 度， 降低擾。（5）MC68HC08向 兼，不同之主要是變址寄器 8位變 16位堆棧 SP 6位變 16位程序器PC也 16位加8fl尋址和78條 令。2.2 芯片選擇及其硬件結(jié)構(gòu)2.2.1 芯片特性選了motorola8位MC 中的MC68HC908MR8， 是一款專門用于控制電機(jī)的一款MC 面是motorola官的片介紹和性能 標(biāo)，以 框圖 介紹MC68HC908MR8是廉價(jià)性能的M68HC08系 8位單片機(jī)中的一員，M68HC08系 8位單片機(jī)是于客 的 電 CS C 的 的。 個(gè)系 的所有單片機(jī)都是 用 型的M68HC08中 器 CP 08 和和不同的 件， 器量，型，以 ”型。 FREESCALE motorola單片機(jī) 公 的MC68HC908MR8是一款低價(jià)格性能的8位單片機(jī)，常用的 線頻率 8MHz， 有8K 節(jié)的 la 支持 燒寫程序 fi，還支持在線fi。它 還有 位6通道的PWM ，可以編程 出的PWM 沿對齊或中心對齊一個(gè)SC ，可以 通訊個(gè) 6位的器 ，個(gè) 還具有獨(dú)的 捕捉和出比通道8復(fù)用的 /O 0位 通道的AC轉(zhuǎn) 。面是MR8的系統(tǒng)框圖圖2.1 MR8系統(tǒng)框圖MR8引腳圖面的所 的分別是32 的QFP和28 的DIP/SOIC 圖 MR8引圖2.3 MR8主要接口結(jié)構(gòu)于功能分析2.3.1 輸入輸出I/O接口個(gè)平端 的得出 四個(gè)雙向的 出 (I/O)， 個(gè) ，和六個(gè)出 。MC68HC908MR8 用28 ，據(jù) 寄器將 在DDRA中，如6，5，4是寫在邏輯1（連同任何其 的出一起）。 POR A的據(jù) 寄器6， ，將在緩區(qū)里 束圖是I/O的系統(tǒng) 圖圖 /O圖2.3.2 PWM接口PWMfi生器可以產(chǎn)生6獨(dú)的PWM信或 互補(bǔ)的PWM信。 6獨(dú)的PWM信，出的PWM信有 沿對齊和中心對齊 fl，在圖 給出了PWM的 圖。6個(gè)PWM通道都是 位的，出的PWM信有 沿對齊和中心對齊 fl， 是 器中器的 的。 其工于加1，出 沿對齊的PWM 工于加減1，出中心對齊的PWM 。PWM的主要用是出 從而實(shí)控制，一般用于控制電機(jī)。圖2.5 PWM系統(tǒng)框圖2.3.3 異步串行通信接口（SCI）通信 (serial communication interface，SCI)的用 是能實(shí)諸如Rs232、Rs485等”能 用通信 程的通信，員主要的是用于和其 機(jī)的據(jù)傳。SCI的主要功能是t(1)“雙工 非歸零通信(2)獨(dú)fi送和收操(3)可編程特率 (4)硬件奇偶校 (MC68HC05 功能)(5)噪聲檢測(MC68HC05 功能)。SCI的功能 框圖如圖2.6所 。 圖2.6 SCI 圖SCI的功能有 （1） SCI系統(tǒng)功能標(biāo)不歸零格“雙工操，fi送器和收器分別有獨(dú)的允許位軟件 32fl特率之一軟件選據(jù) ( 8或9個(gè)位)SCI可用中 驅(qū)動，有4個(gè)分的中 條件。（2） SCI收器功能收器喚醒功能（空閑線或地址位）空閑線探測標(biāo)志錯(cuò)誤檢測標(biāo)志 幀錯(cuò)誤、噪聲、溢出檢測收據(jù)寄器滿標(biāo)志。（3） SCIfi送器功能fi送據(jù)寄器空標(biāo)志fi送完 標(biāo)志在fi送過程中CPU 可以中止fi送 。2.3.4 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）MR8單片機(jī)的ADC 是帶 采 和 持（S/H）的10位 轉(zhuǎn) ，有達(dá)7個(gè)的 擬 通道（ADCIN0ADCIN6），它次要轉(zhuǎn)的通道都可通過編程來選。ADC可通過 擬 通道的選器來選要轉(zhuǎn)的通道，轉(zhuǎn) 束 的值 果 在 通道相應(yīng)的 果寄器中。功能描 根據(jù) 而 達(dá)到個(gè)”比位轉(zhuǎn)器道是可得的 抽取 品在 P A6/A 6 的外 來 :P 00/A 0。 了要達(dá)到 好的可能確度 是 轉(zhuǎn)（A/ ， 些 。一個(gè) 擬混 器允許單獨(dú)的AC通道依AC電壓 來選 個(gè)AC通道中的一個(gè)(ADCVIN) 。ADCVIN的電壓被 用連“近似” 轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)完 ，ADC將果 在ADC據(jù)寄器中 ARH 和 ARL ，并 一個(gè)標(biāo)志或產(chǎn)生一個(gè)中 。 如 圖2.7圖2.7 ADC框圖2.3.5 定時(shí)器（TIM）器的核心是一個(gè)16餃器， 器的頻率 外 晶振鐘(也可以是鎖相環(huán) 得到的 線鐘)經(jīng)過 的分頻子分領(lǐng)得到，相互獨(dú)的器可以 用不同的分頻子。同一個(gè)器的所有動都以經(jīng)過 個(gè)分頻的頻率 ，所以相互之有確的 系，從微控制器的角度看，真 的隔被 個(gè)自 的所 替。在任何候可以通過取器的而判 經(jīng)過了。用 功能可以得到精確的攫出，可以在任何候暫?；蛳鞯?。通過器的攫出功能可以 的。器具有攫出、 捕捉、出比、PwM脈沖撞出、DMA 器訪問等功能。器的fl功能可以應(yīng)用于個(gè)場 。如利用 捕捉鍘量脈寬、a量頻率，利用出比出特的 、宣出脈寬制。外， 用 捕扼配 鉆出比來出同 或延。圖2.8 器框圖從 圖可以看出器具有以特征 一個(gè)器都 2個(gè)引腿和11個(gè)寄器 ，個(gè)器具有 獨(dú)的 捕捉和出比通道可以實(shí)帶緩沖和不帶緩沖的脈寬制可以得到7fl可編程選的分領(lǐng)子，器可以自 或項(xiàng) 可以停止或消除器器滋出可以引fi中 ，通道的 捕捉和出比也可以引fi中 。3MCU應(yīng)用實(shí)例EPS（汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）MR8是一款專門用于控制電機(jī)的單片機(jī)， 在 里給出其在EPS- Electric power steering system中的應(yīng)用， 單介紹其工 。汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）是近 來fi起來的一fl新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 系統(tǒng)是 電子控制單 根據(jù)傳感器采到的信來控制電機(jī)的 轉(zhuǎn)，從而實(shí)助力轉(zhuǎn)向的功能，EPS除了具備液壓動力轉(zhuǎn)向器的轉(zhuǎn)向輕便等 之外，它還具有轉(zhuǎn)向平 、節(jié)能、環(huán) 等一系 特， ，EPS取 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 在必然。EPS概述汽車在駛過程中，經(jīng)常 要改變駛的向，稱 轉(zhuǎn)向。輪汽車駛是通過轉(zhuǎn)向輪相對于汽車縱向軸線偏轉(zhuǎn)一的角度來實(shí)的。駕駛操縱用來改變或恢復(fù)汽車駛向的專用機(jī) 稱 汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車 術(shù)和電子 術(shù)的不 革新與 得汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)經(jīng)歷了從液壓助力轉(zhuǎn)向、電控液壓助力轉(zhuǎn)向到如今的電動助力轉(zhuǎn)向的fi歷程。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一在 輕與靈的矛盾。 了緩和 一矛盾，過人 常將轉(zhuǎn)向器 可變 比，在向盤 角度以靈 主，在向盤 轉(zhuǎn)角以輕 主。但靈的范圍 在向盤中位 附近，僅對 駛有，并 傳動比不能 車變化，所以 fl”不能 一矛盾。動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的產(chǎn)生，液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（HPS Hydraulic Power Steering System）以其具有的轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便， 汽車對轉(zhuǎn)向器 的選靈活性 ，并可吸收面對 輪產(chǎn)生的沖擊等 ，自20世紀(jì)50 以來，在國汽車 得到普遍應(yīng)用。但傳統(tǒng)的HPS 消 一的能量，加了汽車的燃油消 量，據(jù)報(bào)道，HPS所引起的燃油消 量 占 車燃油消 量的 3。電子 術(shù)的fi，電子控制機(jī) 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ECPS Electronically Controlled Power Steering System）應(yīng) 而生， 系統(tǒng)在燃油消 量面 于傳統(tǒng)的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，但 然 ”根除液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的固有缺陷。HPS和ECPS在選 完 之 ，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能就確了，不能對其 節(jié)與控制。 協(xié)轉(zhuǎn)向力與操縱感的 系困難，低 轉(zhuǎn)向力 ， 駛轉(zhuǎn)向力 過輕、感， 至感 汽車fi ，從而影響操縱 性而 性能要求 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，低 助力 過 。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS Electric Power Steering System)，是液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 產(chǎn)生的一fl動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。EPS 電機(jī)提供助力，助力 控制單 ECU實(shí)節(jié)與控制，可以好地 液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所不能 的矛盾。與目 汽車 采用的HPS相比，EPS具有節(jié)能 、于車等諸 ，而引起了國汽車界的 視，有 替液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 。與HPS相比，EPS有如 1）能 降低。2）輕量化 。 3） 化助力控制特性。4）系統(tǒng)安“ 。5）EPS有液壓 ，比HPS 和檢測，配自動化程度 ，并 可以通過 不同的程序，能 與不同車型 配，而能 短生產(chǎn)和fi 。6）EPS能有currency1節(jié) 能 。7）EPS比HPS具有 好的低溫工性能。EPS是一fl依 電機(jī)提供助力 的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 fl系統(tǒng)不 要復(fù) 的機(jī) 控制，要控制了電機(jī)電流的 值和向，就能實(shí)轉(zhuǎn)向的要求。根據(jù)電機(jī)和減 安位 的不同，EPS可以分 以四” 1）軸助力 電機(jī)和減 在轉(zhuǎn)向傳動軸 2） 輪助力 電機(jī)和減 在 輪一 3）端 輪助力 電機(jī)和減 在 輪對稱一 4） 條助力 電機(jī)和減 在 條外 。本文所研究的對 是軸助力EPS。圖3 00 軸助力EPS 系統(tǒng) 圖 圖3 0所 軸助力EPS的系統(tǒng) 框圖。它 傳感器、電控單 、助力電機(jī)、電離 器、減 器和 輪 條轉(zhuǎn)向機(jī) 等 。圖中的電機(jī)固在轉(zhuǎn)向 一 ，通過電 離器、減 機(jī) 與轉(zhuǎn)向軸相連，驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)向。其中電機(jī)、離 器與減 器 一個(gè) 。EPS的工作原 EPS工 框圖如圖3 00所 。檢測傳感 控制單 電動機(jī)傳動 轉(zhuǎn)向機(jī) 電 離 器圖3 00 EPS框圖檢測傳感 將所 信息 控制單 ， 控制單 對 些信 得到一個(gè)與駛工 相 應(yīng)的 ， fi出 令驅(qū)動電機(jī)工。電機(jī)的出轉(zhuǎn) 通過傳動 的用而 系統(tǒng)的 助動力。轉(zhuǎn)動向盤，在向盤 的 傳感器不 測出轉(zhuǎn)向軸 的 并 產(chǎn)生一個(gè) 的 擬信 度傳感器測出汽車車 ，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖信與 同，轉(zhuǎn)向角傳感器產(chǎn)生一個(gè) 于轉(zhuǎn)向角的 擬信。 信 被傳到電子控制 ，經(jīng) ， 電子控制 向電機(jī)和離 器fi出控制 令，即向其出一個(gè) 的電流，在離 器 的同 電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一個(gè) ， 經(jīng)與電機(jī)連在一起的離 器、減 器降 ， 加在轉(zhuǎn)向軸 ，轉(zhuǎn)向軸的端與 輪 條轉(zhuǎn)向器 中的 輪相連，于是 電機(jī)fi出的 通過 輪 加到轉(zhuǎn)向器 ， 之得到一個(gè)與工 相 應(yīng)的轉(zhuǎn)向助力。3.1 EPS控制系統(tǒng)的硬件 EPS的控制單 要實(shí)的功能就是根據(jù) 信來控制電機(jī)的 轉(zhuǎn)。圖3 1是系統(tǒng) 框圖。流電 H 變 流有 電機(jī)/電 離 器電 功率驅(qū)動電/過流 壓 電電流檢測車 信電 中 驅(qū)動電 A轉(zhuǎn)車 信 微 器SC /O信 A轉(zhuǎn)通信 出/控制令 傳感器 fi動機(jī)轉(zhuǎn)信fi動機(jī)轉(zhuǎn) 信 電壓轉(zhuǎn) 離 器控制圖3 1 系統(tǒng) 框圖從系統(tǒng) 框圖可以看出， 系統(tǒng) 電流電和 電流電 。12V流電 通過一 分供給 MOSFET和離 器控制電 的 電流電，4個(gè)MOSFET 變 驅(qū)動有 流電機(jī) 轉(zhuǎn)一 分通過電壓轉(zhuǎn)之 供給控制器 單片機(jī)、驅(qū)動片、車 轉(zhuǎn) 電、 傳感器 電、SCI 和電 電等。變 是 四個(gè)MOSFET 的 電，驅(qū)動片選用IR公 的IR2130， 電通過 變 用PWM控制有 流電機(jī)，節(jié) 變 的PWM的脈寬，就可以節(jié)流有 電機(jī)的 電壓，從而改變電機(jī)電流，節(jié)電 轉(zhuǎn) ，改變助力 電 轉(zhuǎn) 和平，電機(jī)電流達(dá)到助力值。如圖3 2所 以性能的微 器 核心的控制系統(tǒng) 。 圖可以看出，控制器硬件 以幾個(gè) 分 1）性能微 器，它是控制系統(tǒng)的核心 件，在 里選用FREESCALE公 的8位單片機(jī)MC68HC908MR8。性能微 器電 C/C 轉(zhuǎn) 傳感器車 傳感器H 驅(qū)動電電機(jī)電 離 器圖3 2 控制器的 框圖2） 傳感器 信 分， 里 傳感器出 擬信， 傳感器的出信 2信。分別采用2ADC單 轉(zhuǎn)，然 根據(jù)取得的2個(gè)值相減，得到分信送 CPU，可以提采 精度。3）汽車車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 分，它 值12V的頻率一的信，其頻率對應(yīng) 車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 值。 信的 值轉(zhuǎn) 5V 單片機(jī)的捕捉單 ， 得其頻率值，送給CPU 。4）電流采 分， 得電機(jī)電流，從而 電流環(huán)來控制電機(jī)轉(zhuǎn) 。本文是在驅(qū)動和地之一個(gè)精確的 電， 電流值轉(zhuǎn) 電壓值，通過 電 ， CPU的ADC單 采 得到。5） 電。 電 以幾個(gè)單 （1） 電 壓 電和流電機(jī)電currency1電流過 ，fi生電 壓或電機(jī)過流，IR2130的FAULT會給出低電平，“止PWM的轉(zhuǎn)， 低電平通過非門送給CPU的FAULT，同 可以編程來控制。（2）在電 流之 MOSFET之 ，加 一個(gè)電器 ， 電 常工的候，電器吸 ，則 。（3）通過IO 控制可以送出 的”型。6）離 器，通過CPU的一個(gè)IO 出信給離 器的驅(qū)動電，來控制離 器的7）其它 分，如復(fù)位控制、 等。3.2 控制電 主電 單片機(jī)控制電、驅(qū)動控制電、車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 電、轉(zhuǎn) 電等。3.2.1 單片機(jī)控制電 FREESCALE公 的MC68HC908MR8是一款低價(jià)格性能的8位單片機(jī)，常用的 線頻率 8MHz， 有8K 節(jié)的flash支持 燒寫程序 fi，還支持在線fi。它 還有12位6通道的PWM ，可以編程 出的PWM 沿對齊或中心對齊一個(gè)SCI ，可以 通訊2個(gè)16位的器 ，個(gè) 還具有2獨(dú)的 捕捉和出比通道8復(fù)用的I/O 10位7通道的ADC轉(zhuǎn) 。如圖3 3所 單片機(jī)的控制電。圖3 3 單片機(jī)控制電外 晶振 4MHz，OSC1 鐘 引，OSC2 鐘出引。CGMXFC外 電引，外220pF的電 。選3ADC分別采 2轉(zhuǎn) 信和電機(jī)電流信。車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 信分別通過TCH1B和TCH0B引 ， 器B 捕捉，車 轉(zhuǎn) 值。單片機(jī)的電 電壓VCC 5V， 電提供的12V電壓通過7805片轉(zhuǎn)得到。轉(zhuǎn)之 的5V電壓同供給單片機(jī)和其它電， 會帶 fi擾 單片機(jī)ADC 采 值出錯(cuò)誤， ADC 的電壓 LM336片 轉(zhuǎn)。如圖3 4所 是LM336應(yīng)用電圖。圖3 4 單片機(jī)ADC 電3.2.2 輸入信 的電 1） 傳感器 信在 面 fl 中已經(jīng)對 傳感器了介紹，可以看出 傳感器出的電壓信在05V之。 可以到單片機(jī)的ADC 采 。如圖3 8所 是 信的電。圖3 8 傳感器 電單片機(jī)的ADC 是帶 采 和 持（S/H）的10位 轉(zhuǎn) ，有達(dá)7個(gè)的擬 通道（ADCIN0ADCIN6），它次要轉(zhuǎn)的通道都可通過編程來選。ADC 可通過 擬 通道的選器來選要轉(zhuǎn)的通道，轉(zhuǎn) 束 的值 果 在通道相應(yīng)的 果寄器中。2） 車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 信車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 信 信，其 值 12V，頻率值對應(yīng) 車 和轉(zhuǎn) 值。 在 ， 信變 值 5V的信，然 到單片機(jī)的器 捕捉，從而得到其頻率值。如圖3 9所 是車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 電，2個(gè)fl管起限 用，VCC是5V電， 端的 的信 值必 于5V能 常工。圖3 9 車 和fi動機(jī)轉(zhuǎn) 電 捕捉功能 16 位的鎖器、 沿探測邏輯和中 邏輯 。 的 變沿出在 捕捉引 ，鎖器鎖器的值。 變沿的性選、 捕捉中 允許與都在 捕捉控制寄器中 。在 款單片機(jī)中，有2個(gè)器 ，個(gè)器都有 獨(dú)的 捕捉/出比通道，通道都可以 捕捉功能也可以 出比功能。如果 捕捉，通道的控制寄器就是 捕捉控制寄器如果 出比， 寄器就 出比控制寄器。也就是， 捕捉寄器和出比寄器 是同一個(gè)寄器在 不同用 的不同稱。 捕捉寄器是 寄器，在次fi生了 的沿 變，都會自動的將自 器的 傳給 捕捉寄器。 捕捉寄器是一個(gè)16 位的寄器，分 節(jié)和低 節(jié)，在取的候要分別取。 了防止 次取之 寄器的 fi生變化而產(chǎn)生的 捕捉值，系統(tǒng)會在取 節(jié)鎖低 節(jié)的 ， 即 ”fi生特的沿 變 捕捉寄器的 也不會改變。 對低 節(jié)的取將 捕捉寄器，但 取 捕捉寄器的低 節(jié)將不影響 捕捉寄器。所以，如果要取 個(gè) 捕捉寄器，必 節(jié)，低 節(jié)。通道1的 捕捉寄器位稱和功能如 圖3-10 通道0 捕捉/出比控制寄器通道1的 捕捉寄器位稱和功能如 圖3-11 通道1 捕捉/出比控制寄器如圖3 10和3 11所 是通道的 捕捉寄器，對其 相應(yīng)的 即可捕捉功能利工。表3 1是通道控制寄器控制位的 。表3-1 通道控制寄器控制位3.2.3 PWM 的發(fā) PWMfi生器可以產(chǎn)生6獨(dú)的PWM信或3 互補(bǔ)的PWM信。 6獨(dú)的PWM信，PWM1-6的占空比分別 相應(yīng)的PWM值寄器PAL1-6控制。PWM值寄器PAL 16位寄器，而PWM的 寄器 12位寄器， PAL的取值通常 $0$FFF， PWM 信占空比在 0100之變化，寫 的值 于$FFF ，$1000$7FFF單 的 看 $FFF，$8000$FFFF看 0 。出的PWM信有 沿對齊和中心對齊 fl， 是 器中器的 的。 其工于加1，出 沿對齊的PWM 工于加減1，出中心對齊的PWM 。本文采用的是獨(dú)出的4 沿對齊的PWM 。如圖3 12和3 13分別是PWM控制寄器1和2， 了出 確的PWM信， PWM的占空比和 能 的 變化， 中的PWM 寄器、鐘的分頻系寄器、PWM值PAL都具有緩沖器。 改 的 不是 影響PWM 。新的 可以 在1、2、4或