单向式：
单向式的电路更双向式相同。
不同的是，在电机正转时，Tb这段时间内不通过反向电流，电机反转时，Ta内不通过正向电流。
其调速原理基本与双向式相同。
单向式与双向式相比，三极管的开关频率少一半，比较不容易发生上下三极管导通而造成电源短路的情况,故可靠性有所提高，但控制性能比双向式稍差。
外特性、低速性能也不如双向式好。
图4-4-5
如上图4-4-5左所示为双向式调速方式下速度与占空比关系曲线，图3-1-5右为单向式调速方式曲线。
综合以上两种方式的优缺点，并考虑到电动自行车对调速精度要求不太高，以及省电，器件损耗等各方面因素，决定采用单向式PWM。
考虑到编程时可能会产生使T1、T2、T3、T4都导通的情况，以至电源短路，烧毁器件。
为避免出现这种情况，设计了图4-4-6所示的电路
图4-4-6
此电路只用一个三极管控制电路的通断，用四个继电器控制电流的流向，从而控制电机的转向。
这样无论如何，都不会出现因编程原因而造成电源短路的情况。
由于采用单片机控制电机，如果单片机的电源采用与电机同一电源，虽然经过稳压、滤波，但是单片机仍然容易受到电机以及继电器的干扰，为了避免干扰，采用光电隔离，单片机和电机采用两套电源。
4N26光耦一般需要2mA以上的驱动电流，由于单片机的输出电流只有几百微安，故需要先接74LS245或者接一个三极管增加驱动能力（74LS245的高电平驱动能力为15mA）。
光耦的输出再接给达林顿管，考虑到电机的短路电流有2A，故选用TIP132型号的达林顿管（允许通过的最大瞬时电流为8A）。
另外在达林顿管的C极和电源的正极之间接一个耐流为2A的二极管，这样在关断电源后，使继电器反相，可以让电机放电，这样停车时车不至于因为惯性滑行太远而浪费能源。
因此时以关断了电源，要将电动车停下来而采取的无谓制动不能将电能回馈给蓄电池。
考虑到电动自行车对电机转速，距离控制的要求不高，为了简化程序和外接电路，所以没有考虑采用闭环PWM控制，用开环PWM控制就可以实现自行车的功能。
脉冲信号Ta
Tb
工作时Ta为高电平，通过光耦驱动复合管T导通，此时Tb为高电平通过光耦使三极管导通，继电器各线圈被短路。
K1、K3为长闭触点，所以电动机加正向电压。
当Tb为底电平时所有继电器得电，常开触点闭合常闭触点打开，K1、K3断开K2、K4导通。
电动机加反向电压。
如果保证Ta>Tb则电动机正转。
通过改变Ta、Tb的占空比即可改变转速。
4.5总电路图
《见附图4-5-1》
第五章主要器件性能及原理
电动车的性能指标一般包括：
驱动性能、驾驶性能、车载能源系统性能三部份，其中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标主要包括：
加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术
5．1MCS-51单片机内部结构
8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。
8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：
5.1.1中央处理器
中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。
5.1.2数据存储器（RAM）
8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。
5.1.3程序存储器（ROM）
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。
5.1.4 定时/计数器（ROM）
8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。
5.1.5并行输入输出（I/O）口
8051共有4组8位I/O口（P0、P1、P2或P3），用于对外部数据的传输。
5.1.6 全双工串行口
8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。
5.1.7中断系统
8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。
5.1.8时钟电路
8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。
单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛（Harvard）结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿（Princeton）结构。
INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。
下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。
5.1.9MCS-51的引脚说明
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
·Pin20:
接地脚。
·Pin40:
正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。
·Pin18:
时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。
另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。
现在我们对这些引脚的功能加以说明：
·Pin20:
接地脚。
·Pin40:
正电源脚，正常工作或对片内EPROM烧写程序时，接+5V电源。
·Pin19:
时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。
·Pin18:
时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。
8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体（2-12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。
另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。
·输入输出（I/O）引脚：
Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。
·Pin9:
RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。
初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。
RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。
然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如下表：
特殊功能寄存器
初始态
特殊功能寄存器
初始态
ACC
00H
B
00H
PSW
00H
SP
07H
DPH
00H
TH0
00H
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。
此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。
5.2A/D转换芯片
ADC0809芯片是最常用的8位模数转换器。
它的模数转换原理采用逐次逼进型，芯片由单个＋5V电源供电，可以分时对8路输入模拟量进行A／D转换，典型的A／D转换时间为100微妙左右。
在同类型产品中，ADC0809模数转换器的分辨率、转换速度和价位都属于居中位置。
内部逻辑结构，如图5-2-1所示。
图5-2-1ADC0809内部结构
引脚功能说明：
·D7～D0：
8位数字量输出，A／D转换结果。
·IN0～IN7：
8路模拟电量输入，可以是：
0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。
·+VREF：
正极性参考电源。
·－VREF：
负极性参考电源。
·START：
启动A／D转换控制输入，高电平有效。
·CLK：
外部输入的工作时钟，典型频率为500KHz。
·ALE：
地址锁存控制输入，高电平开启接收3位地址码，低电平锁存地址。
·CBA：
3位地址输入，其8个地址值分别选中8路输入模拟量IN0～IN7之一进行模数转换。
C是高位地址，A是最低位地址。
·OE：
数字量输出使能控制，输入高有效，输出A／D转换结果D7～D0。
·EOC：
模数转换状态输出。
当模数转换未完成时，EOC输出低电平；当模数转换完成时，EOC输出高电平。
EOC输出信号可以作为中断请求或者查询控制。
·Vcc：
芯片工作电源＋5V。
·GND：
芯片接地端。
5．3永磁无刷直流电动机
5.3.1稀土永磁无刷直流电动机的基本工作原理
无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。
动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。
电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。
驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：
接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
无刷直流电动机的原理简图如图5-3-1所示
图5-3-1
：
主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频5-26KHZ调制波的对称交变矩形波。
永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差120°的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：
101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1-T4导通、T1-T6导通、T3-T6导通、T3-T2导通、T5-T2导通、T5-T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1-T6功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。
每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动60°电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60°电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进60°电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。
正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。
无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。
由于定子磁场轴线可视作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。
电动机的转矩正比于绕组平均电流：
Tm=KtIav（N·m）
电动机两相绕组反电势的差正比于电动机的角速度：
ELL=Keω（V）
所以电动机绕组中的平均电流为：
Iav=（Vm-ELL）/2Ra（A）
其中，Vm=δ·VDC是加在电动机线间电压平均值，VDC是直流母线电压，δ是调制波的占空比，Ra为每相绕组电阻。
由此可以得到直流电动机的电磁转矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是电动机的结构常数，ω为电动机的角速度（rad/s），所以，在一定的ω时，改变占空比δ，就可以线性地改变电动机的电磁转矩，得到与他励直流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特性。
无刷直流电动机的转速设定，取决于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值为+5V对应的最高转速：
Vc（max）ónmax，那么，+5V以下任何电平即对应相当的转速n，这就实现了变速设定。
当Vc设定以后，无论是负载变化、电源电压变化，还是环境温度变化，当转速低于指令转速时，反馈电压Vfb变小，调制波的占空比δ就会变大，电枢电流变大，使电动机产生的电磁转矩增大而产生加速度，直到电动机的实际转速与指令转速相等为止；反之，如果电动机实际转速比指令转速高时，δ减小，Tm减小，发生减速度，直至实际转速与指令转速相等为止。
可以说，无刷直流电动机在允许的电压波动范围内，在允许的过载能力以下，其稳态转速与指令转速相差在1%左右，并可以实现在调速范围内恒转矩运行。
由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体，所以不象异步机那样需要从电网吸取励磁电流；由于转子中无交变磁通，其转子上既无铜耗又无铁耗，所以效率比同容量异步电动机高10%左右，一般来说，无刷直流电动机的力能指针（ηcosθ）比同容量三相异步电动机高12%-20%。
电动机采用无锡市日驰电机有限公司生产的永磁无刷直流电动机
型号
额定电压（V）
额定转速（r/min）
额定功率（W）
效率（%）
SWX006
24
190
140
>74
5．4三端式稳压器78L05三端式稳压器78L05的工作原理
图5-4-1
电路如图5-4-1所示，三端式稳压器由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。
下面对各部分电路作简单介绍。
5.4.1启动电路
在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，
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