本章會針對整套系統做詳細的介紹，包括了開發環境、硬體架構與軟體流程…等。
硬體部分主要介紹核心晶片 HT66F003 與週邊對路的搭配與使用，軟體部分主要以 P.I.D 演算為核心概念，藉由軟體流程圖來說明整個系統的運作。
3-1 開發環境
本論文的開發環境是使用盛群半導體公司開發的 MCU 開發軟件，包含：微控制器 (HT66F003)、線上偵錯調適器(圖 3.1)[19]、HT 系列晶片燒錄器(圖 3.2)[20]、HT-IDE 3000 程式開發軟體(圖 3.3.)和 HOPE 3000 晶片燒錄軟體(圖 3.4)。
圖 3.1 線上調適器(e-Link)與 MCU 連接圖
圖 3.2 晶片燒錄器(e-WriterPro)圖
圖 3.3 HT-IDE 3000 軟體介面圖
圖 3.4 HOPE 3000 燒錄軟體介面圖
Power Servo System
圖 3.5 硬體方塊圖
3-2-1 微控制器(HT66F003)
HT66F003[21]是由盛群半導體公司所生產的 8 位元具高性能精簡指令集之 Flash 微處理器。Flash 程式記憶體：1K x 14、RAM：64 x 8、EEPROM：32 x 8 和 4 層堆疊 深度。其 Flash 記憶體可多次燒錄之特性，可使程式編寫與開發產品更加便利，在功能 方面，包含了 12 位元的類比轉數位之轉換器，且有多組時間模組在使用上靈活度更佳，
可提供定時功能、脈衝產生功能、PWM 產生功能、捕捉輸入與比較匹配輸出功能。晶 片設定也提供了高速與低速震盪器功能選項，內部已有完整的系統震盪器，不須在外 掛。讓產品開發者只需外掛少量外部零件即可完成產品，兼具生產成本低與 產品體積 減小之優點。同時擁有優秀的抗干擾性和 ESD 保護性能，能確保晶片在惡劣的電磁干 擾環境下也可正常運作。圖 3.6 為 HT66F003 之系統方塊圖。
圖 3.6 HT66F003 系統方塊圖
本設計使用單一顆 HT66F003(16NSOP-A)(圖 3.7)作為主核心晶片，分配整個系統 之工作，讓晶片內所有多工腳位各司其職，從事特定工作(圖 3.8)。以 PortA 之第三腳 位作為馬達位置偵測腳，透過 A/D 轉換的方式，將馬達位置以數位的 AD 值表示，PortB
之第一、二腳位則作為控制 H-Bridge 晶片用，使用邏輯 0 與 1 的變化來控制馬達正反 轉。
圖 3.7 HT66F003 16NSOP-A 腳位圖
圖 3.8 HT66F003 腳位分配圖
3-2-2 線性穩壓器(LDO)
本論文所使用的線性穩壓器為 XC6206(圖 3.9)[22]，為 TOREX(特瑞士)半導體公司 所生產之線性穩壓元件。XC6206 是一顆高精準度、低功耗且具高電壓調整之 LDO 晶 片，內部設計是使用 CMOS 結構與激光為調技術來實現，在輸出電流較大的情況下，
輸入輸出之壓差卻不會相差太多。晶片內部包刮一個電流限制電路、一個驅動電晶體、
一個高精度參考電壓和一個誤差矯正電路(圖 3.10)。也可使用低 ESR 的陶瓷電容，電 流限制器的 foldback 電路可以對電流限制器與輸出引腳提供一個保護作用。晶片的工 作電壓範圍在 1.2V~5.0V 之間，間隔為 100mV，工作溫度：-40℃~85℃。圖 3.11 為應 用電路圖。
圖 3.9 XC6206 SOT-23 實體圖
圖 3.10 XC6206 內部電路圖
圖 3.11 XC6206 應用電路圖
3-2-3 H 橋電路(H-Bridge)
本作品之 H 橋電路晶片所使用的型號為 MX612(圖 3.12)[23]，是 Liveic(廣輝)電子 公司所開發之晶片，該晶片主要功能為驅動有刷直流馬達做使用，電路內部使用 NMOS 與 PMOS 電晶體去組成 H-Bridge 驅動電路(圖 3.13)，非常適合用來驅動有刷直流馬達 或是步進馬達其中的一個繞阻。
其電路的工作電壓範圍非常的寬，可使用在 2V~10V 之間，最大持續輸出電流可 到 1.2A，最大峰值電流可到 2.5A。
圖 3.12 MX612 8SOP 實體圖與腳位圖
圖 3.13 MX612 內部結構圖
MX612 的使用方式是以邏輯信號輸入至腳位 INA 與 INB 來做控制，如圖 3.14、
3.15 所示。基本工作模式共分為四種模式：正轉、反轉、剎車與待機模式。
圖 3.17 為 MX612 應用電路圖。需特別注意，在圖 3.17 中的電源 VDD 上所連接的耦合 電容(C1)之電容值須根據實際電路使用來做調整，VDD 電壓越高時，輸出峰值電流就 會越大，C1 之電容值就必須跟著增加，但 C1 電容值在使用時最低使用值為 4.7uF。如 果要在高壓、大電流的情況下做使用，C1 須為 100uF，VCC 對地之電容(C2)須為 4.7uF。
如果 VCC 對地沒有連接任何電容時，當電路過熱，晶片會進入過熱保護模式，電路將 會進入鎖定狀態。如要重啟晶片，必須重新改變一次輸入信 號之狀態，晶片才會正常 運作。也可在 VCC 對地間連接一顆 4.7uF 以上的電容，來防止進入鎖定狀態。
表 3.1 MX612 邏輯真值表
圖 3.14 MX612 波形示意圖
圖 3.15 MX612 應用電路圖
A. 正轉模式(圖 3.18)
C. 剎車模式(圖 3.18)
3-3 軟體架構
本論文之設計開發主要以 HT66F003 晶片為核心，與周邊之硬體做搭配，如 H-Bridge、LDO、A/D、PWM…等。
當系統上電後，會先以初始值作為外部控制訊號值，當外部訊號開始進入時，程 式分位會根據接收到的控制訊號去更新舊的訊號參數，系統將會根據訊號去開啟 H-Bridge 來改變舵機轉角位置。 當外部控制訊號輸入時，系統會先判別該訊號有無超 過設定範圍直，若超過將不更新訊號，無超過則進入更新訊號之程式段，此時系統將 會開始讀取舵機位置訊息，並計算控制訊號與位置訊息的相差值，並透過 P.I.D 演算法 來作數值運算，將運算出來的數據，透過 PWM 的方式輸出至 H-Bridge 電路來控制馬 達轉動，同時判斷是否達到目標值，如以達到目標值，將停止馬達轉動。(圖 3.20)
本論文之設計可將舵機的運作達到最佳化的效果，但由於市面上的舵機種類有百 百種，每種舵機的位置感測器都有差異，所以必須針對不同規格的舵機，量身訂做一 套專屬的演算式，可以廣泛地適用市面上的舵機規格。
START
System Initial
Loop
PID_Detect_flag
Get ADC Value
計算誤差量
Get PWM CMD
等量換算 ADC與CMD值
ERROR
>MIN_ERROR
P.I.D運算
Servo Motor PWM 輸出
3-3-1 𝑯
∞𝑷. 𝑰. 𝑫 控制器參數設計理論
其中：x 是 n 維狀態變量；𝐴、𝐵1、𝐵2、𝐶1 、𝐶2、𝐷11、𝐷12、𝐷21、𝐷22為具有相
前補償器𝑊1的狀態方程為：
由於系統(3.8)是由原系統(3.2)在其控制輸入前串聯一個積分或比例積分控制器