PIC16F72单片机控制的电动自行车C源程序.docx

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PIC16F72单片机控制的电动自行车C源程序

//PIC16F72单片机控制的电动自行车C源程序，原理图及设计说

//PIC16F72单片机控制的电动自行车驱动系统C程序

#include

//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

#defineAND0xe0//状态采集5，6，7位

#defineCURA0X0a//电流环比例和积分系数之和

#defineCURB0X09//电流环比例系数

#defineTHL0X6400//电流环最大输出

#defineFULLDUTY0X0FF//占空比为1时的高电平时间

#defineSPEA0X1d//转速环比例和积分系数之和

#defineSPEB0X1c//转速环比例系数

#defineGCURHILO0X0330//转速环最大输出

#defineGCURH0X33//最大给定电流

#defineGSPEH0X67//最大转速给定

#defineTSON0X38//手柄开启电压1.1V，TSON*2为刹车后手柄开启电压，即

//2.2V

#defineVOLON0X4c//低电压保护重开电压3.0V即33V

#defineVOLOFF0X49//低电压保护关断电压2.86V即31.5V

volatileunsignedcharDELAYH,DELAYL,oldstate,speed,

speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth,

voltage;//寄存器定义

staticbitsp1,spe,ts,volflag,spepid,lowpower,

off,shutdown,curpid;//标志位定义

staticvolatileunsignedcharnew[10]={0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf,

0xff,0xd7,0x77,0xff,0xff};//状态寄存器表

//------------PIC16F877初始化子程序------------

voidINIT877（）

{

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;//TMR24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=512μs

PR2=0XC7;//PWM频率设置为5kHz

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---------------

#pragmainterrupt_level1

voidDELAY1（x）

charx;

{

DELAYH=x;//延时参数设置

#asm

DELAY2MOVLW0X06

MOVWF_DELAYL

DELAY1DECFSZ_DELAYL

GOTODELAY1

DECFSZ_DELAYH

GOTODELAY2

#endasm

}

//-----------状态采集子程序----------------------

voidsample（）

{

charstate1,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256μs加1

}

speedcount=0;

}

}

//-----------------AD采样子程序----------------------

voidAD（）

{

charx;

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;

}

}

elseif（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1000000μs/（512μs*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------------------

voidBREAKON（）

{

charx;

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2.2V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-------------------

voidPOWER（）

{

charx;

lowpower=0;

voltage>>=1;//电压值换为7位，以利于单字节运算

if（voltage

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

off=1;//置复位标志

}

}

//------------电流环运算子程序-----------------

voidCURPI（）

{staticintcurep=0x00,curek=0x00,curuk=0x00;

uniondata{intpwm;

chara[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;

}

elseif（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;

elseCCP1X=0;

if（b.pwm&0x40!

=0）CCP1Y=1;

elseCCP1Y=0;

}

}

//---------------转速环运算子程序-----------------------

voidSPEPI（）

{staticintspeep=0x00,speek=0x00,speuk=0x00;

inttsh1,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

elsespeed1=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1.1V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

elseif（speuk>GCURHILO）{//转速环输出限制，即限制最大电流约12A

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

elseif（spepid==1）SPEPI（）;//转速PI运算

elseif（lowpower==1）POWER（）;

elseif（shutdown==1）BREAKON（）;

asm（"CLRWDT"）;

}

}

}

//---------中断服务子程序---------------------

#pragmainterrupt_level1

voidinterruptINTS（void）

{

if（RBIF==1）{RBIF=0;sample（）;}

elseif（ADIF==1）AD（）;

elseif（INTF==1）{shutdown=1;INTF=0;}//刹车中断来，置刹车标志

设计思路：

目的

目前电动车市场各种功能无刷控制器琳琅满目，种类繁多。

普通模拟专用芯片已是穷途末路，而利用单片机控制则能做到“只有想不到，不怕做不到”地步，五花八门的单片机纷纷推向电动车这个新兴的行业。

我公司根据电动车市场的流行趋势，制定了无刷控制器的设计方案。

功能概述

目前电动车市场上的控制器分有刷控制器和无刷控制器两大类，由于有刷电机输出扭距小，效率低，需要定期更换炭刷等诸多缺点而逐步被输出扭距大、效率高、使用寿命长的无刷电机取代。

根据电动车车型分简易车和豪华车型以及电动摩托车，简易车功率一般在250W以下，而豪华车都在350W以上，设计时必须考虑。

简易车的常用功能有1：

1助力、巡航、电量及工作状态显示。

工作模式有自动和手动切换两种。

豪华车型根据客户的随意性有很多功能，主要有飞车保护、软ABS刹车、反充电、双动力（档位切换）、电机锁（关闭电源电机锁定）等。

为方便调试和防止非法解密，设计采用专用调试工具，外接一个带有键盘和显示器（数码管）的工具来设定一些基本参数，如欠压値、限流、相位选择和工作电压选择等。

可以利用单片机内部或外接EEPROM保存设置参数。

通过该调试工具达到系列产品的通用性。

主要技术参数

1基本功能

1.1工作电压

键盘设定，分12、24、36、48、60、72V档，根据输入电压采样值，确定欠压保护值，单节电池保护电压为10.5V±0.5V，低于该值关闭输出。

由于取样电压有相应的误差，用键盘应可以微调。

欠压工作方式：

当电源电压低于设定值时，关闭输出，当电源电压滞回到大于设定值2V时，开启输出。

另一种方式为当电源电压低于电池容量的50％时，相应缩减输出脉宽，以10个百分点逐减，到设定值时减为零即关闭输出，滞回则相反。

1.2调速电压

调速把输出电压范围为1～4.2V，控制器起点电压应高于1V，控制器的脉宽调制范围应设定为1.38～3.8V，大于3.8V输出为全打开。

1.3刹车断电

分高电平、低电平和ABS三种方式，高、低电平控制方式由键盘设定，ABS单独引脚控制，该功能如不用时，I/O口可以指定其它功能。

1.4限流

当取样信号到达设定点时，采用对PWM进行递减的方法，来减小电机电流，使输出电流不超过设定值。

即最大输出电流恒定在设定点。

设定值由键盘设定，以便调试。

1.5过流保护：

由于MCU单片机A/D采样速度的因素造成输出电流大于设定值，在这种情况下，设定一个保护值，关闭输出，一般设定为大于限流值2～3A。

此值应由键盘设定。

1.6堵转保护

限流值保持1～3秒后，关闭输出。

1.7相角选择

60度/120度选择，键盘设定。

1.81：

1助力

输入3：

2占空比的开关信号1～5.5Hz对应调速把的电压信号为2～3.8V，根据输入频率的变化，改变输出PWM的占空比，以控制骑行速度。

1.9巡航

手动/自动选择由键盘设定，手动按钮低电平有效，按钮按下2秒进入手动巡航方式；自动巡航方式为调速把恒定在某一点8S后（信号电压必须大于启动电压），控制器自动进入巡航方式。

1.10限速

采用减小PWM脉宽的方法，此值由键盘微调，初始值定义为PWM最大值的45％。

低电平为限速方式。

1.11故障指示

闪1正常、闪2刹车、闪3RAO、RBO、闪4下驱动、闪5上驱动、闪6缺相、闪7RBO、闪8欠压。

故障状态指示利用专用调试器的指示灯指示。

1.12飞车保护

调速电压＞4.5V，上电调速电压＞1.5V关闭输出保护。

即当调速把地线开路和打开电门锁前调速把已转动时。

1.13反充电

滑行充电、EBS刹车充电、滑行充电选择，用I/O端口选择，低电平为滑行充电。

输出一个指示信号，指示灯亮为充电状态。

2附加功能

2.1动态显示

1、故障显示2、电量及骑行状态显示3、速度显示（发光管）

2.2双动力

根据电机的转速设定一个切换点，该切换点的值由键盘设定。

2.3档位切换

由一个按钮开关设定三档的速度，初始状态为最低速，按钮的工作方式为按下按钮开关，松开后进入档位状态，档位为循环方式。

档位速度可由键盘微调。

2.4指针仪表

速度分相线输出、霍尔信号、单片机输出。

2.5防盗锁

输入一个信号锁定电机，推动越快阻力越大（此功能或做成电机锁，电锁关闭后实现）。

2.6参数设定

显示窗由两部分组成第一部分为功能序号，第二部分为参数值，按键由三个按钮分别代表模式、加、减，设置的参数保存在EEPROM存储器中。

设定器与单片机的通讯采用I2C方式。

单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只74HC27（3输入或非门电路）；1只74HC04D（反相器）；1只74HC08D（双输入与门）和一片LM358（双运放），组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。

实物测绘原理图见图2（图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据）。

一、电路简介与自检

开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。

单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：

1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路（典型值U6的③脚输入3.8V）。

2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路（正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V）。

3．转把复位信号（正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平）。

4．刹车复位信号（正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平）。

5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号（正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V）。

自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值（具体显示与单片机的程序设计有关）。

闪l停l--自检正常通过

闪2停l--欠压

闪3停l--LM358故障

闪4停1--电机霍尔信号故障

闪5停l--下管故障

闪6停l--上管故障

闪7停1--过流保护

闪8停l--刹车保护

闪9停1--手把地线断开

闪10停1--手把信号和手把电源线短路

闪l停11--上电时手把信号未复位

1602显示

若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。

电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。

U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56（康铜丝）串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。

由R3、R73、R4、R11、C21、U6等组成欠压保护电路，当蓄电池电压下降到设定值时，U6即停止输出，避免电池过度放电。

此外U6分别为模拟三相交流电的6组上下功率管输入预先设定的换相信号，这6组上、下功率管必须按严格顺序依次导通和关闭，其次U6处理转把的调速电压并输出PWM（即脉冲宽度调制）信号和U6输出的换相信号在后级电路中混合叠加输出控制电压，去分别控制3路上、下功率管的导通和截止。

二、故障检修

在检修时，首先要排除短路故障，特别是末级功率管。

在电门锁一侧，可以断开电门锁插接件测电流，若为正常的约65mA则说明控制器前级无短路。

其次当无短路而电机不转时，要先检查初始化自检条件是否正常（如前面所述）。

检查电机霍尔元件好坏的一种简单方法：

打开电门锁，用不带阻尼的指针式（下同）万用表交流10V挡分别测U6的?

、?

和?

脚即电机霍尔的w、V和u相的输入端，用手慢慢转动电机轮，如果看见表上的指针在0～4V左右摆动，则说明电机霍尔元件基本正常。

检查控制器前级是否正常的方法，先要控制器自检通过，观察LED2即自检灯看出正常与否，若LED2闪一次停一次，说明自检