Sensored BLDC Motor Control Using dsPIC30F2010.book

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尾好卜
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1 使用 dspic30f2010 控制带传感器的 BLDC 电机著者 : Stan D' Souza Microchip Technology 图 1: BLDC 换相图引言 HALL R 60 o dspic30f2010 是一款专门为嵌入式电机控制应用设计的 28 引脚 16 位 MCU 它主要是为交流感应电机(AC Induction Motor, ACIM) 无刷直流电机 (Brushless DC,BLDC) 和普通直流电机这些典型的电机类型而专门设计的以下是 dspic30f2010 的一些主要特性 : 6 个独立或 3 对互补的电机控制专用 PWM 输出 6 输入采样速率为 500Ksps 的 ADC, 可同时采样最多 4 路输入多种串行通信 :UART I 2 C 和 SPI 小型封装 :6 6 mm QFN, 适用于嵌入式控制应用 DSP 引擎可实现控制环的快速响应在本应用笔记中, 我们将讨论如何使用 dspic30f2010 来控制带传感器的 BLDC 电机欲知 BLDC 的详细工作原理以及 BLDC 电机运行和控制的一般信息, 请参阅 AN901_CN 本应用笔记讨论了使用 dspic30f2010 控制 BLDC 电机的具体实现, 而对 BLDC 电机的细节涉及较少 BLDC 电机 BLDC 电机基本是内外倒置的直流电机在一般直流电机中, 定子是永磁体转子上有绕组, 对绕组通电通过使用换向器和电刷将转子中的电流反向来产生旋转的或运动的电场与之相反, 在 BLDC 电机中绕组在定子上而转子是永磁体内外倒置的直流电机这一称谓由此得名要使转子转动, 必须存在旋转电场一般来说, 三相 BLDC 电机具有 3 相定子, 同一时刻为其中的两相通电, 以产生旋转电场此方法相当容易实现, 但是为了防止永磁体转子被定子锁住, 在知道转子磁体的精确位置的前提下, 必须以特定的方式按顺序为定子通电位置信息通常用霍尔传感器检测转子磁体位置获得, 也可采用轴角编码器方式获得对于典型的三相带传感器的 BLDC 电机, 有 6 个不同的工作区间, 每个区间中有特定的两相绕组通电如图 1 所示 HALL Y HALL B 导通 Q3,Q5Q1,Q5Q1,Q6Q2,Q6Q2,Q4Q3,Q4Q3,Q5Q1,Q5Q1,Q6 霍尔状态 RYB 通过检测霍尔传感器, 可以得到一个 3 位编码, 编码值的范围从 1 到 6 每个编码值代表转子当前所处的区间从而提供了需要对哪些绕组通电的信息因此程序可以使用简单的查表操作来确定要对哪两对特定的绕组通电以使转子转动注意状态 0 和 7 对于霍尔效应传感器而言是无效状态软件应该检查出这些值并相应地禁止 PWM 变化通知输入灵活使用上述的技巧, 可以将霍尔效应传感器连接到 dspic30f2010 的输入引脚上, 来检测变化 ( 变化通知 (Change Notification, CN) 输入 ) 当这些引脚上的输入电平发生变化时, 就会产生中断在 CN 中断服务程序 (Interrupt Service Routine, ISR) 中, 由用户应用程序读取霍尔效应传感器的值, 用以计算偏移量并查表, 来正确地驱动 BLDC 电机的绕组 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 1 页

2 电机控制脉宽调制 (MCPWM) 使用上面的方法可以使 BLDC 电机全速旋转然而, 为了使 BLDC 电机速度可变, 必须在两相绕组的两端加上可变电压从数字化的语言来讲, 就是加在 BLDC 电机绕组上的 PWM 信号的不同占空比可以获得可变电压 dspic30f2010 有六个由 PWM 信号驱动的 PWM 输出如图 2 所示, 通过使用六个开关 IGBT 或 MOSFET, 可以将三相绕组驱动为高电平低电平或根本不通电例如, 当绕组的一端连接到高端驱动器时, 就可在低端驱动器上施加占空比可变的 PWM 信号这与将 PWM 信号加在高端驱动器上, 而将低端驱动器连接到 VSS 或 GND 的作用相同一般更喜欢对低端驱动器施加 PWM 信号图 2: 电机驱动电路与绕组连接示意图 +V 1H 2H 3H 三相负载 PWM 信号由 dspic30f2010 的电机控制 (Motor Control,MC) 专用 PWM 模块提供 MCPWM 模块是专为电机控制应用而设计的 ( 阅读本节时, 请参阅图 3 ) MCPWM 有一个专用的 16 位 PTMR 时基寄存器此定时器每隔一个由用户定义的时间间隔进行一次递增计数, 该时间间隔最短可以为 TCY 通过选择一个值并将它装入 PTPER 寄存器, 用户可以决定所需的 PWM 周期每个 TCY, PTMR 与 PTPER 作一次比较当两者匹配时, 开始一个新的周期控制占空比的方法与此类似, 只需在三个占空比寄存器中装入一个值即可与周期比较不同, 每隔 TCY/2 就将占空比寄存器中的值与 PTMR 进行一次比较 ( 即, 比较的频率是周期比较的两倍 ) 如果 PTMR 的值与 PDCx 的值相匹配, 那么对应的占空比输出引脚就会根据选定的 PWM 模式驱动为低电平或高电平通过占空比比较产生的三个输出将被分别传输给一对互补的输出引脚, 其中一个引脚输出为高电平, 而另一个引脚输出为低电平, 反之亦然这两个输出引脚也可以被配置为独立输出模式当驱动为互补输出时, 可以在高电平变低与低电平变高之间插入一段死区死区是由硬件配置的, 最小值为 TCY 插入死区可以防止输出驱动器发生意外的直通现象 1L 2L 3L DS00957A_CN 第 2 页 2005 Microchip Technology Inc.

3 图 3: PWM 框图 PWMCON1 PWMCON2 PWM 使能和模式控制 SFR DTCON1 死区时间控制 SFR FLTACON OVDCON FLTA 引脚控制 SFR PWM 手动控制 SFR PWM 发生器 #3 PDC3 缓冲器 16 位数据总线 PDC3 比较器通道 3 死区发生器和改写逻辑 PWM3H PWM3L PTMR PWM 发生器 #2 通道 2 死区发生器和改写逻辑输出驱动器模块 PWM2H PWM2L 比较器 PTPER PWM 发生器 #1 通道 1 死区发生器和改写逻辑 PWM1H PWM1L FLTA PTPER 缓冲器 PTCON 比较器 SEVTDIR 特殊事件后分频器特殊事件触发信号 SEVTCMP PTDIR PWM 时基注 : 为了明了起见没有给出 PWM 发生器 #1 和 #2 的细节 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 3 页

4 可以将 MCPWM 模块配置为多种模式其中边沿对齐的输出模式可能是最常见的图 4 描述了边沿对齐的 PWM 的工作原理在周期开始时, 所有输出均驱动为高电平随着 PTMR 中值的递增, 一旦该值与占空比寄存器中的值发生匹配就会导致对应的占空比输出变为低电平, 从而表示该占空比结束 PTMR 寄存器的值与 PTPER 寄存器的值匹配导致一个新的周期开始, 所有输出变为高电平以开始一个全新的周期图 4: 边沿对齐的 PWM PWM1H PTPER PDC1 PDC2 0 占空比从 PDCx 中重载新占空比 PTMR 中的值根据 OVDCON 寄存器中的值, 用户可以选择哪个引脚获得 PWM 信号以及哪个引脚被驱动为有效或无效控制带传感器的 BLDC 时, 必须根据由霍尔传感器的值所指定的转子位置对两相绕组通电在 CN 中断服务程序中, 首先读霍尔传感器, 然后将霍尔传感器的值用作查找表中的偏移量, 以找到对应的将要装入 OVDCON 寄存器的值表 1 和图 5 说明了如何根据转子所处的区间将不同的值装入 OVDCON 寄存器, 从而确定需要对哪些绕组通电表 1: 图 5: PWM 输出改写示例状态 OVDCON<15:8> OVDCON<7:0> b b b b b b b b PWM 输出改写示例状态 PWM2H 周期 PWM3H PWM3L 还可以将 MCPWM 设置为其它模式 : 中心对齐的 PWM 和单个 PWM 由于它们不用于控制 BLDC 电机, 在此将不对这些模式进行讨论欲知有关这些模式的详细信息, 请参阅 dspic30f 系列参考手册 (DS70046C_CN) 改写是本应用中使用的 MCPWM 的一个重要特征改写控制是 MCPWM 模块的最后级它允许用户直接写入 OVDCON 寄存器并控制输出引脚 OVDCON 寄存器中有两个 6 位字段这两个字段中的每一位对应于一个输出引脚 OVDCON 寄存器的高字节部分确定对应的输出引脚是由 PWM 信号驱动 ( 当置为 1 时 ), 还是由 OVDCON 寄存器低字节部分中的相应位驱动为有效 / 无效 ( 当置为 0 时 ) 此功能允许用户使用 PWM 信号, 但是并不驱动所有输出引脚对于 BLDC 电机, 相同的值被写入所有 PDCx 寄存器 PWM2H PWM2L PWM1H PWM1L 注 : 在状态 1-4 之间切换的时间由用户软件控制通过向 OVDCON 写入新值控制状态切换本例中 PWM 输出工作在独立模式 DS00957A_CN 第 4 页 2005 Microchip Technology Inc.

5 硬件描述图 6 中的框图说明了如何使用 dspic30f2010 驱动 BLDC 电机如需详细的原理图, 请参阅附录 C 图 6: dspic30f2010 PWM3H PWM3L PWM2H PWM2L PWM1H PWM1L AN2 CN5 CN6 CN7 硬件框图给定 MOSFET 驱动电路霍尔效应传感器反馈 BLDC 6 个 MCPWM 输出连接到 3 对 MOSFET 驱动器 (IR2101S), 最终连接到 6 个 MOSFET(IRFR2407) 这些 MOSFET 以三相桥式连接到 3 相 BLDC 电机绕组在当前实现中,MOSFET 的最大电压为 70V, 最大电流为 18A 注意在使用最大功率时必须提供充分的散热, 这一点很重要 MOSFET 驱动器也需要一个较高的电压 (15V) 来运行, 因此需要提供这么高的电平该电机是 24V BLDC 电机, 因此 DC+ 到 DC- 母线电压为 24V 需要提供 5V 的稳压电源来驱动 dspic30f 个霍尔效应传感器的输出信号连接到与变化通知电路相连的输入引脚, 使能输入的同时也使能相应中断若这 3 个引脚中的任何一个发生了电平变化, 就会产生中断为了提供速度给定, 将一个电位计连接到 ADC 输入 (RB2) 在 RC14 上提供了一个按钮开关, 用于起动和停止电机为了向电机提供一些电流反馈, 在 DC 母线负电压与地或 Vss 之间连接了一个低阻值电阻 (25 毫欧 ) 由此电阻产生的电压被一个外部运放 (MCP6002) 放大并反馈到 ADC 输入 (RB1) 固件描述附录 A 和附录 B 包含了两个固件程序来举例说明此应用笔记中描述的方法一个程序使用开环速度控制另一个使用比例和积分反馈来实现闭环速度控制对于实际应用而言, 开环方式通常是不实用的此处介绍它主要是为了阐明 BLDC 电机的驱动方法开环控制在开环控制中,MCPWM 根据来自速度电位计的电压输入直接控制电机速度初始化 MCPWM ADC 端口和变化通知输入之后, 程序将等待一个激活信号 ( 例如, 按一个键 ) 来表示开始 ( 参见图 7) 按下键后, 程序将读霍尔传感器根据读到的值, 从表中取出对应的值并将它写入 OVDCON 此时电机开始旋转图 7: 开环流程图开始初始化 MCPWM ADC 和端口按过键吗? 是读霍尔效应传感器 ; 用表中查到的状态装载 OVDCON 读过给定电位计吗? 是用给定值装载 PDCx 按过键吗? 否否否是使用 OVDCON 停止 MCPWM 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 5 页

6 最初占空比值保持在默认值 50% 但是, 在主程序的第一个循环, 将读电位计并将其值 ( 即正确的给定值 ) 作为占空比插入该值决定电机的速度占空比值越高, 电机转得越快图 8 所示电机速度由电位计控制图 8: 电压给定开环电压控制模式 dspic MCPWM BLDC 电机闭环控制在闭环控制固件版本中, 主要的不同是使用电位计来设定速度给定控制环提供了对速度的比例和积分 (Proportional and Integral, PI) 控制要测量实际速度, 可以使用 TMR3 作为定时器来选通一个完整的电周期由于我们使用的是 10 极电机, 因此一个机械周期将由 5 个电周期构成如果 T ( 秒 ) 是一个电周期的时间, 那么速度 S = 60/ (P/2*T) rpm, 其中 P 是电机的极数控制如图 10 所示闭环控制流程图如图 11 所示图 10: 闭环电压控制模式霍尔效应传感器连接到变化通知引脚允许 CN 中断当转子旋转时, 转子磁体的位置发生变化, 从而使转子进入不同的区间 CN 中断表示转子进入每个新位置在 CN 中断程序 ( 如图 9 所示 ) 中, 读霍尔效应传感器的值, 并根据该值得到一个表查找值, 并将它写入 OVDCON 寄存器此操作将确保在正确的区间对正确的绕组通电, 从而使电机继续旋转图 9: CN 中断流程图开始给定图 11: + - S 速度 PI 控制器电机速度计算结果 dspic MCPWM 闭环控制流程图开始电机读霍尔效应传感器初始化 MCPWM ADC 和端口获得在表中查找到的状态值按过键吗? 是否装载 OVDCON 读霍尔效应传感器 ; 用表中查到的状态装载 OVDCON 相位超前结束欲知有关相位超前以及实现方式的详细信息, 请参阅 AN901_CN 否读过实际速度吗? 是计算比例和积分速度误差 * 否按过键吗? 是使用 OVDCON 停止 MCPWM * PDCx = KP ( 比例速度误差 ) + KI ( 积分速度误差 ) DS00957A_CN 第 6 页 2005 Microchip Technology Inc.

7 结论 dspic30f2010 非常适合对带传感器的 BLDC 电机进行闭环控制外设和 DSP 引擎为带传感器的 BLDC 应用提供了足够宽的带宽, 并为客户的应用程序提供了充足的代码空间参考书目 AN885 Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals AN901_CN dspic30f 在无传感器 BLDC 控制中的应用 AN857 Brushless DC Motor Control Made Easy AN899 Brushless DC Motor Control Using PIC18FXX31 MCUs 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 7 页

8 附录 A: 开环控制的源代码清单此附录包含了开环控制的源代码清单软件许可协议 Microchip Technology Incorporated ( 公司 ) 随附提供的软件旨在提供给您 ( 该公司的客户 ) 使用, 仅限于且只能在该公司制造的产品上使用该软件为公司和 / 或其供应商所有, 并受适用的版权法保护版权所有任何违反前述限制的使用将使其用户遭受适用法律的刑事制裁, 并承担违背此许可的条款和条件的民事责任该软件按现状提供不提供保证, 无论是明示的暗示的还是法定的保证这些保证包括 ( 但不限于 ) 对出于某一特定目的应用此软件的适销性和适用性默示的保证在任何情况下, 公司都将不会对任何原因造成的特别的偶然的或间接的损害负责 Software License Agreement The software supplied herewith by Microchip Technology Incorporated (the Company ) is intended and supplied to you, the Company s customer, for use solely and exclusively with products manufacture by the Company. The software is owned by the Company and/or its supplier, and is protected under applicable copyright laws. All rights are reserved. Any use in violation of the foregoing restrictions may subject the user to criminal sanctions under applicable laws, as well as to civil liability for the breach of the terms and conditions of this license. THIS SOFTWARE IS PROVIDED IN AN AS IS CONDITION. NO WARRANTIES, WHETHER EXPRESS, IMPLIED OR STATUTORY, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE APPLY TO THIS SOFTWARE. THE COMPANY SHALL NOT, IN ANY CIRCUMSTANCES, BE LIABLE FOR SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES, FOR ANY REASON WHATSOEVER 文件 :ClosedLoopSenBLDC.c 编写者 :Stan D'Souza, Microchip Technology 下列文件应该包含在 MPLAB 项目中 : ClosedLoopSenBLDC.c 主源代码文件 p30f2010.gld 链接描述文件版本历史 10/01/04 第一版 /************************************************************* 以下是低端驱动器表在此 StateLoTable 中, 在低端驱动器施加 PWM 信号, 而高端驱动器为导通或截止状态在本练习中使用此表 /*************************************************************/ unsigned int StateLoTable[] = 0x0000, 0x0210, 0x2004, 0x0204, 0x0801, 0x0810, 0x2001, 0x0000; /**************************************************************** 以下是变化通知引脚 CN5 CN6 和 CN7 的中断向量当霍尔传感器改变状态时, 将引起中断, 指令执行将转到下面的子程序然后用户必须读端口 B 的第 3 位第 4 位和第 5 位, 对读到的值进行移位和调节以使之读作然后将调整后的值用作查找表 StateLoTable 中的偏移量以确定装入 OVDCON 寄存器的值 *****************************************************************/ DS00957A_CN 第 8 页 2005 Microchip Technology Inc.

9 void _ISR _CNInterrupt(void) IFS0bits.CNIF = 0; HallValue = PORTB & 0x0038; HallValue = HallValue >> 3; OVDCON = StateLoTable[HallValue]; 清零标志屏蔽其它位, 保留 RB3 RB4 和 RB5 执行 3 次右移 /********************************************************************* ADC 中断用给定的电位计值装载 PDCx 寄存器仅在电机运行时执行此操作 *********************************************************************/ void _ISR _ADCInterrupt(void) IFS0bits.ADIF = 0; if (Flags.RunMotor) PDC1 = ADCBUF0; PDC2 = PDC1; PDC3 = PDC1; 赋值并装载所有的三个 PWM 占空比寄存器 int main(void) LATE = 0x0000; TRISE = 0xFFC0; 设置为输出 PWM 信号 CNEN1 = 0x00E0; 使能 CN5 CN6 和 CN7 CNPU1 = 0x00E0; 使能内部上拉 IFS0bits.CNIF = 0; 清零 CNIF IEC0bits.CNIE = 1; 允许 CN 中断 InitMCPWM(); InitADC10(); while(1) while (!S2); 等待按开始键 while (S2) 等待直到释放按键 DelayNmSec(10); 在 PORTB 上读霍尔位置传感器 HallValue = PORTB & 0x0038; 屏蔽其它位, 保留 RB3 RB4 和 RB5 HallValue = HallValue >> 3; 右移以获得值 OVDCON = StateLoTable[HallValue]; 装载改写控制寄存器 PWMCON1 = 0x0777; 使能 PWM 输出 Flags.RunMotor = 1; 将标志置 1 while (Flags.RunMotor) 当电机运行时 if (S2) 如果按下 S2 PWMCON1 = 0x0700; 禁止 PWM 输出 OVDCON = 0x0000; 将 PWM 改写为低电平 Flags.RunMotor = 0; 复位运行标志 while (S2) 等待释放按键 while (1) 结束 DelayNmSec(10); 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 9 页

10 /******************************************************************* 以下代码用于设置 ADC 寄存器, 该代码可实现下列功能 : 1. 1 个通道转换 ( 本例中, 该通道为 RB2/AN2) 2. PWM 触发信号启动转换 3. 电位计连接到 CH0 和 RB2 4. 手动停止采样和启动转换 5. 手动检查转换完成 *********************************************************************/ void InitADC10(void) ADPCFG = 0xFFF8; ADCON1 = 0x0064; ADCON2 = 0x0200; ADCHS = 0x0002; ADCON3 = 0x0080; IFS0bits.ADIF = 0; IEC0bits.ADIE = 1; ADCON1bits.ADON = 1; 将端口 B 的 RB0 到 RB2 配置为模拟引脚 ; 将其它引脚配置为数字引脚 PWM 启动转换同时采样 4 个通道将 RB2/AN2 作为 CH0 连接到电位计 ch1 连接母线电压 Ch2 连接电机, Ch3 连接电位计 Tad 来源于内部 RC (4uS) 启动 ADC /******************************************************************** InitMCPWM, 对 PWM 做以下初始化 : 1. FPWM = hz 2. 独立的 PWM 3. 使用 OVDCON 控制输出 4. 用从电位计读取的 ADC 值设置占空比 5. 将 ADC 设置为由 PWM 特殊触发信号触发 *********************************************************************/ void InitMCPWM(void) PTPER = FCY/FPWM - 1; PWMCON1 = 0x0700; 禁止 PWM OVDCON = 0x0000; 允许使用 OVD 控制 PDC1 = 100; 将 PWM1 PWM2 和 PWM3 初始化为 100 PDC2 = 100; PDC3 = 100; SEVTCMP = PTPER; PWMCON2 = 0x0F00; 后分频比设为 1:16 PTCON = 0x8000; 启动 PWM 这是普通的 1 ms 延迟程序, 用于提供 1 ms 到 65.5 秒的延迟如果 N = 1, 则延迟为 1 ms ; 如果 N = 65535, 则延迟为 65,535 ms 注意 FCY 用于计算请根据上述定义语句做出必要的更改 (PLLx4 或 PLLx8 等 ) 以计算出正确的 FCY void DelayNmSec(unsigned int N) unsigned int j; while(n--) for(j=0;j < MILLISEC;j++); DS00957A_CN 第 10 页 2005 Microchip Technology Inc.

11 附录 B: 闭环控制的源代码清单此附录包含了闭环控制的源代码清单 / Software License Agreement The software supplied herewith by Microchip Technology Incorporated (the Company ) is intended and supplied to you, the Company s customer, for use solely and exclusively with products manufacture by the Company. The software is owned by the Company and/or its supplier, and is protected under applicable copyright laws. All rights are reserved. Any use in violation of the foregoing restrictions may subject the user to criminal sanctions under applicable laws, as well as to civil liability for the breach of the terms and conditions of this icense. THIS SOFTWARE IS PROVIDED IN AN AS IS CONDITION. NO WARRANTIES, WHETHER EXPRESS, IMPLIED OR STATUTORY, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE APPLY TO THIS SOFTWARE. THE COMPANY SHALL NOT, IN ANY CIRCUMSTANCES, BE LIABLE FOR SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES, FOR ANY REASON WHATSOEVER 文件 :ClosedLoopSenBLDC.c 编写者 :Stan D'Souza, Microchip Technology 下列文件应该包含在 MPLAB 项目中 : ClosedLoopSenBLDC.c 主源代码文件 p30f2010.gld 链接描述文件版本历史 10/01/04 第一版 *************************************************************************** ClosedLoopSenBLDC.c 用于对带传感器的 BLDC 电机进行闭环控制它的任务包括 : 将霍尔传感器的传感变化信号输出到 CN5 CN6 和 CN7 引脚 ( 端口 B) 在 CN 中断期间, 通过读端口 B 读取来自传感器的输入信号分析并确定位置的状态使用查找表 StateLoTable, 该表用于确定 OVDCON 的值将在表中找到的值装入 OVDCON 将 PWM 初始化为产生独立连续的 PWM 信号电位计参考电压值用来确定给定 ( 即要求的 ) 电机速度然后使用要求的速度值和实际的速度值来确定比例速度误差和积分速度误差有了这两个值, 就可以使用下面的公式计算出新的占空比 : NewDutyCycle ( 新的占空比 ) = Kp*( 比例速度误差 ) + Ki*( 积分速度误差 ) 然后将 10 位的 NewDutyCycle ( 新占空比值 ) 装入所有的 3 个 PWM 占空比寄存器中 FPWM = 16000hz 设置 ADC, 使通过 PWM 触发信号来启动转换 ********************************************************************************/ 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 11 页

12 #define dspic30f2010 #include "c:\pic30_tools\support\h\p30f2010.h" #define FCY xtal = 5.0Mhz ; PLLx8 #define MILLISEC FCY/ ms 延迟常数 #define FPWM #define Ksp1200 #define Ksi10 #define RPMConstant60*(FCY/256) #define S2!PORTCbits.RC14 void InitTMR3(void); void InitADC10(void); void AverageADC(void); void DelayNmSec(unsigned int N); void InitMCPWM(void); void CalculateDC(void); void GetSpeed(void); struct unsigned RunMotor : 1; unsigned Minus : 1; unsigned unused : 14; Flags; unsigned int HallValue; int Speed; unsigned int Timer3; unsigned char Count; unsigned char SpeedCount; int DesiredSpeed; int ActualSpeed; int SpeedError; int DutyCycle; int SpeedIntegral; ************************************************************* 以下是低端驱动器表在此 StateLoTable 中, 在低端驱动器上施加 PWM 信号, 而高端驱动器为导通或截止状态在本练习中使用此表 *************************************************************/ unsigned int StateLoTable[] = 0x0000, 0x1002, 0x0420, 0x0402, 0x0108, 0x1008, 0x0120, 0x0000; /**************************************************************** 以下是变化通知引脚 CN5 CN6 和 CN7 的中断向量当霍尔传感器改变状态时, 将引起中断, 指令执行将转到下面的子程序然后用户必须读端口 B 的第 3 位第 4 位和第 5 位, 对读到的值进行移位和调节以使之读作然后将调整后的值用作查找表 StateLoTable 中的偏移量以确定装入 OVDCON 寄存器的值 *****************************************************************/ DS00957A_CN 第 12 页 2005 Microchip Technology Inc.

13 void _ISR _CNInterrupt(void) IFS0bits.CNIF = 0; 清零标志 HallValue = PORTB & 0x0038; 屏蔽其它位, 保留 RB3 RB4 和 RB5 HallValue = HallValue >> 3; 执行 3 次右移 OVDCON = StateLoTable[HallValue]; 装载改写控制寄存器 /********************************************************************* ADC 中断用给定的电位计值装载 DesiredSpeed 变量然后用该值来确定速度误差当电机不运行时, 使用来自电位计的直接给定值作为 PDC 值 *********************************************************************/ void _ISR _ADCInterrupt(void) IFS0bits.ADIF = 0; DesiredSpeed = ADCBUF0; if (!Flags.RunMotor) PDC1 = ADCBUF0; 赋值 PDC2 = PDC1; 并装载所有的三个 PWM PDC3 = PDC1; 占空比寄存器 /************************************************************************ 该主程序控制初始化, 按键以起动和停止电机 ************************************************************************/ int main(void) LATE = 0x0000; TRISE = 0xFFC0; CNEN1 = 0x00E0; CNPU1 = 0x00E0; IFS0bits.CNIF = 0; IEC0bits.CNIE = 1; SpeedError = 0; SpeedIntegral = 0; InitTMR3(); InitMCPWM(); InitADC10(); while(1) while (!S2); while (S2) DelayNmSec(10); 设置为输出 PWM 信号使能 CN5 CN6 和 CN7 使能内部上拉清零 CNIF 允许 CN 中断等待按开始键等待直到释放按键通过端口 B 读来自霍尔位置传感器的信号 HallValue = PORTB & 0x0038; 屏蔽其它位, 保留 RB3 RB4 和 RB5 HallValue = HallValue >> 3; 右移以获得值 OVDCON = StateLoTable[HallValue]; 装载改写控制寄存器 PWMCON1 = 0x0777; 使能 PWM 输出 Flags.RunMotor = 1; 将标志置 1 T3CON = 0x8030; 启动 TMR3 while (Flags.RunMotor) 当电机运行时 if (!S2) 如果未按下 S Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 13 页

14 else while (1) 结束 if (HallValue == 1) 如果位于区间 1 HallValue = 0xFF; 强制一个新值作为区间值 if (++Count == 5) Timer3 = TMR3; 读 tmr3 的最新值 TMR3 = 0; Count = 0; GetSpeed(); 确定速度如果按下 S2, 停止电机 PWMCON1 = 0x0700; 禁止 PWM 输出 OVDCON = 0x0000; 将 PWM 改写为低电平 Flags.RunMotor = 0; 复位运行标志 while (S2) 等待释放按键 DelayNmSec(10); 对于 10 极电机, 将此代码段执行 5 个电周期 ( 即 1 个机械周期 ) /******************************************************************* 以下代码用于设置 ADC 寄存器, 该代码可实现下列功能 : 1. 1 个通道转换 ( 本例中, 该通道为 RB2/AN2) 2. PWM 触发信号启动转换 3. 电位计连接到 CH0 和 RB2 4. 手动停止采样和启动转换 5. 手动检查转换完成 *********************************************************************/ void InitADC10(void) ADPCFG = 0xFFF8; ADCON1 = 0x0064; ADCON2 = 0x0200; ADCHS = 0x0002; ADCON3 = 0x0080; IFS0bits.ADIF = 0; IEC0bits.ADIE = 1; ADCON1bits.ADON = 1; 将端口 B 的 RB0 到 RB2 配置为模拟引脚 ; 将其它引脚配置为数字引脚 PWM 启动转换采样 CH0 通道将 RB2/AN2 作为 CH0 连接到电位计 Tad 来源于内部 RC (4uS) 清零标志允许中断启动 ADC DS00957A_CN 第 14 页 2005 Microchip Technology Inc.

15 /******************************************************************** InitMCPWM, 对 PWM 做以下初始化 : 1. FPWM = hz 2. 独立的 PWM 3. 使用 OVDCON 控制输出 4. 使用 PI 算法和速度误差设置占空比 5. 将 ADC 设置为由 PWM 特殊触发信号触发 *********************************************************************/ void InitMCPWM(void) PTPER = FCY/FPWM - 1; PWMCON1 = 0x0700; 禁止 PWM OVDCON = 0x0000; 允许使用 OVD 控制 PDC1 = 100; 将 PWM1 PWM2 和 PWM3 初始化为 100 PDC2 = 100; PDC3 = 100; SEVTCMP = PTPER; 特殊触发值等于 16 个周期值 PWMCON2 = 0x0F00; 后分频比设为 1:16 PTCON = 0x8000; 启动 PWM /************************************************************************ Tmr3 用于确定速度, 因此它被设置为使用 Tcy/256 作为时钟周期进行计数 *************************************************************************/ void InitTMR3(void) T3CON = 0x0030; TMR3 = 0; PR3 = 0x8000; 内部 Tcy/256 时钟 /************************************************************************ GetSpeed, 通过使用每个机械周期内 TMR3 中的值确定电机的精确速度 *************************************************************************/ void GetSpeed(void) if (Timer3 > 23000) 如果 TMR3 值很大, 则忽略此次读取 return; if (Timer3 > 0) Speed = RPMConstant/(long)Timer3; 获得以 RPM 为单位的速度 ActualSpeed += Speed; ActualSpeed = ActualSpeed >> 1; if (++SpeedCount == 1) SpeedCount = 0;CalculateDC(); 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 15 页

16 /***************************************************************************** CalculateDC, 使用 PI 算法来计算新的 DutyCycle ( 占空比 ) 值, 该值将被载入 PDCx 寄存器 ****************************************************************************/ void CalculateDC(void) DesiredSpeed = DesiredSpeed*3; Flags.Minus = 0; if (ActualSpeed > DesiredSpeed) SpeedError = ActualSpeed - DesiredSpeed; else SpeedError = DesiredSpeed - ActualSpeed; Flags.Minus = 1; SpeedIntegral += SpeedError; if (SpeedIntegral > 9000) SpeedIntegral = 0; DutyCycle = (((long)ksp*(long)speederror + (long)ksi*(long)speedintegral) >> 12); DesiredSpeed = DesiredSpeed/3; if (Flags.Minus) DutyCycle = DesiredSpeed + DutyCycle; else DutyCycle = DesiredSpeed - DutyCycle; if (DutyCycle < 100) DutyCycle = 100; if (DutyCycle > 1250) DutyCycle = 1250;SpeedIntegral = 0; PDC1 = DutyCycle; PDC2 = PDC1; PDC3 = PDC1; 这是通用的 1 ms 延迟程序, 用于提供 1 ms 到 65.5 秒的延迟如果 N = 1, 则延迟为 1 ms ; 如果 N = 65535, 则延迟为 65,535 ms 注意 FCY 会用于计算请根据上述定义语句作必要的更改 (PLLx4 或 PLLx8 等 ) 以计算出正确的 FCY void DelayNmSec(unsigned int N) unsigned int j; while(n--) for(j=0;j < MILLISEC;j++); DS00957A_CN 第 16 页 2005 Microchip Technology Inc.

17 附录 C: 原理图此附录包含了使用 dspic30f2010 来控制带传感器的 BLDC 电机的原理图图 C-1: 电机控制原理图 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 17 页

18 图 C-2: 电机控制原理图 2 2 HIN 3 LIN VB HO VS VCC LO COM HIN 3 LIN VB HO VS VCC LO COM HIN 3 LIN VB HO VS VCC LO COM DS00957A_CN 第 18 页 2005 Microchip Technology Inc.

请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip

19 请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点 : Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标 Microchip 确信 : 在正常使用的情况下, Microchip 系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一目前, 仍存在着恶意甚至是非法破坏代码保护功能的行为就我们所知, 所有这些行为都不是以 Microchip 数据手册中规定的操作规范来使用 Microchip 产品的这样做的人极可能侵犯了知识产权 Microchip 愿与那些注重代码完整性的客户合作 Microchip 或任何其它半导体厂商均无法保证其代码的安全性代码保护并不意味着我们保证产品是牢不可破的代码保护功能处于持续发展中 Microchip 承诺将不断改进产品的代码保护功能任何试图破坏 Microchip 代码保护功能的行为均可视为违反了数字器件千年版权法案 (Digital Millennium Copyright Act) 如果这种行为导致他人在未经授权的情况下, 能访问您的软件或其它受版权保护的成果, 您有权依据该法案提起诉讼, 从而制止这种行为提供本文档的中文版本仅为了便于理解 Microchip Technology Inc. 及其分公司和相关公司各级主管与员工及事务代理机构对译文中可能存在的任何差错不承担任何责任建议参考 Microchip Technology Inc. 的英文原版文档本出版物中所述的器件应用信息及其它类似内容仅为您提供便利, 它们可能由更新之信息所替代确保应用符合技术规范, 是您自身应负的责任 Microchip 对这些信息不作任何明示或暗示书面或口头法定或其它形式的声明或担保, 包括但不限于针对其使用情况质量性能适销性或特定用途的适用性的声明或担保 Microchip 对因这些信息及使用这些信息而引起的后果不承担任何责任未经 Microchip 书面批准, 不得将 Microchip 的产品用作生命维持系统中的关键组件在 Microchip 知识产权保护下, 不得暗中或以其它方式转让任何许可证商标 Microchip 的名称和徽标组合 Microchip 徽标 Accuron dspic KEELOQ microid MPLAB PIC PICmicro PICSTART PRO MATE PowerSmart rfpic 和 SmartShunt 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其它国家或地区的注册商标 AmpLab FilterLab Migratable Memory MXDEV MXLAB PICMASTER SEEVAL SmartSensor 和 The Embedded Control Solutions Company 均为 Microchip Technology Inc. 在美国的注册商标 Analog-for-the-Digital Age Application Maestro dspicdem dspicdem.net dspicworks ECAN ECONOMONITOR FanSense FlexROM fuzzylab In-Circuit Serial Programming ICSP ICEPIC Linear Active Thermistor MPASM MPLIB MPLINK MPSIM PICkit PICDEM PICDEM.net PICLAB PICtail PowerCal PowerInfo PowerMate PowerTool rflab rfpicdem Select Mode Smart Serial SmartTel Total Endurance 和 WiperLock 均为 Microchip Technology Inc. 在美国和其它国家或地区的商标 SQTP 是 Microchip Technology Inc. 在美国的服务标记在此提及的所有其它商标均为各持有公司所有 2005, Microchip Technology Inc. 版权所有 Microchip 位于美国亚利桑那州 Chandler 和 Tempe 及位于加利福尼亚州 Mountain View 的全球总部设计中心和晶圆生产厂均于 2003 年 10 月通过了 ISO/TS-16949:2002 质量体系认证公司在 PICmicro 8 位单片机 KEELOQ 跳码器件串行 EEPROM 单片机外设非易失性存储器和模拟产品方面的质量体系流程均符合 ISO/TS-16949:2002 此外, Microchip 在开发系统的设计和生产方面的质量体系也已通过了 ISO 9001:2000 认证 2005 Microchip Technology Inc. DS00957A_CN 第 19 页

20 全球销售及服务网点美洲亚太地区亚太地区欧洲公司总部 Corporate Office 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ Tel: Fax: 技术支持 : 网址 : 亚特兰大 Atlanta Alpharetta, GA Tel: Fax: 波士顿 Boston Westborough, MA Tel: Fax: 芝加哥 Chicago Itasca, IL Tel: Fax: 达拉斯 Dallas Addison, TX Tel: Fax: 底特律 Detroit Farmington Hills, MI Tel: Fax: 科科莫 Kokomo Kokomo, IN Tel: Fax: 洛杉矶 Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: Fax: 圣何塞 San Jose Mountain View, CA Tel: Fax: 中国 - 北京 Tel: Fax: 中国 - 成都 Tel: Fax: 中国 - 福州 Tel: Fax: 中国 - 香港特别行政区 Tel: Fax: 中国 - 上海 Tel: Fax: 中国 - 沈阳 Tel: Fax: 中国 - 深圳 Tel: Fax: 中国 - 顺德 Tel: Fax: 中国 - 青岛 Tel: Fax: 中国 - 武汉 Tel: Fax: 台湾地区 - 高雄 Tel: Fax: 台湾地区 - 台北 Tel: Fax: 台湾地区 - 新竹 Tel: Fax: 澳大利亚 Australia - Sydney Tel: Fax: 印度 India - Bangalore Tel: Fax: 印度 India - New Delhi Tel: Fax: 日本 Japan - Kanagawa Tel: Fax: 韩国 Korea - Seoul Tel: Fax: 或马来西亚 Malaysia - Penang Tel: Fax: 菲律宾 Philippines - Manila Tel: Fax: 新加坡 Singapore Tel: Fax: 奥地利 Austria - Weis Tel: Fax: 丹麦 Denmark - Ballerup Tel: Fax: 法国 France - Massy Tel: Fax: 德国 Germany - Ismaning Tel: Fax: 意大利 Italy - Milan Tel: Fax: 荷兰 Netherlands - Drunen Tel: Fax: 英国 England - Berkshire Tel: Fax: 加拿大多伦多 Toronto Mississauga, Ontario, Canada Tel: Fax: /08/05 DS00957A_CN 第 20 页 2005 Microchip Technology Inc.

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00872a.book 从 MCP2510 升级至 MCP2515 作者 : 介绍 Pat Richards Microchip Technology Inc. 开发 MCP2510 独立 CAN 控制器的初衷是赋予 CAN 系统和模块设计人员更多的灵活性, 允许他们为自己的应用选择最好的处理器使用 MCP2510 不会使设