基于PIC單片機的直流電機控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

摘要現(xiàn)在，人們對直流電機的要求正在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而變得越來越多元化。直流電機最為突出的特征是，為了避免產(chǎn)生因電磁干擾而影響電刷質(zhì)量的情況，它通過使用電子換向器，取代了以往傳統(tǒng)直流電機內(nèi)部的機械換向器。直流電機具備許多優(yōu)點：寬范圍的調(diào)速、高速度的轉(zhuǎn)矩、穩(wěn)定性強的工作性能、基本靜音的運行狀態(tài)等，有助于提升與革新有關(guān)的控制系統(tǒng)技術(shù)，具有十分重要的意義。直流電機控制系統(tǒng)由硬件、軟件兩方面構(gòu)成。本文在直流電機的設(shè)計上，核心芯片選擇的是由美國Microchip公司推出的PIC16F917單片機，通過利用霍爾傳感器的原理及功能，檢測電機轉(zhuǎn)子位置信息，并適當(dāng)結(jié)合PWM相關(guān)理論知識，準(zhǔn)確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。整體設(shè)計過程中的關(guān)鍵內(nèi)容為：設(shè)計并詳細介紹各子電路模塊的信息、分析功能、最后實現(xiàn)最初的設(shè)計要求。這一系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、實際資金利用率低、后續(xù)開發(fā)空間及可能性大等的優(yōu)勢，在開發(fā)人員開展二次研發(fā)的過程中提供了較好基礎(chǔ)。本文在系統(tǒng)檢測過程中選擇的是LabVIEW軟件，通過了解、熟悉電機旋轉(zhuǎn)時的電流、轉(zhuǎn)速等基本物理量，為整體調(diào)試工作提供簡便的條件，有助于保障系統(tǒng)控制算法功能的強化、調(diào)試操作的順利開展。在最后階段，通過結(jié)合并分析各項試驗結(jié)果，判定該設(shè)計方案是否可行。這一過程有利于整個系統(tǒng)全面性的實現(xiàn)、運行狀態(tài)的穩(wěn)定保持：獲取較為理想的結(jié)果。關(guān)鍵詞：PIC單片機；直流電機；控制系統(tǒng)第1章緒論1.1選題背景和意義1.1.1選題背景我國的經(jīng)濟與科技在21世紀(jì)已經(jīng)邁進了迅猛發(fā)展的時代，民眾的生活水平、工廠的生產(chǎn)技術(shù)正在不斷提升，直流電機逐漸收到廣大關(guān)注，其應(yīng)用范圍也越來越廣——航空航天領(lǐng)域、國防科技領(lǐng)域，甚至是家用電器內(nèi)部，直流電機都發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。除此之外，人們生活水平的提升也讓私人轎車、燃油機等機件陸續(xù)出現(xiàn)在群眾的視野里，并且取得了越來越廣泛的普及。電機控制系統(tǒng)能在國家乃至國際的經(jīng)濟發(fā)展中產(chǎn)生深遠影響，因而研發(fā)出高效的電機控制系統(tǒng)，不論是對我國，還是對世界，都具有十分重大的意義。在電動機總系統(tǒng)控制的最初發(fā)展階段，它只有直流電機控制、交流電機控制兩方面的構(gòu)成部分。電動機被看作是電機整體控制系統(tǒng)的重要核心；電機有直流和交流兩種形式，通過將兩者放在一起相比較可以得知，直流電動機的調(diào)速功能比交流電動機更為穩(wěn)定，其構(gòu)造相對比較簡單；但直流電動機也存在一定的不足：其換向器通過機械制造生產(chǎn)，使得其整體的可靠性不高、工作時易產(chǎn)生火花飛濺或者電磁干擾現(xiàn)象，這些都導(dǎo)致直流電機無法完全適應(yīng)一些具有特定要求的場合，在一定程度上，直流電機技術(shù)的進步因此而受到局限。1.1.2選題意義將單片機、DSP等微型處理器作為核心處理器的數(shù)字系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中伴隨著單片機技術(shù)的發(fā)展，逐漸替代了以往傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中的主導(dǎo)地位越來越明顯。在高端應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)進程中，作為微處理器的DSP擁有數(shù)據(jù)處理速度快、內(nèi)部資源豐富等多方面的優(yōu)勢，因而其應(yīng)用頻率相對較高，但同時其價格也會偏高。電子科技產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的速度很快，而緊跟產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐、生產(chǎn)控制系統(tǒng)的、專門的單片機就變得尤為重要。處理器若以單片機作為處理器，既有效節(jié)約生產(chǎn)成本，又讓電路PCB板的布線問題變得越發(fā)簡便。除上述之外，我國直流電機生產(chǎn)水平不斷提高的同時，不成熟的硬軟件技術(shù)成了我們國家電機控制領(lǐng)域技術(shù)進步路上的一大困難。因而加快腳步研發(fā)質(zhì)量優(yōu)秀、擁有自主生產(chǎn)專利的控制系統(tǒng)，不僅能為直流電機控制技術(shù)的發(fā)展提供理論借鑒，還具備必要的實際價值。1.2相關(guān)概念和原理1.2.1PIC單片機概述單片機技術(shù)正在持續(xù)發(fā)展，研發(fā)并生產(chǎn)大容量、低能耗、高速度的片內(nèi)存儲器IZAM與ROM、具備多功能的I/O端口等問題變得越發(fā)重要。PIC的硬件系統(tǒng)在整體上構(gòu)造簡單，相對來說，更易于學(xué)習(xí)掌握、更便于使用操作?，F(xiàn)階段的多數(shù)PIC單片機采用的結(jié)構(gòu)為哈佛結(jié)構(gòu)，即分離內(nèi)部數(shù)據(jù)與指令的同時采用互異寬度。該設(shè)計有助于流水功能（同時執(zhí)行前后兩條指令）的實現(xiàn)。目前，在應(yīng)用范圍較廣的單片機種類中，內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)的只有上述一種；而對于其它種類，這兩種總線均為公用。PIC單片機指令擁有“單字節(jié)化”的特征。因為數(shù)據(jù)、指令二者的總線寬度不同、互不相連，所以ROM與RAM兩者之間相互獨立、寬度不同。這樣布局的優(yōu)點在于：保障數(shù)據(jù)處于安全狀態(tài)的同時，有效提高工作速度，有助于所有指令的單字節(jié)實現(xiàn)。此處的“字節(jié)”指的是PIC單片機的指令字節(jié)，并不指傳統(tǒng)觀念里的8比特。除了上述優(yōu)點，PIC單片機還具有以下特點：指令集技術(shù)精簡、尋址方式簡便、尋址空間簡潔、代碼壓縮率高、工作速度快、功耗相對低、驅(qū)動性能強、程序保密性高等顯著特點。1.2.2直流電機工作原理永磁體在永磁式直流電機中是定子眾多重要組成部分之一，它主要負責(zé)推動電機產(chǎn)生氣隙磁場：通過機械換向器發(fā)揮作用，與電樞得電而產(chǎn)生的磁場保持垂直狀態(tài)，以此來達到最大的轉(zhuǎn)矩值，從而推動電機開始轉(zhuǎn)動。直流電機內(nèi)部的定子、轉(zhuǎn)子分別裝有電樞、永磁體，以達到不依靠電刷換相的效果，這一點與永磁機的機構(gòu)截然相反。但是，若想產(chǎn)生會變化的磁場，就需要通過交流電發(fā)揮作用為電機中的定子供電，這樣操作旨在使產(chǎn)生于工作中的轉(zhuǎn)子的磁場相互影響、相互作用，產(chǎn)生單向轉(zhuǎn)矩推動轉(zhuǎn)子正常運轉(zhuǎn)。直流電機處于正常工作狀態(tài)時，其內(nèi)部的定子繞組、轉(zhuǎn)子磁體，二者發(fā)出的磁場在空間上維持直角的電度角，并且不發(fā)生任何改變。1.2.3直流電機基本結(jié)構(gòu)圖1直流電機結(jié)構(gòu)圖（1）電機本體永磁體構(gòu)造的形式作為無電刷直流電動機的定子，與感應(yīng)電機的定子有許多相似之處。大部分無電刷電動機定子繞組均采用星型連接，其內(nèi)部的定子繞組內(nèi)連接著許多線圈。相關(guān)的定子繞組以圓形的形狀分布，以均勻的磁極呈現(xiàn)。電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子永磁體被成對地安裝固定在轉(zhuǎn)子上，依據(jù)其安裝不同的方式，主要有凸極式和內(nèi)嵌式兩種。其中，凸極式是將瓦塊形狀的永磁體通過緊貼的方式安裝在轉(zhuǎn)子外部；而內(nèi)嵌式的安裝方式則是把條狀永磁體嵌進轉(zhuǎn)子鐵芯，具體如下圖2所示。圖2轉(zhuǎn)子磁體結(jié)構(gòu)圖（2）霍爾傳感器電機以電子的方式控制換相。需要根據(jù)規(guī)定的順序讓電機定子得電、再推動電機正常運轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子位置信息可清晰呈現(xiàn)得電的繞組。轉(zhuǎn)子位置檢測裝置的主要組成部分是霍爾傳感器，而霍爾傳感器由兩方面構(gòu)成：一是磁極數(shù)及其極性。內(nèi)部的轉(zhuǎn)子都由同一類型的磁鋼組成，它們與轉(zhuǎn)子以同軸的方式連接而成；二是被緊固在定子上的霍爾傳感器。三相電機作為目前應(yīng)用最廣泛的主流電動機，安裝、固定于其內(nèi)部的3個轉(zhuǎn)子位置傳感器，分別對應(yīng)電機的各相。只要轉(zhuǎn)子的N極、S極一通過霍爾傳感器，對應(yīng)的3個轉(zhuǎn)子位置傳感器即發(fā)出電平信號。在信號發(fā)出之后，根據(jù)上述3個霍爾傳感器傳遞出來的信息，換向具體順序便能及其容易地得知。霍爾傳感器的輸出特性曲線如下圖3所示。圖3霍爾傳感器輸出圖（3）電子開關(guān)電子開關(guān)的兩個主要構(gòu)成部分為功率邏輯開關(guān)、傳感器信號處理。直流電機定子上的各個繞組，其帶電次序及帶電時間等，都直接受到電子開關(guān)的控制。功率開關(guān)具有將電機電源發(fā)出的功率按相應(yīng)形式分配到電動機定子上各繞組的重要作用，既是電機的轉(zhuǎn)矩來源，也是電機的控制核心環(huán)節(jié)。信號處理模塊完成位置信息的處理之后，再對功率邏輯開關(guān)模塊實施控制。第2章系統(tǒng)設(shè)計2.1研究設(shè)計的主要任務(wù)本文主要進行研究的是設(shè)計直流電機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。在調(diào)速基礎(chǔ)上還能對部件進行保護。該直流電機控制系統(tǒng)采用的芯片是PIC16F917單片機，此芯片在對系統(tǒng)的控制上起主導(dǎo)作用。本次設(shè)計以理論為主。研究設(shè)計過程內(nèi)容如下：通過對直流電機工作方式的研究，分析其構(gòu)造和工作原理。簡要介紹直流電機內(nèi)部構(gòu)造。，并對本次使用的PIC單片機進行說明，基于其特性進行分析。（2）理論與實踐相結(jié)合，通過對書本上知識和實際工作要求的結(jié)合完成了硬件部分的設(shè)計，主要包括直流電機的電路。說明各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計思路和作用。（3）在軟件的而設(shè)計上，將其模塊化，單獨進行編程。軟件內(nèi)容除主要程序外還包括定時中斷服務(wù)等子程序。（4）使電動機正常工作，測試控制系統(tǒng)的工作情況，記錄各個參數(shù)，對工作過程進行分析反饋。2.2總體設(shè)計方案轉(zhuǎn)子的位置是直流電機控制系統(tǒng)對一系列相關(guān)信息進行檢測得知的，與此同時還能利用轉(zhuǎn)把對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。PIC單片機在此過程中起核心的控制作用，它控制場效應(yīng)管是否開啟，決定電機能否正常工作。霍爾傳感器將工作信息反饋給單片機，這部分信息被單片機處理后向下傳遞到場效應(yīng)管中。場效應(yīng)管的主要作用是對逆變電路進行控制。這個過程實現(xiàn)了整個電機的正常運行。PWM占空比的形成由轉(zhuǎn)把電平通過A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)，轉(zhuǎn)把電平定時收集信息。該過程與MC33035的設(shè)置轉(zhuǎn)把電平與PWM占空比的關(guān)系類似（MC33035是專門用于電機的控制芯片）。硬件電路以PICI6F9I7單片機為核心控制，將包括電源電路，逆變電路等在內(nèi)的電路組合到一起。電源電路是供電裝置，為系統(tǒng)正常工作提供電源，核心控制芯片和各電路都經(jīng)過電源電路供電；核心控制芯片直接控制逆變電路通斷，該指令通過驅(qū)動電路執(zhí)行，同時對電路通斷時間的改變可以改變直流電動機轉(zhuǎn)速；保護電路對系統(tǒng)的保護包括電壓和電流兩個方面；轉(zhuǎn)把信號輸入電路同樣起到對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)作用；核心控制芯片控制電機換相，這一過程需要轉(zhuǎn)子位置檢測電路提供準(zhǔn)確的位置信息，同時這個電路還可以提取速度。直流電機控制系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造如下圖。圖4直流電機控制系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖2.3軟件設(shè)計思路系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化編程方法，軟件主要為控制電機繞組的導(dǎo)通順序提供服務(wù)，軟件設(shè)計根本上是實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換的過程，霍爾傳感器發(fā)出的信號無法直接被控制系統(tǒng)使用于是通過系統(tǒng)軟件處理過后重新輸出信號。例如電機的轉(zhuǎn)速與電壓電源和電流有關(guān)，都通過PWM控制。軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如下：圖5主程序流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化編程方法，在編程過程中按照流程圖的方式將各結(jié)構(gòu)列出來，包含主程序及以下的子程序，在設(shè)計流程的同時就將各結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系確定，輸入指令和輸出指令同時設(shè)計好，避免一句句進行。系統(tǒng)軟件按照模塊計算出指令。系統(tǒng)指令包含多個程序，主程序下有多個子程序，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用模塊化的編程方法能將復(fù)雜的程序分開來，在計算時減少錯誤，并在出現(xiàn)錯誤時易于排查，不會因繁雜的工作量耽誤工作進度。2.4PWM調(diào)制方式三相6種特性的直流電機的工作特是兩相之間兩兩連通，每個周期功率開關(guān)和開關(guān)器件相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換角分別為120°和60°。PWM的調(diào)試方式有以下五種：on_pwn，pwm_on，H_pwm-L_on，H_on-L_pwm，H_pwm-L_pwm。（1）on_pwn：在120°導(dǎo)通區(qū)域中，前面60°不斷開永久導(dǎo)通，后面60°通過PWM調(diào)節(jié)。（2）pwm-on：在120°導(dǎo)通區(qū)域中，前面60°通過PWM調(diào)節(jié)，后面60°不斷開永久導(dǎo)通。（3）H_pwm-L_on：在120°導(dǎo)通區(qū)域中，上橋臂通過PWM調(diào)節(jié)，下橋臂不斷開永久導(dǎo)通。（4）H_on-L_pwm：在120°導(dǎo)通區(qū)域中，上橋臂不斷開永久導(dǎo)通，下橋臂通過PWM調(diào)節(jié)。（5）H_pwm-L_pwm：在120°導(dǎo)通區(qū)域中，上下橋臂都是通過PWM調(diào)節(jié)。上面幾種都為半橋調(diào)節(jié)方式，(1)、(2)和(3)、(4)的區(qū)別在于效應(yīng)管的數(shù)量，前兩者雙管，后兩者單管調(diào)節(jié)。方式(5)與前面幾種有所不同，為全橋調(diào)制方式。這種方法的動態(tài)功率損耗是兩倍半橋調(diào)節(jié)方式的量，由于損耗高影響了系統(tǒng)的工作效率，有效功率降低，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量無法及時散出。單管調(diào)節(jié)也存在散熱問題，因此半橋調(diào)節(jié)方式的單管調(diào)制不適用，所以使用H_pwm-L_on進行調(diào)制。第3章系統(tǒng)實現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1.1功率電路設(shè)計功率電路對電流進行轉(zhuǎn)換，將交流電轉(zhuǎn)為直流電的同時將220V轉(zhuǎn)換為310V，直流電壓作為前級直流直接輸入逆變單元直流母線電壓，對直流電機控制系統(tǒng)起到非常重要的作用。電機保持工作狀態(tài)得益于電壓，控制器發(fā)出指令，使逆變單元進行電壓的轉(zhuǎn)變，將直流母線電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，電機繞組受到電壓的作用保持工作狀態(tài)。逆變單元的電流通過驅(qū)動電路傳遞，驅(qū)動電路和控制電路的電壓都由電源提供。整流電路結(jié)構(gòu)如下圖，電阻類元件中包括壓敏電阻RV1，軟起動電阻R3，其中壓敏電阻可以在電壓過大時保護電路，軟起動電阻也起到保護電路的作用，隨著電容瞬間充電，大電容產(chǎn)生電流過大，很容易對整流橋產(chǎn)生破壞。CX1是高壓薄膜電容，交流電中會產(chǎn)生差模干擾影響穩(wěn)定性，要靠它去除。當(dāng)電路接通，K1B斷開R3工作，限流，電容充電結(jié)束后，K1B閉合電路導(dǎo)通使R3被短路，不工作失去限流作用。圖6整流電路圖系統(tǒng)主電路由直流電源供電，逆變橋是重要組成部分。直流電機正常工作需經(jīng)過逆變橋變換后將電壓輸出到電機上。三相橋式逆變器由六個MOSFET管IGBT組成。在這個電機系統(tǒng)中的逆變電路中含有6個型號為75NF75的MOSFET管，其中6個MOSFET管隨意兩兩導(dǎo)通進行工作如圖6所示。圖7逆變主電路圖3.1.2驅(qū)動器模塊設(shè)計一般的I/O端口，都會輸出相對較低的電壓電流，PIC16F917單片機的工作電壓是+5V，這個電壓對于MOSFET管的導(dǎo)通電壓來說，還是有些太低了，因此就需要把它與單片機的一些特征相互結(jié)合起來，將驅(qū)動電路的上下橋臂進行相應(yīng)的設(shè)計，而所對應(yīng)的分立器件就形成了本設(shè)計的驅(qū)動電路。由圖7以及圖8可見。圖8驅(qū)動器上橋臂圖9驅(qū)動器下橋臂根據(jù)A相的上下驅(qū)動，對驅(qū)動器的工作原理進行以下分析：（1）Q1導(dǎo)通帶動Q4導(dǎo)通，電容G26上的電壓經(jīng)過Q4、D4、R26加到圖13中Q20的柵極使Q20導(dǎo)通，Q20的源極電壓升高至24V，使得Q20柵極電壓始終高于24V電容也稱為自舉電容。（2）為Q20的柵極提供放電回路，這個時候因為另一相的下橋?qū)?，電動機繞組以及此下橋就可以對G26展開一定程度的充能，這也有利于為下一周期的工作做準(zhǔn)備。（3）驅(qū)動器通過R27給圖4.3中Q21的柵極充電，（4）為Q21的柵極提供放電回路，（5）當(dāng)UTOP和UN同時為高電平時，若為相反狀況，即當(dāng)UTOP和UN同時為低電平時，而當(dāng)處于具體的運用中時，為了防止出現(xiàn)上下管在同一時間開通的狀況，就需要對UTOP以及UN之間的邏輯關(guān)系進行處理，一般就需要邏輯電路來對其進行擔(dān)保。3.1.3信號預(yù)處理設(shè)計驅(qū)動控制信號由以下兩部分組成，包括邏輯開關(guān)信號以及PWM信號。U+、V+、W+之間通過相互配合，就可以為上橋臂提供相應(yīng)的邏輯開關(guān)信號，而如果想要達到共同控制其對應(yīng)的上橋臂的目的，那么還需要將這3個控制信號與PMW信號相組合。而U-、U-、W-則是為下橋臂提供了相應(yīng)的邏輯開關(guān)信號，其用途主要就是為了對下橋臂進行直接的操控。在這個設(shè)計中，當(dāng)驅(qū)動控制信號被4個邏輯開關(guān)進行處理之后，所產(chǎn)生的信號就會被驅(qū)動器的上下橋臂接收，此時就會產(chǎn)生同步續(xù)流的作用。單片機可以產(chǎn)生相對應(yīng)的占空比信號，這之后再通過R11、R42兩個電阻以及C35電容的截波后進行輸出，它的相位不會發(fā)生改變，在與上橋臂的邏輯開關(guān)信號相會之后，而另外一路則與之不同，先通過R40電阻以及C36電容，其相移量大概是75ns，最后，當(dāng)信號被處理之后，就可以驅(qū)動下橋功率管。如圖9所示。圖10邏輯處理后PWM波形圖3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計3.2.1系統(tǒng)初始化在此次設(shè)計中，被使用的單片機中有很多種寄存器，這也就是說，必須要把其中的每一個寄存器進行一次準(zhǔn)確可靠的設(shè)置，才能夠確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作。而在系統(tǒng)初始化方面，在關(guān)于它的代碼部分，其中的設(shè)計也使用到了模塊化的思想，這之中包含了許多方面的內(nèi)容，其中不僅包括變量的初始化，還有通用I/O口的初始化，還包括了PWM端口工作方式的初始化，以及A/D功能接口的初始化等。在這些內(nèi)容中，相對較為復(fù)雜的則是以下兩種，包括PWM端口工作方式的初始化及A/D功能接口的初始化代碼，而這些在系統(tǒng)的穩(wěn)定工作方面也產(chǎn)生了重大作用。多路PWM輸出功能主要是由多個通道的計數(shù)器構(gòu)成，因此，如果想要想要使用多路PWM輸出功能，那么首先需要做的事情就是確保計時器的計數(shù)功能可以正常使用，而這個設(shè)置一般都是通過PER2來完成的。在單片機的內(nèi)部，分頻時鐘一共可以分為4路，而且它們之間是相互獨立的，如果想要設(shè)置分頻系數(shù)，就可以利用TPSO寄存器來完成，然后就可以生成4路時鐘輸出，達到運用于不同計時器對于時鐘的需求。輸出過程如圖10所示。圖11多路PWM輸出操作流程圖此次設(shè)計使用了兩個A/D端口，主要用于電動機相繞組電流的檢測，如果想要使用單片機自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能，那么首先應(yīng)該可以讓A/D中斷。A/D通道的工作模式并不固定，可以設(shè)置為以下兩種，除了選擇模式外還有掃描模式。如果使用選擇模式進行工作，那么每次就只能選擇一路A/D通道，而如果此時需要收集多路A/D通道的數(shù)據(jù)的話，選擇這種模式進行工作就顯得尤其麻煩，影響效率。這時選擇掃描模式進行工作就顯得極為便利，因為在這種模式下可以同時選擇多路A/D通道進行一次循環(huán)工作。在關(guān)于工作模式的選擇以及A/D轉(zhuǎn)換的時間設(shè)定方面，都是采取了由ADM寄存器直接控制的方式，而在這次的設(shè)計中，采用的是掃描模式進行相關(guān)工作，A/D的轉(zhuǎn)換時間則設(shè)置為5.2us。通常情況下，如果想要使用A/D功能，則需要利用ADCE寄存器來使用A/D電壓比較器的功能。3.2.2子程序模塊（1）A/D模塊轉(zhuǎn)換器模塊轉(zhuǎn)換器位于PIC16F917單片機的內(nèi)部，它可以通過一個十位的二進制數(shù)來對其模擬輸入信號進行描述。采集保持電路擁有8路模擬輸入，這也是它的一大特點。需要將A/D轉(zhuǎn)換器的輸入與采樣保持電路的輸出之間保持相互連接的狀態(tài)，同時需要采取逐次逼近的方式，這樣就可以達到產(chǎn)生二進制結(jié)果，而且還可以存放一個10位寄存器。在此次設(shè)計中，進行A/D轉(zhuǎn)換的參考量由以下幾方面共同組成，包括電源電壓值、手柄電壓、過流采樣電壓，其實A/D轉(zhuǎn)換的子程序主要如下圖11所示。圖12A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖脈寬調(diào)制由下圖12可見，這是一個PWM輸出過程，它主要是由一個時基(周期)以及一段輸出保持為高電平的時間組成的。圖13PWM輸出通常情況下，對于PWM的頻率的要求都是需要其維持在15KHz以上，這樣做的目的就是為了維持電流，使其不發(fā)生中斷現(xiàn)象，因為如果電機處于空載或者輕載狀態(tài)，電流很容易就會被中斷。當(dāng)然，也不是頻率越高越好，如果PWM頻率太大，也會導(dǎo)致MOSFET管功率損耗提高，這就會使得溫度上升，然后還會引起MOSFET管被燒毀。與之相反的是，當(dāng)PWM過低時，又會產(chǎn)生其他問題，此時，它無法讓空載或者輕載的電動機依然具有持續(xù)的電流，因此，它的頻率不能太低，必須保持其頻率高于15KHz，但是又不可過高，否則又會使得MOSFET管功率消耗升高，這樣會導(dǎo)致溫度升高，甚至可能更嚴重，就會導(dǎo)致MOSFET發(fā)生損毀。如果想要指定PWM周期，也可以采取寫PR2寄存器這種方式來完成?？梢允褂靡粋€10位脈寬寄存器對PWM信號的脈沖寬度預(yù)定值進行相應(yīng)的設(shè)置。單片機中斷保存外部中斷INT、TMRO、TMR1、TMR2溢出中斷、A/D中斷以及CCP中斷這幾個部分，組成了本設(shè)計所使用的單片機中斷部分。在發(fā)生中斷的時候，通常情況下只有返回的PC值壓入堆棧。就以關(guān)鍵寄存器的保存來說，方式較為單一，一般均為軟件保存為主。PIC16F917中的所有儲存區(qū)都存有臨時寄存器W_TEMP和狀態(tài)寄存器STATUS_TEMP，這有利于實施現(xiàn)成的保護以及恢復(fù)，這主要是由于所有的儲存區(qū)中低16個字節(jié)之間都是可以相互使用的，并不需要進行區(qū)分。通常而言，對于寄存器PCLATH來說，單片機是不需要進行保存的，但是，如果是在中斷服務(wù)程序和主函數(shù)中使用相對跳轉(zhuǎn)的時候，那就不得不在中斷服務(wù)之中進行保存和恢復(fù)PCLATH。3.2.3軟件濾波抗干擾在關(guān)于抗干擾方面，一般都是使用軟件濾波算法，這種方法主要是通過對數(shù)字的使用來對信號源的數(shù)據(jù)進行分析，從而獲得正確的選擇，而基本的軟件濾波算法的種類相對較多，包括以下幾種，如限幅濾波法、中值濾波法、算術(shù)平均濾波法、消抖濾波法等。因為有些偶然或者隨機的原因都可能會對結(jié)果造成干擾，而這些算法則可以起到預(yù)防的作用，對那些周期性的干擾也具有良好的抑制作用。軟件濾波算法使得修改調(diào)整都顯得十分便利，只要按照信號源的特點，就可以調(diào)整濾波方法，比較有針對性。同時，這些方法不僅可以單獨使用，還可以把這幾種基本的濾波方法相結(jié)合之后，再進行使用。在此次設(shè)計中，許多因素都會對電機目前的運轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生影響，而對其造成影響的主要信號則包括以下兩種，電流采樣信號及其速度指令信號，而且這兩者都使用了數(shù)字濾波的方式對其進行了處理，所使用的方法則是將限制濾波與消抖濾波相結(jié)合。在這次設(shè)計中，對于信號源所對應(yīng)的信號范圍已經(jīng)了解的清楚透徹了，那么如果想要對信號源數(shù)據(jù)進行限制處理，就只需要按照已知的信號范圍處理即可，而如果想要把那些由異常數(shù)據(jù)帶來的干擾進行消除，就只需要把那些處于信號源有效范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)挑選出來，然后進行后期的運算以及處理即可；當(dāng)然，即使是屬于有效數(shù)據(jù)的信號，也要求對其進行多次采樣，這樣就可以確保避免偶然信號造成的干擾。第4章系統(tǒng)測試4.1功率電路測試對于功率電路來說，功率板在整個電路中有著舉足輕重的地位，一個完整的電路不僅要靠它完成電路的運行，而且還需要它提供所需的電能。為了達到這次測試的目的，并保證這次測試的可進行性，需要對功率電路的電路板測試。眾所周知功率電路的功率板是分塊的，每個板塊共同組成了這個功率板，所以要進行測試首先要對每一個板塊進行測試，只有每個板塊都完好，都可以正常運行，才能確保功率板正常工作。（1）對于開關(guān)電路：檢查功率板時，首先要檢查開關(guān)電路，開關(guān)電路是由開關(guān)電源等主干路組成，從電源出發(fā)，分兩路輸出電壓，兩路電壓各不相同。在這個過程中要求電源電壓可以在正負百分之五以內(nèi)波動，保證有持續(xù)穩(wěn)定的電壓輸出。對電源進行測試時，按照規(guī)定，通道一的輸出電壓平均值為十五伏，最高不超過十五點六伏；而通道二的平均輸出電壓為七伏，最高電圧不超七點三伏，這樣就可以將輸出電壓控制在一定范圍內(nèi)，并內(nèi)按照規(guī)定進行對開關(guān)電路的檢測。（2）對于隔離電路：將電路板連接好，兩個光藕有它們自己各自的作用，分別接管輸出信號和控制信號。還有隔離電壓，這種電壓必須確保隔離信號在隔離前后不能失真。除此之外，單片機的輸出電壓需要通過調(diào)控整個單片機的控制程序來實現(xiàn)對單片機的固定。4.2控制電路測試上面講了對功率板的測試，那再來看一下對控制電路的測試程序。首先，需要了解PWM信號輸出時的邏輯，這需要人工手動將電機搖起，這樣就可以通過量出輸出信號和控制信號之間的距離來對控制電路進行測試。得出測試結(jié)果后需要和理論結(jié)果進行對比，如果兩個結(jié)果相同，則不言而喻控制信號是正確的；反之，則不正確。如果不正確，就應(yīng)該重新進行測試，具體步驟是應(yīng)該根據(jù)對IPM的錯誤信息進行更改的，使發(fā)生錯誤時單片機可以在短時間內(nèi)處理，關(guān)閉PWM，使電阻增大，防止錯誤通道開啟，影響結(jié)果，而且還保護了儀器不受損壞。最后應(yīng)該讓單片機的故障輸出管和模擬故障輸出管的信號相接，這樣就可以在錯誤信號發(fā)出時對信號進行處理，若果處理不了就馬上結(jié)束進程，以免發(fā)生不可挽回的錯誤。4.3整體功能測試處理完上述對功率板的測試和對控制電路測試兩個步驟之后，