4.5 PWM(脉冲宽度调制) PIC16F7 2系列单片机配有输入捕捉/输出比较/脉冲宽度调制CCP(Capture/ Compare/PWM)模块。其中脉宽调制输出工作模式，适合用于从引脚上输出脉冲宽度随时可调的PWM信号，例如实现直流电机调速、步进电机的变频控制等。当 CCP工作于PWM模式时，CCP引脚可以输出分辨率达10位的PWM信号波形。产生如此波形需要确定两个基本参数:一个是周期(高电平和低电平持续时间之和);另一个是脉宽(高电平持续时间).
当CC工作于PWM模式时，确定PWM信号周期所用到的定时器就是8位宽的时基定时器TMR2，而确定PWM信号脉宽所用到的定时器则是10位宽的时基定时器(由定时器TMR2的8位和其低端扩展的两位共同构成).PW M信号的周期可以通过向PR2中写入数值来人为设定。该周期计算公式如下:
其中，Tosc为系统时钟周期；4Tosc为系统指令周期；TMR2预分频比可以是1、4或16。PWM信号的脉冲宽度预定值，可以通过写入lO位脉宽寄存器来设定。计算公式如下：PWM高电平时间=(CCPRlL：CCPlCON<5：4>)×Tosc×(TMR2分频比)(4．2) 其中，CCPRlL:CCPlCON<5：4>代表由2个寄存器拼装组合得到的lO位数据；Tosc为系统时钟周期；TMR2预分频比可以是1、4或16。 PR2值的确定：因为系统所需要的PWM的频率约为20kHz，根据式4.1和式4.2， 当PR2为41时，PWM的频率为19.84 kHz，达到要求，Tosc为1.2us。 4.6位置信号和驱动信号的对应关系 功能：反应电机转子当前位置，据此判断控制信号并计算电机转速； 符号：Sa、Sb、Sc一传感器位置信号； Ta、Tb、Tc一上桥臂控制信号； Ba、Bb、Bc一下桥臂控制信号； 属性：Sa、Sb、Sc一输入信号，3位二进制数； Ta、Tb、Tc、Ba、Bb、Bc—输出信号； 工作方式：单片机可以用查询方式获得Sa、Sb、Sc；Sa、Sb、Sc与Ta、Tb、Tc、Ba、Bb、Bc之间的关系，如表4．3所示。
4.7欠压保护、过流保护和堵转保护 对于无刷直流电机控制器，由于输入控制变量比较多，控制器可以利用各种输入信号对控制系统完成相当完善与灵活的保护，这些保护功能可以大大提高无刷直流电机控制器的可靠性. 4.7.1欠压和过流保护功能 欠压保护电路通过检测电池电压，当电池电压降到阐值时关闭电机，使电池不至因过度放电造成不必要的损坏，保护电池。对电源电压进行A/D转换之后，如果欠压，当次欠压标志位置一，使能定时器0中断，开始定时，欠压满5秒之后停机，跳到自检工作模式。过流 保 护 电路可以对MOSFET进行保护，将最大电流控制在设定范围内，当达到阐值时关闭电机，避免了MOSFET上通过大电流烧毁的危险。过流保护是控制器的最后防线，过流保护电阻用的是康铜丝，当系统电流超过最大保护电流值时，康铜丝会烧断，从而起到保护作用。 在驱动电机运行的过程中，系统还会对电机进行“速度— 电流”相关控制，控制器判断电机电流与电动车车速是否在相关范围内，如果在相关范围内，控制器以不超过限流设定值为依据控制电动车车速;当电机电流与电动车车速严重不相关时，即使电机电流没有达到限流设定值，如果电机电流大于8A，控制器首先减流到8A供电，然后再次判断车速与电机电流的相关性，在相关范围内，进入正常供电模式;如果没有相关性，控制器进一步减流供电.控制器每否定一次相关判断，电机电流减小一半，直到控制器停止对电机的供电。 4.7.2堵转保护功能 堵转主要是当使用者将速度给定值设定较高，控制器有PWM输出时，电机由于换相顺序错误无法正常旋转，在两个相位之间震动的现象。由于没有正确换相，换相电流无法释放，所以在该相的电流会非常大，对于控制器是一种非常危险的故障现象.如果没有堵转保护设计，控制器容易发生因电流过大而产生大量热量，烧毁控制器等情况。通过堵转保护设计，当速度设定值较高而电机又无法转动的状态持续1秒左右时，关闭电机。只有当将速度给定归零重新设定时，电机才再次启动. 经过实验得知，当给电机最小转把电压时，电机转得最慢。以稍大于此时电机换相时间作为标准，当电机换相时间大于此最长换相时间并持续1秒，即认为堵转发生，停机，跳到自检。 4.8面板显示模块 电动自行车的面板显示，是用户了解电动车适时状态的简捷、有效途径.准确丰富的显示信息可以减少由于用户的误操作对控制器的损坏，从而延长电动车的使用寿命。 面板信号由单片机的端口串行送出，并行显示控制器在正常、异常的状态。用软件模拟74LS164的时序，面板指示灯的状态定义表如表4.4所示.
4.9数字PI速度调节 4.9.1概述 自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上;控制系统的被控量，经过传感器、变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器，变送器，执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器;电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制仪表已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentre gulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现的。 随着单片机控制技术不断发展，软件PII)算法控制代替了原来很多的硬件PID调节器，在工业控制系统和嵌入式系统中得到了更加广泛的应用。基于软件PID算法控制器和硬件PWM技术的直流电机测控技术正向数字化、智能化、高可靠性发展。 4.9.2 PID基本
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