第 ９章 单片机控制的电动自行车驱动系统
９.1 C 语言程序
#include <pic.h>
//电动车双闭环程序，采用双闭环方式控制电机，以得到最好的 zh 转速性能，并且可以 //限制电机的最大电流。本应用程序用到两个 CCP 部件，其中 CCP1 用于 PWM 输出，以控 //制电机电压；CCP2 用于触发 AD，定时器 TMR2、TMR1，INT 中断，RB 口电平变化中断，
//看门狗以及 6 个通用 I/O 口
#define AND 0xe0 //状态采集 5，6，7 位
#define CURA 0X0a //电流环比例和积分系数之和
#define CURB 0X09 //电流环比例系数
#define THL 0X6400 //电流环最大输出
#define FULLDUTY 0X0FF //占空比为 1 时的高电平时间
#define SPEA 0X1d //转速环比例和积分系数之和
#define SPEB 0X1c //转速环比例系数
#define GCURHILO 0X0330 //转速环最大输出
#define GCURH 0X33 //最大给定电流
#define GSPEH 0X67 //最大转速给定
#define TSON 0X38 //手柄开启电压 1.1 V，TSON*2 为刹车后手柄开启电压，即 //2.2 V
#define VOLON 0X4c //低电压保护重开电压 3.0 V 即 33 V
#define VOLOFF 0X49 //低电压保护关断电压 2.86 V 即 31.5 V volatile unsigned char DELAYH,DELAYL,oldstate,speed,
speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth, voltage; //寄存器定义
static bit sp1,spe,ts,volflag,spepid,lowpower, off,shutdown,curpid; //标志位定义
static volatile unsigned char new[10]={0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf, 0xff,0xd7,0x77,0xff,0xff}; //状态寄存器表
//---PIC16F877 初始化子程序--- void INIT877()
{
PORTC=0X0FF; //关断所有 MOSFET TRISC=0X02; //设置 C 口输出
PIE1=0X00; //中断寄存器初始化，关断所有中断 TRISA=0XCF; //设置 RA4,RA5 输出
TRISB=0XEF; //RB 口高三位输入，采集电机三相的霍尔信号
PORTC=new[(PORTB&AND)>>5]; //采集第一次霍尔信号，并输出相应的信号，导通 //两个 MOS 管
T2CON=0X01; //TMR2 4 分频
CCPR1L=0X0FF; //初始时 PWM 输出全高 CCP1CON=0X0FF; //CCP1 设置为 PWM 方式
CCP2CON=0X0B; //CCP2 设置为特殊方式，以触发 AD
ADCON0=0X81; //AD 时钟为 32 分频,且 AD 使能,选择 AN0 通道采集手 //柄电压
TMR2=0X00; //TMR2 寄存器初始化 TMR1H=0X00; //TMR1 寄存器初始化 TMR1L=0X00;
T1CON=0X00; //TMR1 为 1 分频
CCPR2H=0X08;
CCPR2L=0X00; //电流采样周期设置为 TAD=512 μs PR2=0XC7; //PWM 频率设置为 5 kHz
ADCON1=0X02; //AD 结果左移 OPTION=0XFB; //INT 上升沿触发 TMR2ON=1; //PWM 开始工作
INTCON=0XD8; //中断设置 GIE=1,PEIE=1,RBIE=1 ADIE=1; //AD 中断使能
speedcount=0x00; //转速计数寄存器 speed=0x7f; //转速保持寄存器 spe=1; //低速标志位 sp1=1; //低速标志位
oldstate=0x0ff; //初始状态设置，区别于其他状态 count_ts=0x08; //电流采样 8 次,采集 1 次手柄 count_vol=0x00; //采样 256 次手柄,采集 1 次电池电压 ts=1; //可以采集手柄值的标志位
ADGO=1; //AD 采样使能 TMR1ON=1; //CCP2 部件开始工作 }
//---延时子程序---
#pragma interrupt_level 1 void DELAY1(x)
char x;
{
DELAYH=x; //延时参数设置
#asm
DELAY2 MOVLW 0X06 MOVWF _DELAYL DELAY1 DECFSZ _DELAYL GOTO DELAY1 DECFSZ _DELAYH GOTO DELAY2
#endasm }
//---状态采集子程序--- void sample()
{
char state1,state2,state3,x;
do { x=1;
state1=(PORTB&AND); //霍尔信号采集 DELAY1(x);
state2=(PORTB&AND);
}while(state1-state2); //当三次采样结果不相同时继续采集状态 if(state1-oldstate!=0) //看本次采样结果是否与上次相同，不同
//则执行
{oldstate=state1; //将本次状态设置为旧状态 state1=(oldstate>>5);
PORTC=new[state1]; //C 口输出相应的信号触发两个 MOS 管 if(sp1==1){spe=1;sp1=0;}
else { //如果转速很低，则 spe 置 1
spe=0;sp1=0;
speedcount<<=1;
state3=(TMR1H>>2); //否则，spe=0,计转速
speed=speedcount+state3; //speed 寄存器为每 256 μs 加 1 }
speedcount=0;
} }
//---AD 采样子程序--- void AD()
{
char x;
ADIF=0; //清 AD 中断标志位
if(ts==1){ //如果为手柄采样，则采样手柄值 CHS0=1; //选择电流采样通道
count_vol=count_vol+1; //电池采样计数寄存器 spepid=1; //置转速闭环运算标志 ts=0;tsh=ADRESH; //存手柄值
if(count_vol==0) { //如果电池采样时间到，则选择 AN2 通道，采集电池电压 CHS0=0;CHS1=1;volflag=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;
} }
else if(volflag==1) { //电池采样完毕，进行相应的处理 CHS1=0;CHS0=1;volflag=0;voltage=ADRESH;lowpower=1;
}
else { //否则，中断为采样电流中断
speedcount=speedcount+1; //speedcount 寄存器加 1，作为测量转速用
if(speedcount>0x3d) sp1=1; //如果转速低于 1 000 000 μs/(512 μs*3eh*3) // 则认为为低速状态
currenth=ADRESH;
curpid=1;
count_ts=count_ts-1;
if(count_ts==0) { //如果手柄时间到，则转入手柄采样通道 CHS0=0;count_ts=0x08;ts=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;
} } }
//---刹车处理子程序--- void BREAKON()
{
char x;
off=0; //off 清零，如果是干扰则不复位 shutdown=0;
if(RB0==1) { //如果刹车信号为真，则停止输出电压 ADIE=0; //关 AD 中断
INTE=0; //关刹车中断 CCPR1L=FULLDUTY; //输出电压 0 TMR1ON=0; //关 CCP2，不再触发 AD
for(;ADGO==1;) continue;//如正在采样，则等待采样结束 ADIF=0; //ADIF 位清零
CHS0=0; //选择通道 0 采样手柄
CHS1=0;
x=1;
DELAY1(x);
do { ADGO=1;
for(;ADIF==0;)continue;
ADIF=0;
CCPR1L=FULLDUTY;
asm("CLRWDT");
tsh=(ADRESH>>1);
}while(tsh>TSON||RB0==1); //当手柄值大于 2.2 V 或刹车仍旧继续时,执行以 //上语句
off=1; //置复位标志 }
}
//---欠保护子程序--- void POWER()
{
char x;
lowpower=0;
voltage>>=1; //电压值换为 7 位，以利于单字节运算 if(voltage<VOLOFF) { //电池电压小于 3*k(V)时保护
ADIE=0;
INTE=0;
TMR1ON=0;
CCPR1L=FULLDUTY;
for(;ADGO==1;)continue;
ADIF=0;
CHS0=0;CHS1=1;
x=1;
DELAY1(x);
do{ADGO=1;
for(;ADIF==0;)continue;
ADIF=0;
voltage=(ADRESH>>1);
CCPR1L=FULLDUTY;
asm("CLRWDT");
}while(voltage<VOLON); //电池电压小于 35 V 时继续保护 off=1; //置复位标志
} }
//---电流环运算子程序--- void CURPI()
{ static int curep=0x00,curek=0x00,curuk=0x00;
union data{int pwm;
char a[2];}b; //定义电流环运算寄存器 curpid=0; //清电流运算标志
curep=curek*CURB; //计算上一次偏差与比例系数的积
if(currenth<2)currenth=2; //如果采样电流为零，则认为有一个小电流以利于 //使转速下降
currenth>>=1;
curek=gcur-currenth; //计算本次偏差
curuk=curuk+curek*CURA-curep; //按闭环 PI 运算方式得到本次输出结果，下 //面对结果进行处理
if(curuk<0x00) { //如果输出小于零，则认为输出为零 curuk=0;CCPR1L=FULLDUTY;CCP1X=0;CCP1Y=0;
}
else if(curuk-THL>=0) { //如果输出大于限幅值，则输出最大电压 curuk=THL;CCPR1L=0;CCP1X=0;CCP1Y=0;
}
else { //否则，按比例输出相应的高电平时间到 CCPR1 寄存器 b.pwm=THL-curuk;
b.pwm<<=1;
CCPR1L=b.a[1]; //CCPR1L=(b.pwm>>8)&0x0ff;将 PWM 寄存器的高半字节 if(b.pwm&0x80!=0) CCP1X=1;
else CCP1X=0;
if(b.pwm&0x40!=0) CCP1Y=1;
else CCP1Y=0;
} }
//---转速环运算子程序--- void SPEPI()
{ static int speep=0x00,speek=0x00,speuk=0x00;
int tsh1,speed1; //转速寄存器定义 spepid=0; //清转速运算标志
if(spe==1) speed1=0x00; //若转速太低，则认为转速为零 else speed1=0x7f-speed; //否则计算实际转速
if(speed1<0) speed1=0;
speep=speek*SPEB;
tsh1=tsh-0x38; //得到计算用的手柄值 speek=tsh1-speed1;
if(tsh1<0) {speuk=0;gcur=0;} //当手柄值低于 1.1 V 时，则认为手柄给定为零 else { //否则，计算相应的转速环输出
if(tsh1>=GSPEH) //限制最大转速 tsh1=GSPEH;
speuk=speuk+speek*SPEA-speep; //计算得转速环输出 if(speuk<=0X00) {speuk=0x00;gcur=0x00;}//转速环输出处理
else if(speuk>GCURHILO) { //转速环输出限制，即限制最大电流约 12 A speuk=GCURHILO;gcur=GCURH;}
else { //调速状态时的输出
gcur=(speuk>>4)&0x0ff;
} } }
//---主程序--- main()
{
for(;;){
INIT877(); //单片机复位后，先对其进行初始化 off=0; //清复位标志
for(;off==0;) { //复位标志为零，则执行下面程序，否则复位 if(curpid==1) CURPI(); //电流 PI 运算
else if(spepid==1) SPEPI(); //转速 PI 运算 else if(lowpower==1) POWER();
else if(shutdown==1) BREAKON();
asm("CLRWDT");
} } }
//---中断服务子程序---
#pragma interrupt_level 1 void interrupt INTS(void) {
if(RBIF==1) {RBIF=0;sample();}
else if(ADIF==1) AD();
else if(INTF==1) {shutdown=1;INTF=0;} //刹车中断来，置刹车标志 }
NOTE：