电动自行车应用中的MCU设计

本文将主要探讨采用微控制器或可编程片上系统（PSoC）实现电动自行车的设计技术和相关挑战。当前业界的电动自行车系统采用微控制器以及外部信号调节和比较器电路来驱动三相电机；采用外部ADC和外部放大器支持不同的传感器输入；采用继电器驱动电路支持刹车灯、车头灯和转向灯；此外还可支持LED/LCD显示屏和温度测量等。
电动自行车应用中的 MCU 设计
本文将主要探讨采用微控制器或可编程片上系统（PSoC）实现电动自行车的设计
技术和相关挑战。当前业界的电动自行车系统采用微控制器以及外部信号调节和
比较器电路来驱动三相电机；采用外部 ADC 和外部放大器支持不同的传感器输
入；采用继电器驱动电路支持刹车灯、车头灯和转向灯；此外还可支持 LED/LCD
显示屏和温度测量等。

可 编程 SOC 器件不但可作为电机控制、模拟测量以及直接驱动 LCD 显示屏的统
一电路板系统用于电动自行车应用， 而且还能支持电容式感应技术以取代键盘上
的机 械按键。此外，SOC 器件还能利用内部 PWM、MUX 和比较器来驱动和控制三
相电机，利用内部 ADC 和 PGA 来支持传感器输入电池监控，以及利用热敏电阻 或
RTD 等温度感应器件来实现温度感应。该器件不但能直接驱动继电器，以支持刹
车灯、车头灯和转向灯，而且能直接驱动 LCD 显示屏，以显示温度、电池状 态、
速度、骑行距离及各种错误/警告消息等。

采用基于 IDE 的工具，可为 SoC 设计出各种界面和逻辑。这些工具还能提供直接
可用的组件模块，可用于设计更为复杂的逻辑，如监控界面的电容式传感器、 支
持模拟传感器和其它输入的 ADC、驱动蜂鸣器的 PWM、DAC 以及段式、字符或 图
形化 LCD 显示屏等。因此，利用可编程 SOC，电动自行车系统的开发和生产成本
能够大幅降低。

图1所示为基本电动自行车系统的方框图：
 图1：电动自行车方框图

微 控制器：微控制器通常用于不同传感器输入检测（如节流阀输入、温度传感
器、电池输入、燃料传感器、障碍传感器等）、模数转换、输出比较组件等，并
可驱动和 控制三相无刷车用电机。采用电池供电的电动自行车系统需要超低功
耗的微