電動(dòng)自行車(chē)應用中的MCU

　　無(wú)傳感器的電機控制

　　無(wú)傳感器的電機控制不需要霍爾傳感器，而是采用反電動(dòng)勢(back-EMF)過(guò)零檢測技術(shù)來(lái)控制電機的運動(dòng)。當電機旋轉時(shí)，每個(gè)繞組生成的電壓稱(chēng)為與繞組供電主電壓相反的反電動(dòng)勢電壓。反電動(dòng)勢的極性與繞組激勵所用電壓的方向相反，并與電機的轉速成正比。

　　圖3：基于PSoC的無(wú)傳感器電機控制

　　在圖3中，三相反電動(dòng)勢信號終止而DC總線(xiàn)擴展并路由到PSoC.PSoC將采用多路復用器切換到比較器的終止輸入，并將其與DC總線(xiàn)電壓進(jìn)行比較。級聯(lián)的數字邏輯將過(guò)濾出PWM信號，以獲得真正的過(guò)零信號。微控制器將根據該信息決定換向。

　　可選的電流控制將被應用于PWM輸出控制，從而對電機電流進(jìn)行調節。此內環(huán)以比較器為基礎：反饋總線(xiàn)電流與12位DAC提供的參考電流值進(jìn)行比較。改變DAC輸出將修改輸出電流值。

　　基于傳感器的(霍爾效應)電機控制

　　基于傳感器的無(wú)刷電機控制采用霍爾傳感器輸入來(lái)檢測轉子位置，進(jìn)而控制電機的運動(dòng)。它為微控制器提供霍爾傳感器輸入，并作為閉環(huán)系統工作，這有助于實(shí)現較長(cháng)驅動(dòng)的自動(dòng)速度鎖定。

　　設計挑戰

　　高性能智能微控制器需要更高M(jìn)IPS性能的CPU內核、更快速的ADC(>= 500Ksps @ 10位)、內置閃存和SRAM存儲器、內置EEPROM、模擬和數字外設來(lái)執行高性能模擬測量、CAN接口、三相電機控制、LCD驅動(dòng)、低功耗運行、RTC、不同外部協(xié)議接口等關(guān)鍵功能。

　　該系統可采用低成本前面板設計，實(shí)現按鍵和LED/LCD界面等不同特性。此外，電容式感應技術(shù)可用于在前面板上實(shí)現按鍵、滑條和接近傳感器。在前面板上利用鄰近的LED(PWM型)滿(mǎn)足電容式感應性能要求(如信噪比等)，這對于系統設計人員來(lái)說(shuō)可能是一大設計挑戰。

　　選擇具有低Ron和低柵電容的Power MOSFET正是驅動(dòng)三相電機所必需的。采用高功率MOSFET驅動(dòng)電路設計電路板以及處理電池輸入的較高板上電流是電路板設計人員面臨的另一大挑戰。由于該系統涉及機電構造問(wèn)題，要設計出一款低成本的緊湊型機電系統極具挑戰，而且還要讓最終設計通過(guò)認證。此外，電動(dòng)自行車(chē)系統在設計時(shí)需要考慮一次充電能行駛更長(cháng)里程的問(wèn)題。

　　支持恢復機制的故障檢測是所有汽車(chē)應用都不可或缺的。而且，具有電池保護、過(guò)流、過(guò)熱和啟動(dòng)故障狀態(tài)保護功能的電源設計也是一大必要條件。

　　此外，開(kāi)發(fā)人員可能還希望采用一次性可編程(OTP)的器件來(lái)防止競爭對手和黑客對固件實(shí)施逆向工程。

　　系統局限性

　　PSoC 4支持電容式感應技術(shù)，可通過(guò)觸摸操控的鍵盤(pán)取代機械按鍵。這不僅可減少由機械按鍵造成的故障幾率，同時(shí)還可提高產(chǎn)品的可靠性。PSoC Creator支持CapSense SmartSense組件，該組件能自動(dòng)調校電容式感應按鍵和滑條的敏感度，從而使開(kāi)發(fā)人員無(wú)需再進(jìn)行手動(dòng)調校。此外，電容式感應還能提高最終系統的防水性。

　　在前面板上實(shí)現的觸摸屏設計取代了LCD顯示屏和鍵盤(pán)，這可為用戶(hù)提供更好的用戶(hù)界面和更高的靈活性。系統還可添加連接iPod/iPhone等外部設備的接口，通過(guò)UART或USB接口實(shí)現與媒體播放器的通信，從而支持播放音樂(lè )、控制播放列表和設備充電等功能。

　　故障分析和返回材料：電路板上內外部接口數量的增加必然會(huì )讓入侵者獲得更多途徑來(lái)對系統實(shí)施破壞。這也是嵌入式系統面臨的一個(gè)最大局限性問(wèn)題。

　　在汽車(chē)應用領(lǐng)域中所使用的電動(dòng)自行車(chē)系統目前是采用微控制器來(lái)實(shí)現。PSoC完美結合了微控制器和ASIC.采用基于PSoC的電動(dòng)自行車(chē)解決方案，可幫助我們降低汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的整體產(chǎn)品成本(通過(guò)減少BOM成本)和項目開(kāi)發(fā)成本(采用PSoC Creator來(lái)實(shí)現)。