【应用】R7F0C807单片机利用PWM电机控制和A/D转换器在真空吸尘器中实现按键检测以及电池电压监测
本文介绍了瑞萨电子推出的R7F0C807单片机利用PWM波控制电机转速，利用多路A/D转换器实现按键检测以及电池电压监测。
真空吸尘器是利用电动机带动叶片高速旋转，在密封的壳体内产生空气负压，吸取尘屑，广泛应用于家庭和公共场所清洁。真空吸尘器的工作原理为：当开关按键按下时，MCU 上电，吸尘器开始以默认的高速进行工作。当调速按键按下时，MCU 调节电机的运转速度，以较低速度运转，应对需求较低的场合。当开关按键再次按下时，系统断电，吸尘器进入功耗极低的模式。真空吸尘器的主控电路板如图1所示：
图1 真空吸尘器主控电路板
操作说明
（1）按下开关按键，则吸尘器开始工作，电机工作在较高的转速，以应对较高的吸尘要求。
（2）按下调速按键，则吸尘器切换至较低的转速，以应对较低的吸尘要求。每次按下调速按键，使得吸尘器在高速和低速之间来回切换。
（3）按下开关按键，则吸尘器停止工作，系统供电被切断，进入低功耗模式。
真空吸尘器控制板介绍
真空吸尘器控制板正面如图2所示：
图2 真空吸尘器控制板正面
硬件结构框图
真空吸尘器的硬件结构框图如图3所示：
图3 真空吸尘器硬件结构框图
真空吸尘器实装图如图4所示：
图4 真空吸尘器实装图
真空吸尘器使用R7F0C807作为主控MCU，R7F0C807的Flash ROM大小为8KB，RAM大小为1KB。R7F0C807主控MCU电路如图5所示：
图5 主控MCU 电路
电机控制电路
电机控制电路由三部分组成：允许接通电池正电极、PWM 波控制电机负端、充电保护电路。通过P01（BAT_EN）允许电池正端电压进入电路。利用单片机的PWM 功能在P13（MCU_M-）端输出PWM 波，低电平有效，通过推挽结构，驱动电机负端（电机正端直接连在电池正端）。P12（MCU_M+）通过一系列电路，对电池的充放电进行保护。电机控制电路如图6所示：
图6 电机控制电路
按键检测电路和DC输入监测电路
初始状态下，MCU 没有接通电源，在开关按键（图中K1）按下后，MOS管Qf导通，稳压芯片U4的输入端连接至电池正电压，输出端产生3.6V 电平使MCU 上电（图中V_MCU）。此时，MCU 拉高图中KEY_SMP_EN使得MOS管Qb导通，并对两个按键（开关按键和调速按键）的按下做出响应，通过定时采样按键检测端口的电平（两个按键分别按下时，电压并不相同）判断是哪个按键被按下。假如按下的是开关按键，则通过IO控制（拉低图中KEY_SMP_EN 关断MOS管Qb）切断电池的供电。假如按下的是调速按键，则通过改变PWM的占空比来调节电机的运转速度。监测到有DC充电电压，则为保护电路，使电机停转。按键检测电路和DC输入监测电路如图7所示：
图7 按键检测电路和DC 输入监测电路
DC 输入监测使能电路和温度传感器电路
DC输入监测使能电路，允许监测是否有DC 充电电压（20V）输入。温度传感器用于监测电池组温度，若温度过高则进行保护，使电机停止运转。DC输入监测使能电路和温度传感器电路如图8所示：
图8 DC输入监测使能电路和温度传感器电路
电池电压监测电路
为了保证电机的工作效率，监测电池电压，假如低于某一阈值，则使电机停转。电池电压监测电路如图9所示：
图9 电池电压监测电路
调试接口电路
为了进行MCU调试，保留了E1的调试接口。调试接口电路如图10所示：
图10 调试接口电路
原理图
真空吸尘器主控电路板原理图如图11所示：
图11 原理图
PCB图
真空吸尘器主控电路板PCB图如图12所示：
图12 PCB图
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