设计电路板的资料

1、智能车系统根据各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V2000mAh Ni-cd蓄电池进行电压调节。其中，单片机系统、路径识别的光电传感 器和接收器电路、信号处理电路，速度传感器电路需要5V电压，伺服电机、直 流电机使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电，供电方式是加载在前述驱动 芯片 MC33886。最常见的电源管理芯片是7805,价格低廉，电路成熟，但是考虑到驱动电 机启动瞬间会引起电压瞬间下降的现象，所以电源管理系统中采用了低压降的电 压调节器LM2940来产生5V电压。尽管如此，实验中仍然会出现电机负载过大 引起的电压瞬间下降，导致单片机重新启动的现象。一般出现

2、小车过弯道时在电 机两端加载过大的驱动电压。为此在电源电路上通过增加二极管和电容来解决这 一问题，如图3.6所示。LM2940DIODE _ 7.2V BATTERYC术1000gC2 470UF图36电源管理电路GND电源电路的工作原理是当电池接通时，7.2V电池给C1充电，当小车电机启 动瞬间造成电池电动势下降时，由C1向LM2940供电，同时通过二极管阻断C1 向电池放电。1000UF的电容应该可以持续供电34秒。此时，电池的电动势应 当能恢复到7.2V。闭环驱动电路的设计电机驱动电路采取闭环控制，使电机转速与单片机输出的速度信号成线型。闭环控制的核心是一片TL494。其内部集成两个误差

3、比较器，一个死区控制，两个推 挽输出。我们使用了其中一个误差比较器，将设定信号与速度反馈信号进行比较，比较结果 通过推挽输出控制MOS管的开关，完成闭环控制。大功率MOS管直接驱动直流电机，与使用MC33886比较，瞬间电流输出能力增强， 效率提高，芯片发热量明显减小。速度反馈信号由红外对管检测传动轮上的孔获得，经滤波后的矩形波的频率与车速成 正比，在将矩形波进行频压转换后便得到了与实际速度成正比的电压信号。频压转换的是 74HC123 （单稳态触发器）和RC滤波网络。RC滤波网络与TL494中的误差比较器组成了 一个惰性环节，RC为该惰性环节的时间常数，决定了系统的调节速度。时间常数愈大，控

4、 制特性越软，调节速度较慢；反之控制特性越硬，越容易发生震荡。通过RC的调节，可以【32VCC48RC7DISCV2TRIGDNGRitbvc使电机转速相对恒定。34OUTPUT CTRLIRSNGGNDVCC_IRJP1IRPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7KEY1KEY2KEY3KEY4GNDJ83310J7OscillatofKEY DJ SNG J61 VCC_5. 72GND ：3FME必 fn3SPEEDR910KVCTLid-Tinw Contfol CacnparatDFError Amplifier 1HD0.7 iikAVCCR1 2 10KU5BC92247

5、RCex t6GNDF_SIG9101 1AD1 5AD0 7PWM5PWM4AD1 4AD0 6图4.1 TL494内部功能框图AD1 3 AD0 5 AD0 1 AD0T AD0 2AD1 0 AD0 3 AD1 1 AD04 AD1 2GNDC4Q3IRF3205VCCVCC810416GND15VRF14VRF 113GND1211CCextABCLR5 VBACK74HC12312图4.2电机控制模块TitleSizeNu mberBDate:21-Jul-2007、File:E:workProject智t 车t 比赛L，一 Sheet Smartcar_PCBMODORn (Bry

6、L1.0.d dofRev图3.1电源管理模块原理图电源模块对于一个控制系统来说极其重要，关系到整个系统是否能够正常工 作，因此在设计控制系统时应选好合适的电源。竞赛规则规定，比赛使用智能车竞赛统一配发的标准车模用7.2V 2000mAh Ni-cd供电，而单片机系统、路径识别的光电传感器、光电码编码器等均需要5V 电源，伺服电机工作电压范围4V到6V（为提高伺服电机响应速度，采用7.2V供 电），直流电机可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄电池直接供电，智能车电压调节 电路示例见图3。5V电源模块用于为单片机系统、传感器模块等供电。常用的电源有串联型 线性稳压电源（LM2940、7

7、805等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575等） 两大类。前者具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大；后者 功耗小，效率高，但电路却比较复杂，电路的纹波大。对于单片机，需要提供稳 定的5V电源，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940-5单独 对其进行供电；而其它模块则需要通过较大的电流，而LM2596-5，转换效率高， 带载能力大，缺点是其纹波电压大，不适合做单片机电源，不过对其它模块供电 还是能保证充电的电源。利用LM2940-5和LM2596-5对控制系统和执行部分开 供电，可以有效地防止各器件之间发生干扰，以及电流不足的问题，使得系统能 够稳定

8、地工作MC33886的应用示意图如图2.7所示。图中，V+是为直流电机供电的电源。 IN1和IN2两个逻辑电平输入端分别控制输出端OUT1和OUT2。当IN1输入高电 平时，OUT1输出也为高电平即通过H桥与V+导通；当IN1输入低电平时， OUT1输出也为低电平即通过H桥与GND导通。IN2和OUT2的关系与此相同。 FS为故障信号开漏极输出，低电平有效。当D1是高电平或者D2是低电平时， 同时禁用OUT1和OUT2的输出，使OUT1和OUT2同时变为高阻态。通过控制IN1 和IN2的电平，即可控制电机正转、反转、停转。对IN1和IN2的电平信号进行 脉宽调制，即可控制电机的转速。33886

9、，JCF,/+0UT1FSINIIN20UT2DIPGNDUzAGND图2.7 MC33886的应用示意图：已完毕，但网页上有错误。BTS 7960Top-chip如图3所示，BTS7960的芯片内部为一个牛桥。INH引脚为高电平，便能BTS7960. IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。N = l且NH=1时，高边MO5FET导通，OUT引脚输出高电平；取=0且| = 1时,低边MQSFET导通，OUT引脚输出低电平-SR引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管早通和关断的时间,具有防电磴干扰的功能。IS引脚是电流检测输出引脚。LS base-chipOGMDOUTHS base-chip_|

10、 Gate Driver Dead Time Gen Slew Rate Adj.回 UV Shut Down OV Lock OutOT Shut Down Current Lim. Diagnosis Current SenseBTS7960的全桥驱动电路示意图BTS7960的芯片内部为一个半桥。INH引脚为高电平，使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN = 1且INH = 1时，高边MOSFET导通，OUT引脚输出高电平;IN = 0且INH = 1时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。SR引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管导通和关断的时间，具有防电磁

11、干扰的功能。IS引脚是电流检测输出引脚。BTS7960的引脚IS具有电流检测功能。正常模式下，从IS引脚流出的电流与流经高边MOS管的电流成正比，若RIS=1kQ,则V IS=I load/8.5；在故障条件下，从IS引脚流出的电流等于I IS（lim）（约4.5mA），最后的效果是IS为高电平。如图4所示，图（a）为正常模式下IS引脚电流输出，图（b）为故障条件下IS引脚上的电流输出。BTS7960短路故障实验的实验条件如下：+12.45V电池电压，+5V电源供电，2.0m短 路导线（R=0.2Q），横截面积为0.75 mm,连接1kQ电阻和一个发光二极管。V S与 电池正极间导线长1.5m（R=0.15Q）。如图5所示，其中V IS是IS引脚对地的电压、V L是OUT引脚对地电压，I L为发生对地短路故障时，流过BTS7960的短路电流。（a）（b）图4 BTS7960电流检测引脚IS的工作原理图4.5 5V电源设计TPS7350是微功耗低压差线性电源芯片，具有完善的保护电路，包括过 流、过压、电压反接保护。