畢業(yè)論文基于psoc單片機的電動自行車控制器的設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）報告</p><p>　　題 目 基于PSoC單片機的電動自行車控制器的設(shè)計</p><p>　　系 別 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 </p>&l

2、t;p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　基于PSoC單片機的電動自行車控制器的設(shè)計</p><p>　　摘要：本文從無刷直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，詳細闡述了無刷直流電機在導(dǎo)

3、通、續(xù)流和換相三種不同狀態(tài)下的電壓方程以及無刷直流電機的轉(zhuǎn)矩特性與其動態(tài)數(shù)學模型，建立了無刷直流電機的傳遞函數(shù)。 </p><p>　　本文在分析無刷直流電機電流和速度調(diào)節(jié)原理的基礎(chǔ)上，提出了電流和速度控制方案，引入了經(jīng)典控制理論中的PID控制。針對模擬控制系統(tǒng)理論進行了數(shù)字化的轉(zhuǎn)換，完成了系統(tǒng)軟件的設(shè)計，完善了控制系統(tǒng)PID。分別在PWM中斷和1KHZ中斷實現(xiàn)了電流環(huán)和速度環(huán)，同時完成了兩個環(huán)路的傳遞。根據(jù)功能

4、需求，完善了程序?qū)崿F(xiàn)的功能。</p><p>　　最后,對控制器的性能和各項功能進行了嚴格的測試，給出了測試的圖形、數(shù)據(jù)和結(jié)果，測試表明，該控制器可靠性好，成本低，符合產(chǎn)品的開發(fā)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無刷直流電機，可編程片上系統(tǒng)，控制器，模擬控制</p><p>　　Design of electric bicycle controller based

5、 on the programmable chip system PSoC</p><p>　　Abstract：This paper brushless dc motor from the structure and the working principle, a detailed explanation of brushless dc motor in the conduction, free-wheeli

6、ng and commutation three different state equation and the voltage of brushless dc motor of the torque characteristics and its dynamic mathematical model to establish of brushless dc motor transfer function.</p>&l

7、t;p>　　Based on the analysis of brushless dc motor current and speed adjustment principle was put forward on the basis of current and speed control scheme, introduced the theory of classical control PID control. Accord

8、ing to the simulation control system theory to the digital conversion, completed the design of the system software, perfect the PID control system. PWM interrupt and respectively in 1 KHZ interrupt realized the current l

9、oop and speed loop, finish at the same time two loop transfer. Accord</p><p>　　Finally, the performance of the controller and various functions of the strict test, the test are the graphics, data and results

10、, test show that the controller good reliability, low cost, in line with the development of the product requirements</p><p>　　Key Words：Brushless dc motor，Programmable chip system，Controller, simulation cont

11、rol</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章 電動自行車的簡介2</p><p>　　1.1電動自行車的構(gòu)成2</p><p>　　1.2電動自行車控制器的研究現(xiàn)狀及難點3</p>

12、<p>　　第2章 電動自行車控制器的系統(tǒng)分析與設(shè)計5</p><p>　　2.1無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理5</p><p>　　2.1.1基本結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.1.2工作原理6</p><p>　　2.2電動自行車控制器的功能7</p><p>　　第3章 智能控制器硬

13、件方案設(shè)計10</p><p>　　3.1硬件系統(tǒng)框圖10</p><p>　　3.2電源電路10</p><p>　　3.3剎車輸入電路11</p><p>　　3.4霍爾位置檢測電路11</p><p>　　3.5三相橋式逆變電路12</p><p>　　3.6觸發(fā)電路12&l

14、t;/p><p>　　3.7電源欠壓保護電路13</p><p>　　3.8助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)14</p><p>　　3.9系統(tǒng)控制PID內(nèi)容14</p><p>　　3.9.1 PID控制介紹15</p><p>　　3.9.2 數(shù)字PID控制算法15</p><p>　　第4章 電動自行

15、車控制器軟件設(shè)計17</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計17</p><p>　　4.1.1主程序設(shè)計17</p><p>　　4.1.2中斷服務(wù)程序設(shè)計17</p><p>　　4.2功能模塊程序設(shè)計20</p><p>　　4.2.1驅(qū)動換相模塊20</p><p>　　

16、4.2.2柔性電子剎車 (EABS) 模塊20</p><p>　　4.2.3巡航模塊21</p><p>　　4.3電機控制程序設(shè)計22</p><p>　　4.3.1速度調(diào)節(jié)程序22</p><p>　　4.4軟件抗干擾設(shè)計22</p><p>　　4.4.1 L輸出輸入量的軟件抗干擾23</p&

17、gt;<p>　　4.4.2程序執(zhí)行時的軟件抗干擾23</p><p><b>　　第5章 結(jié)語25</b></p><p><b>　　附錄26</b></p><p><b>　　附錄126</b></p><p><b>　　附錄232&

18、lt;/b></p><p><b>　　謝辭33</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　PSOC芯片控制無刷直流電動機用于電動自行車，既可以完成一系列個性化定制，又可以減小產(chǎn)品的體積和

19、成本、降低系統(tǒng)設(shè)計周期。</p><p>　　PSOC由基本的CPU內(nèi)核和預(yù)設(shè)外圍部件組成，就是在一個專有MCU內(nèi)核周圍集成PSOC塊，利用芯片內(nèi)部可編程互列陣列，可以有效地配置芯片上的模擬和數(shù)字電路資源，達到可編程片上系統(tǒng)的目的。</p><p>　　無刷直流電動機智能控制器基于PSOC片上系統(tǒng)。改進以前傳統(tǒng)微處理器，具有更多的功能，保密性更強。隨著現(xiàn)代社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入人心，環(huán)境

20、和能源問題越來越引起人們的重視。由于燃油車輛產(chǎn)生大量的廢氣和噪聲污染，因而被零污染、高效率和寧靜的新型電動車代替已成為一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。與燃油機相比，電動車具有節(jié)能、可均衡電網(wǎng)高峰與低谷期的負荷以及可消除空氣污染和降低城市噪音，且能源廣泛(可來自火力、煤炭、石油、天然氣、水力、風力、地熱、潮汐、原子能發(fā)電)等眾多優(yōu)點，電動車的研究已成為世界各國的研究熱點之一。</p><p>　　以前電動自行車的主要問題是電源

21、問題，那時的電動自行車使用的電源是汽車用的鉛酸蓄電池，維護非常麻煩，除了要及時充電外，還要經(jīng)常換蒸餾水，而且電池體積重量都很大。到了最近，電源問題得到較好的解決，于是電動自行車就得到了迅速的發(fā)展。加上各國政府對環(huán)境的重視和相應(yīng)法規(guī)的出臺，也使得電動車的開發(fā)更具有迫切性和商業(yè)前景。</p><p>　　第1章 電動自行車的簡介</p><p>　　1.1電動自行車的構(gòu)成</p>

22、<p>　　電動自行車主要由四個部分組成：車架、電源(蓄電池)、電機和控制器。</p><p>　　1.電源 (蓄電池)</p><p>　　電源為電動自行車動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)提供能量。蓄電池的電能容量、伏安特性、壽命等質(zhì)量因素對整個動力系統(tǒng)有非常大的影響力。目前電動自行車用蓄電池基本是經(jīng)濟實惠的鉛酸電池。大多數(shù)電動自行車采用48V12AH、36V12AH鉛酸電池，24V12A

23、H的電池由于續(xù)行里程較短，選擇得比較少。環(huán)保效能更好的鎳氫電池和鋰電池則因為成本較高，導(dǎo)致售價偏高。如果其成本有所下降，進而降低售價，那么以配載鋰電池與鎳氫電池為主的電動自行車將會大面積普及。燃氫電池、納米碳管蓄能高、壽命長、性能優(yōu)良但成本高昂，隨著科技的發(fā)展，它們將是未來電動自行車動力源的發(fā)展方向。</p><p><b>　　2.電機</b></p><p>　　

24、電氣技術(shù)發(fā)展到今天，各種電機的生產(chǎn)控制技術(shù)已經(jīng)相當成熟，電動自行車電機有多種可以選擇，但普遍選擇的還是有刷直流電動機和無刷直流電動機(BLDCM)。采用這兩種電機的原因在于它們的控制方法簡單，整車成本相對低廉，控制性能可以滿足自行車要求。無刷直流電動機控制稍復(fù)雜，但因沒有電刷，所以在壽命、安全方面優(yōu)于有刷直流電機。電動自行車電機的驅(qū)動方式有：輪轂式驅(qū)動、中置式驅(qū)動和懸掛式驅(qū)動。市場上電動自行車以輪轂驅(qū)動為主，而輪轂驅(qū)動又以后輪驅(qū)動為好，

25、前輪驅(qū)動性能相對較差。絕大多數(shù)電動自行車采用的是直流輪轂電機，它們?yōu)橥廪D(zhuǎn)子式，這樣定子可以固定在軸承上，非常適用于電動車的驅(qū)動。</p><p><b>　　3．控制器</b></p><p>　　控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下幾個功能：</p><p>　　(1) 對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號、P

26、WM調(diào)制信號、剎車信號等進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各開關(guān)管的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)和停車控制。</p><p>　　(2) 產(chǎn)生PWM調(diào)制信號，使電機的電樞電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調(diào)速。</p><p>　　(3) 對電機進行速度閉環(huán)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能。</p><p>　　(4) 實現(xiàn)短路、過流、欠電壓等

27、故障保護功能。</p><p>　　圖1-1為電動自行車控制系統(tǒng)圖，圖1-2為電機控制器的詳細框圖，電動機主要包括電源電路、控制電路、功率驅(qū)動電路以及檢測反饋電路。電源電路將蓄電池的提供電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)換，為控制電路和功率驅(qū)動電路提供工作電壓；控制電路接受外部信號，控制電機運行，同時實現(xiàn)控制算法；功率驅(qū)動電路將控制電路輸出的控制信號進行功率放大，驅(qū)動電機運行；檢測反饋電路采集電機運行的各種參數(shù)，供控制電路使用。<

28、/p><p>　　圖1-1：電動自行車控制系統(tǒng)圖</p><p>　　圖1-2：控制器框圖</p><p>　　1.2電動自行車控制器的研究現(xiàn)狀及難點</p><p>　　電動自行車控制器的主要形式有：分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)、基于專用集成電路的控制系統(tǒng)、以微型計算機技術(shù)為核心的數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制統(tǒng)。模擬控制系統(tǒng)由于模擬

29、電路中不可避免的存在參數(shù)漂移和參數(shù)不一致等問題，加上線路復(fù)雜、調(diào)試不便等因素，使電機的可靠性和性能受到影響，在電動自行車控制器中已經(jīng)不采用了。當前，電動自行車控制器設(shè)計有待深入研究的主要問題包括：</p><p>　　(1) 轉(zhuǎn)矩脈動問題</p><p>　　隨著電動自行車的深入使用，人們對電動自行車的爬坡能力(即輸出力矩)、啟動噪聲、騎行抖動等性能指標提出了更離要求。這些指標與無刷直流電

30、動機的轉(zhuǎn)矩脈動有直接關(guān)系，且無刷直流電動機與其他電動機相比，本身具有更大的轉(zhuǎn)矩脈動。針對這一問題，人們從電動機本體和電動機控制系統(tǒng)兩方面出發(fā)提出了多種轉(zhuǎn)矩脈動控制方法。隨著電動機設(shè)計技術(shù)和電動機控制技術(shù)的不斷發(fā)展，這方面的研究還會不斷深入的進行下去。</p><p><b>　　(2) 調(diào)速方法</b></p><p>　　現(xiàn)在常用的控制方法是速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)均采用

31、PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速方法，因為其算法簡單和可靠性高，尤其適用于可以建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但由于電動自行車騎行路況的復(fù)雜性，不同的路況對電機電流和速度的調(diào)節(jié)有不同的要求，且需要控制器在各種參數(shù)不同的電機都能可靠運行，因此傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器還不能完全滿足其控制要求。如何在這些情況下進行速度調(diào)節(jié)就要求研究和設(shè)計人員投入更多的精力。</p><p><b>　　(3) 控制器設(shè)

32、計</b></p><p>　　出于成本考慮，無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計普遍采用單片機的數(shù)字控制。以MCU為核心的控制系統(tǒng)并不是一個純硬件的控制電路，它還必須配合軟件系統(tǒng)才能控制無刷直流電動機正常工作。這也為控制系統(tǒng)的設(shè)計帶來更大的靈活性。軟件設(shè)計就必然涉及到控制算法的研究和應(yīng)用。因此，研究先進的控制算法就成為設(shè)計無刷直流電動機控制系統(tǒng)的一個重要方面。而由于單片機本身資源的有限，在DSP上能實現(xiàn)的復(fù)雜

33、控制算法要在單片機上實現(xiàn)，還要進行精簡。所以研究已經(jīng)較成熟的復(fù)雜控制算法在單片機上的應(yīng)用也是一個重要的方面。</p><p><b>　　(4) 電磁干擾</b></p><p>　　電磁兼容在應(yīng)用電子線路中已日益受到人們的重視。無刷直流電動機是一種電子電機，同樣有抗干擾和防止對外界干擾的要求。無刷直流電動機控制器是強、弱電共存的電路，對于采用PWM高頻調(diào)制脈沖的控制

34、器，高的調(diào)制頻率很容易對控制器其他線路產(chǎn)生干擾，因此必須認真處理其間的電磁干擾和電磁兼容問題。目前，對無刷直流電動機的電磁干擾問題進行研究，已越來越受到重視。</p><p>　　第2章 電動自行車控制器的系統(tǒng)分析與設(shè)計</p><p>　　2.1無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p><b>　　2.1.1基本結(jié)構(gòu)</b><

35、/p><p>　　無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)原理如圖2-l所示。</p><p>　　圖2-1：無刷直流電動機結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　它主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。電動機本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動機相似，但是沒有籠型繞組和其他啟動裝置。其定子繞組一般制成多相(三相、四相、五相不等)，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對數(shù)(2P=2，4)組成。圖2-1

36、中的電動機本體為三相兩極，三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中對應(yīng)的功率開關(guān)器件聯(lián)結(jié)，A相、B相、C相繞組分別與功率開關(guān)管Vl、V2、V3連接，位置傳感器VPl、VP2、VP3跟蹤轉(zhuǎn)子與電機轉(zhuǎn)軸相聯(lián)結(jié)，用來檢測電動機轉(zhuǎn)子的位置，其輸出端與電子開關(guān)線路中對應(yīng)的功率開關(guān)器件連接。</p><p>　　當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場互相作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼

37、位置變換成電信號，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，</p><p>　　因而起到了機械換向器的換向作用。因此，所謂無刷直流電動機，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認為是一臺由電子開關(guān)線路、永磁同步電動機以及位置傳感器三者組成的電動機系統(tǒng)。其基本原理框圖如圖2-2所示。</p><p>　　

38、圖2-2：基本原理框圖</p><p>　　無刷直流電機的開關(guān)線路是用來控制電機定子上各相繞組通電的順序和時間，主要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩個部分組成。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給無刷直流電機定子上各繞組，以便使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而各相繞組導(dǎo)通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。</p><p><b

39、>　　2.1.2工作原理</b></p><p>　　圖2-3為無刷直流電動機系統(tǒng)圖，以此說明無刷直流電動機的工作原理。電機本體的電樞繞組為三相星形連接，位置傳感器與電機本體同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產(chǎn)生驅(qū)動信號，驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機的各項繞組按一定的順序工作。</p><p>　　圖2-3：無刷直流電動機系統(tǒng)</p

40、><p>　　當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)至圖2-4(a)所示位置時，控制電路根據(jù)所獲得的轉(zhuǎn)子位置信息，使VTl、VT4導(dǎo)通，即A、B兩相通電。電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動勢為Fa，與定子磁場產(chǎn)生的磁動勢Fr相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60°電角度，到達圖2-4(b)所示位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使VTl、VT6導(dǎo)通，A、C兩相繞組通電，電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動勢Fa如圖

41、2-4(b)所示，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。</p><p>　　轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60°電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，其導(dǎo)通邏輯為VTl、VT4—VTl、VT6—VT3、VT6—VT3、VT2—VT5、VT2—VT5、VT4—VTl、VT4。在此過程中，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖2-4：無刷直

42、流電動機的工作原理示意圖</p><p>　　在圖2-4(a)到圖2-4(b)的60°電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場沿順時針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而定子合成磁場在空間保持圖2-4(a)中Fa的位置靜止；只有當轉(zhuǎn)子磁場連續(xù)旋轉(zhuǎn)60°電角度，到達圖2-4(b)所示的Fr位置時，定子磁場才從圖2-4(a)的Fa位置跳躍到圖2-4(b)中的Fa位置?？梢姸ㄗ雍铣纱艌鲈诳臻g不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場。</

43、p><p>　　轉(zhuǎn)子在空間沒轉(zhuǎn)過60°電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次跳躍?？梢姡妱訖C有六種磁狀態(tài)，每一次有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時間對應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120°電角度。無刷直流電機的這種工作方式稱為兩相星形六狀態(tài)。</p><p>　　2.2電動自行車控制器的功能</p><p>　　本文設(shè)計的控制器蓄電池電壓為48V，

44、手把輸出電壓為OV～4V，正常運行時的最大電流值為15A；當出現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致電流急劇上升，電流值超過25A時，進入過流保護關(guān)閉驅(qū)動。功能包括調(diào)速、巡航、柔性電子剎車(EABS)、堵轉(zhuǎn)保護、限流、過流保護、欠壓保護、防飛車、軟啟動和60°和120°電機智能適應(yīng)。</p><p><b>　　1. 調(diào)速功能</b></p><p>　　當限速線未接時

45、，手把從 (1.25V～3.8V) 轉(zhuǎn)動時，PWM的輸出范圍3％到95％。當接上限速線時，手把從(1.25V～3.8V)轉(zhuǎn)動時，PwM輸出范圍3％到75％，速度最高達20km／h。</p><p>　　以下情況會造成調(diào)速功能失效：(1) 進入巡航；(2) 有剎車信號；(3) 故障時，故障指示燈閃爍；(4) 蓄電池欠壓時。</p><p><b>　　2. 巡航功能</b&g

46、t;</p><p>　　巡航功能是為了避免騎行者的手腕疲勞而設(shè)置的，進入巡航后，可以松開手把，電動自行車仍以手把松開前的速度繼續(xù)前行。巡航功能分為自動巡航和手動巡航，巡航功能也可以通過把短路子接上就取消該功能，不短接就保留該功能。</p><p>　　自動巡航功能進入條件：轉(zhuǎn)把電壓必須高于2V，并保持當前電壓值(0.1V抖動)至少8秒時間。</p><p>　　自

47、動巡航退出條件：(1) 剎車信號；(2) 轉(zhuǎn)把二次歸零；(3) 發(fā)生堵轉(zhuǎn)；(4) 電池欠壓保護</p><p>　　手動巡航進入條件：(1)按巡航鍵則開始巡航；(2)退出條件同自動巡航。</p><p>　　3. 柔性電子剎車 (EABS) 功能</p><p>　　此功能借鑒于汽車的ABS功能，為了防止在高速騎行時突然剎車，輪胎打滑，或者由于慣性把人摔落車下，而造

48、成的安全事故。它利用電機回饋制動的原理，使電機停下來，而非利用剎車片的摩擦作用，因此有利于保護剎車片，在高速時和下坡時可以向電池充電，增加電池的續(xù)航里程。</p><p><b>　　4. 堵轉(zhuǎn)保護功能</b></p><p>　　當輪子發(fā)生堵轉(zhuǎn) (即使把有發(fā)生轉(zhuǎn)動，但是電機未發(fā)生轉(zhuǎn)動的情況) ，電機繞組中的電流很大，持續(xù)時間過長，會使電機繞組過熱燒斷，損壞電機，同時

49、也會使電池長時間大電流放電，損壞電池，必須及時加以斷電保護。處理過程如下：</p><p>　　前2秒：PWM以最大占空比輸出驅(qū)動電機，這是為了防止啟動和遇到小障礙物時誤進入堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，影響正常騎行。第3秒：檢測，若位置還未發(fā)生變化將PWM輸出停止，電機停轉(zhuǎn)保護，此時手把失效。</p><p>　　堵轉(zhuǎn)狀態(tài)的取消：(1) 有剎車信號；(2) 輪子轉(zhuǎn)動一個相位角；(3) 重新開機</p&

50、gt;<p><b>　　5. 限流動能</b></p><p>　　電機中的電流不能無限制增加，所以在保持最大轉(zhuǎn)矩的條件下，限制最大輸入電流為15A。</p><p><b>　　6. 過流保護功能</b></p><p>　　在正常行駛中若檢測到大于25A的電流值立即關(guān)閉PWM輸出，電機停轉(zhuǎn)保護，轉(zhuǎn)把失效

51、。</p><p><b>　　7. 欠壓保護功能</b></p><p>　　當電池毫壓低于42V（左右偏差O.5V)，并保持1秒后，欠壓功能開啟，自動關(guān)閉電機，等到轉(zhuǎn)把歸零后，再次檢測電池電壓，只有電池電壓回升到44V以上才能再次驅(qū)動電機。欠壓保護是為了保護電池過度放電，影響其使用壽命，使用回差保護，避免電機在欠壓點來回啟停。</p><p&g

52、t;<b>　　8. 防飛車功能</b></p><p>　　當手把損壞時，手把電壓輸出一直保持在1.25V以上，接通電源，電機就會開始運轉(zhuǎn)，向前飛出去，導(dǎo)致人身事故，同時也是防止某種誤操作。</p><p><b>　　9. 軟啟動</b></p><p>　　電機啟動時，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這樣對電機和電池損害很大，

53、軟啟動就是為了抑制啟動時的沖擊電流，使電流緩慢上升，短時間內(nèi)達到穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　10. 60°和120°電機智能適應(yīng)</p><p>　　電動自行車用電機根據(jù)其位置傳感器安裝角度的不同分為兩種：60°電機和120°電機，這兩種電機輸出的位置信號不一樣，不能使用同樣的換相時序，通?？刂破饕哺鶕?jù)電機不同也分為兩種，此功能就是兼容兩種角度的

54、電機，不需要改動任何硬件。</p><p>　　第3章 智能控制器硬件方案設(shè)計</p><p><b>　　3.1硬件系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　如圖3-1所示，電動自行車控制器系統(tǒng)主要由以下部分組成；逆變電路、功率驅(qū)動保護電路、電源電路、單片機及其外圍控制電路。</p><p>　　逆變電路及其驅(qū)動電路是單片

55、機和電機之間的聯(lián)系樞紐，其傳輸性能的好壞直接影響著整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量。其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動機定子上各相繞組。本系統(tǒng)采用三相全橋逆變電路。</p><p>　　功率驅(qū)動保護電路為單片機和逆變器之間的橋梁，單片機的輸出信號，經(jīng)過功率放大后，開通、關(guān)斷M0SFET，同時防止逆變器端的電壓反串到單片機端，損壞單片機的I／O口。</p><p>　　電源電路提供功率驅(qū)

56、動及保護電路、單片機控制電路所需的電源。單片機為控制核心，根據(jù)輸入的信號運行控制算法控制電機的運行。外圍控制電路包括剎車信號、巡航電路等。</p><p>　　圖3-1：控制器系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3.2電源電路</b></p><p>　　電源電路通過兩級電壓變換，得到控制電路所需的兩組電壓：+13V和+5V。+13V作為功

57、率驅(qū)動電路的電源，+5V作為單片機及其他控制電路的電源。</p><p>　　如圖3-2所示，48V電壓經(jīng)串聯(lián)電阻后輸入到LM317中，輸出端電壓即為+l3V。LM317為可調(diào)節(jié)端正電壓穩(wěn)壓器，輸出電壓范圍為l.2V到37V，在輸出范圍內(nèi)能提供超過1.5A的電流，外部只需要兩個電阻設(shè)置輸出電壓，內(nèi)部有限流、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補償功能。</p><p><b>　　圖3-2：電源電

58、路</b></p><p><b>　　3.3剎車輸入電路</b></p><p>　　剎車輸入電路如圖3-3所示。電動自行車的剎車輸入信號有兩種：低電平和高電平，有的廠商采用低電平剎車，有的廠商采用高電平剎車。為了滿足所有需要，本系統(tǒng)兼容低電平和高電平剎車。</p><p>　　低電平剎車時，通過一個隔離二極管D8，把信號直接送入

59、剎車信號檢測I/O口；高電平剎車時，通過電阻R49、R50和三極管T12構(gòu)成一個取反電路，把高電平轉(zhuǎn)換為低電平。同時軟件檢測到I/O電平為低時，判定為有剎車信號。</p><p>　　圖3-3：剎車輸入電路</p><p>　　3.4霍爾位置檢測電路</p><p>　　如圖3-4所示，霍爾位置檢測電路在系統(tǒng)中的作用主要有兩個：一是檢測電機定、轉(zhuǎn)子的相對位置并提供驅(qū)

60、動換相信號；二是通過檢測某一路脈沖信號的個數(shù)，經(jīng)軟件計算后轉(zhuǎn)換為速度信號，構(gòu)成速度的反饋環(huán)節(jié)。</p><p>　　霍爾傳感器由于安裝在電機內(nèi)部，與電機轉(zhuǎn)子一起運動而產(chǎn)生抖動，同時電機的繞組也會對其產(chǎn)生干擾，輸出信號中含有很多雜波，因此采用電容C33予以濾除，電容值均為0.OluF。同時為了防止單片機控制電路對霍爾傳感器的影響，中間用二極管D7、D8、D25隔離，二投管采用至IN4148可以滿足要求。</p

61、><p>　　圖3-4：霍爾位置檢測電路</p><p>　　3.5三相橋式逆變電路</p><p>　　逆變電路是與整流電路（Rectifier）相對應(yīng)，將低電壓變?yōu)楦唠妷?，把直流電變成交流電的電路稱為逆變電路。</p><p>　　如圖3-5，橋式逆變電路的開關(guān)狀態(tài)由加于其控制極的電壓信號決定，橋式電路的PN端加入直流電壓Ud，A、B端接向負

62、載。當T1、T3關(guān)合而T2、T4打開時，U0=Ud;相反,當T2、T4關(guān)合而T1、T3打開時，U0=-Ud。于是當橋中各臂以頻率 f（由控制極電壓信號重復(fù)頻率決定）輪番通斷時，輸出電壓u0將成為交變方波，其幅值為Ud。</p><p>　　控制信號頻率f可以決定出端頻率，改變直流電源電壓Ud可以改變基波幅值，從而實現(xiàn)逆變的目的。</p><p><b>　　圖3-5：逆變電路&l

63、t;/b></p><p><b>　　3.6觸發(fā)電路</b></p><p>　　觸發(fā)電路是具有一些穩(wěn)態(tài)的或非穩(wěn)態(tài)的電路，其中至少有一個是穩(wěn)態(tài)的，并設(shè)計成在施加一適當脈沖時即能啟動所需的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　觸發(fā)器可將模擬信號波形整形為數(shù)字電路能夠處理的方波波形，而且由於觸發(fā)器具有滯回特性，所以可用於抗干擾，其應(yīng)用包括在開環(huán)配置中

64、用於抗擾，以及在閉環(huán)正反饋配置中用於實現(xiàn)多諧振蕩器。</p><p>　　對於標準的觸發(fā)器，當輸入電壓高於正向閾值電壓時，則輸出為高；當輸入電壓低於負向閾值電壓時，則輸出為低；當輸入在正負向閾值電壓之間時，則輸出不改變，也就是說輸出由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，或是由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平對應(yīng)的閾值電壓是不同的。只有當輸入電壓發(fā)生足夠的變化時，輸出才會變化，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-

65、6: 觸發(fā)電路</p><p>　　3.7電源欠壓保護電路</p><p>　　在電動自行車運行的過程中，需要對電源電壓進行監(jiān)視，當電源電壓不足時，再放電就會對電池的壽命造成嚴重損害，縮短了電池的使用時間。因此，在電池電壓不足時，應(yīng)該停止對電動自行車供電。</p><p>　　當電池電壓低于48V時，控制器切斷電源，開啟欠壓保護功能。由于電源電壓是連續(xù)減小的，又是模

66、擬信號，所以要先通過低通濾波濾除噪聲，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送單片機處理。電池電壓檢測電路如圖3-7所示，通過選擇合適的電阻值Rout，使得分壓之后的電壓信號的變化始終處于[0，5V]之間即可。等到轉(zhuǎn)把歸零后，再次檢測電池電壓，只有電池電壓回升到48V以上才能再次驅(qū)動電機。</p><p>　　欠壓保護是為了保護電池過度放電，影響其使用壽命，使用回差保護，避免電機在欠壓點來回啟停。</p><p&g

67、t;　　圖3-7: 蓄電池保護電路</p><p><b>　　3.8助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)</b></p><p>　　當前市場上的助力傳感器采用的是開關(guān)型霍爾元件，用支架固定在電動自行車右中軸旁，中軸上裝有磁環(huán)，中軸轉(zhuǎn)一周則磁環(huán)上的五個磁鋼使霍爾元器件輸出五個脈沖（正轉(zhuǎn)脈沖占空比<50%，反轉(zhuǎn)占空比>50%），控制器檢測到后，則可計算出主力大小給電機供電，助力傳

68、感線有三根引線：黃（信號）、紅（電源）、黑（地線），助力信號檢測電路如圖3-8所示。這種方法是根據(jù)助力傳感器輸出脈沖的頻率來判斷用戶腳蹬踏板的速度，從而輸出相應(yīng)的PWM占空比調(diào)節(jié)輸出的電動力，實現(xiàn)人力、電力供電動車的驅(qū)動力。</p><p>　　電動自行車在行駛過程中，并不是以恒定的速度前進的，用戶根據(jù)騎車狀況，有時需要加快速度，有時需要減慢速度，因此，調(diào)速是電動自行車不可缺少的一個功能。電動自行車的調(diào)速轉(zhuǎn)把一般

69、是采用線性霍爾元器件實現(xiàn)的，它的原理是：通過調(diào)節(jié)元器件敏感面磁場的強弱，使輸出電壓連續(xù)性變化，對于供電電源為5V的線性霍爾元器件，它的輸出電壓變化范圍大約是1.0V~4.2V。轉(zhuǎn)把跟控制器的連接關(guān)系如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-8:助力電路 圖3-9:轉(zhuǎn)把電路</p><p>　　3.9系統(tǒng)控制PID內(nèi)容</p>&l

70、t;p>　　3.9.1 PID控制介紹</p><p>　　PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，旱在20世紀30年代末期就已經(jīng)出現(xiàn)，50多年來不斷更新?lián)Q代，由于其算法簡單、可靠性高，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制，尤其是在可建立精確數(shù)學模型的確定控制系統(tǒng)應(yīng)用很多。按偏差的比例、積分和微分線性組合進行控制的方式，就是著名的PID控制。</p><p>　　簡單說來，PID控制器各校正環(huán)節(jié)

71、的作用如下：</p><p>　　比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。</p><p>　　積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強。</p><p>　　微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并在偏差信號值變得太

72、大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。其結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10：系統(tǒng)控制框圖</p><p>　　3.9.2 數(shù)字PID控制算法</p><p>　　數(shù)字PID控制算法PIDPID控制的控制規(guī)律為</p><p><b>　?。?.3） </b>

73、;</p><p>　　式中，KP為比例常數(shù)；TI為積分常數(shù)；TD為積分常數(shù)。</p><p>　　在數(shù)字控制中，由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差量計算控制量，因此需要對其進行離散化處理，可得離散的增量式PID控制算法為</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中，為第

74、k個采樣時刻的控制量與第k-1個采樣時刻的控制量之差；ek為第k個采樣時刻的偏差；為第k個采樣時刻的偏差與第k-1個采樣時刻的系統(tǒng)偏差之差。</p><p>　　第4章 電動自行車控制器軟件設(shè)計</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計</p><p>　　4.1.1主程序設(shè)計</p><p>　　主程序主要完成全局變量的定義、各模塊的初

75、始化、電機初始位置的檢測、上電自檢、防飛車保護以及速度、電流雙閉環(huán)的計算，主程序的流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　系統(tǒng)每次上電，首先進入防飛車保護檢測，如圖4-1中虛線框所示。所謂“防飛車保護”是指，當手把中霍爾傳感器損壞后在手把松開歸零后仍然輸出一個大于零的電壓值，接通電源，電機就會馬上啟動運轉(zhuǎn)，為了防止發(fā)生安全事故，上電后需檢測手把電壓是否為零，為零時進入下一步操作，否則在此等待。</p&g

76、t;<p>　　打開總中斷后，程序進入主程序循環(huán)，根據(jù)采集得來的電流、速度數(shù)據(jù)進行PID運算。</p><p>　　圖4-1：主程序流程圖</p><p>　　4.1.2中斷服務(wù)程序設(shè)計</p><p>　　ATmega48總共有26個中斷向量，編號從1～26，編號越小，優(yōu)先級越高，不支持中斷嵌套。本系統(tǒng)使用的中斷向量為：定時器／計數(shù)器O溢出中斷(以下

77、稱定時中斷)和ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷(以下稱AD中斷)。應(yīng)用C語言編程，在進入中斷處理時，C編譯器會自動進行中斷保護和恢復(fù)、清除中斷標志。同時為了避免中斷嵌套，在進入中斷程序時，首先關(guān)閉總中斷，退出中斷時再打開總中斷。兩個中斷同時發(fā)生時，定時中斷向量號比AD中斷向量號小，首先執(zhí)行，AD中斷等定時中斷退出后再執(zhí)行。</p><p>　　定時中斷服務(wù)程序是整個控制器的靈魂，是軟件部分的核心，采用“時間片”分時思想，完成了

78、控制器所有的功能設(shè)計、保護模塊以及驅(qū)動換相。定時中斷服務(wù)程序一方面接受外部輸入的按鍵操作信號，執(zhí)行各個功能模塊，例如，按下巡航按鍵，電動自行車進入巡航模式，按下剎車按鍵，進入柔性電子剎車模式；另一方面根據(jù)檢測得到的電壓、電流值，當電源電壓低于某個值時進入欠壓保護，當電流高于某個值時，進入過流保護。編程時，把各個功能模塊當作一個事件，定時中斷服務(wù)程序就是一個事件調(diào)度器，它根據(jù)事件的輕重緩急來決定事件執(zhí)行的先后，同時保證不發(fā)生沖突或者堵塞。

79、事件調(diào)度器的調(diào)度原則就是“時間片”分時思想，為了保證實時性，“時間片”取128us，定時中斷服務(wù)程序的流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2：定時中斷服務(wù)程序流程圖</p><p>　　AD中斷完成電源電壓、相電流和手把電壓的采集任務(wù)，把采集得到的電壓電流值經(jīng)過軟件濾波后存儲在緩沖器中，供主程序和定時中斷服務(wù)程序調(diào)用。在AD中斷服務(wù)程序中，根據(jù)電源電壓、相電流和手把電壓的速度

80、要求，采用不同的采樣速度，相電流的采樣速度最快，手把電壓次之；電源電壓最慢。軟件設(shè)計中三者的采樣速度關(guān)系為，每采集20次相電流采集一次手把電壓，每采集128次手把電壓采集一次電源電壓。其中，相電流的采樣速度為AD轉(zhuǎn)換的速率(大約為13個AD時鐘周期)。如此，既保證了電流采集的實時性，又保證了電源電壓采集的平穩(wěn)性。</p><p>　　AD轉(zhuǎn)換時，向ADC啟動轉(zhuǎn)換位ADSC位寫“1”可以啟動單次轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中此

81、位保持為高，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后被硬件清零。如果在轉(zhuǎn)換過程中改變了轉(zhuǎn)換通道，ADC會在通道改變前完成這一次轉(zhuǎn)換。工作于單次轉(zhuǎn)換模式時，總是在啟動轉(zhuǎn)換之前選定通道，需要選擇新的轉(zhuǎn)換通道時，最簡單的辦法是在等待轉(zhuǎn)換結(jié)束后再改變通道。本系統(tǒng)是在ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生的中斷中先讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，再改交通道，并啟動下一次新的轉(zhuǎn)換。AD中斷服務(wù)程序的流程圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3：AD中斷服務(wù)程序流程圖</

82、p><p>　　4.2功能模塊程序設(shè)計</p><p>　　4.2.1驅(qū)動換相模塊</p><p>　　無刷直流電動機需要根據(jù)位置傳感器輸出的信號(HA，HC)進行換相，HB，才能正常運轉(zhuǎn)。(HA，HB，HC)總共有八種組合：(000)、(001)、(010)、(011)、(101)、(110)、(111)，其中6種為有效組合，剩余2組為無效組合；在120°電

83、機中，(000)、(111)為無效組合。在60°電機中(101)、(010)為無效組合。采用二二導(dǎo)通方式，構(gòu)成兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)檢測到的 (HA，HB，HC) 查表得到要導(dǎo)通的MOSFET，輸出控制信號，其中上橋MOSFET開通為高電平，下橋開通為低電平。霍爾位置信號與換相控制表如表4-1所示。由表4-1看出，60°電機和120°電機的換相相序只有兩處不一樣： (000) 和 (101) 、 (1

84、11) 和 (010) ，而導(dǎo)通管和電流流向都是一樣，因此根據(jù)此表不管是60°電機還是120°電機都能正常換相。</p><p>　　表4-1：霍爾位置信號與換相控制表</p><p>　　本文采用H_pwm-L_on調(diào)制方式。換相補償采用延遲重疊換相法，換相時，開通三MOSFET，延時時間經(jīng)多次試驗比較，取換相周期的1／4時，轉(zhuǎn)矩脈動最小，效果最好。</p>

85、;<p>　　4.2.2柔性電子剎車 (EABS) 模塊</p><p>　　柔性電子剎車是電動自行車一個非常重要的功能，柔性電子剎車性能體現(xiàn)控制器的技術(shù)含金量，也是電動自行車的一大閃亮賣點。柔性電子剎車作為機械剎車的輔助措施，平時采用電子剎車，緊急情況電子剎車和機械剎車同時進行，既能延長機械剎車片的壽命，也能提高剎車效果，減少安全事故。如圖4-5所示。</p><p>　　

86、圖4-5：柔性電子剎車（EABS）流程圖</p><p>　　柔性電子剎車的理論基礎(chǔ)為能量回饋制動原理，剎車時，先關(guān)閉所有MOSFET，再全部開通下橋MOSFET，且下橋PWM調(diào)制，使PWM的占空比由100％快速減小到0。柔度由占空比的減小速度決定，速度越快，剎車越急，柔度越硬；速度越慢，剎車越緩慢，柔度越柔和。為了使繞組中的電流不發(fā)生突變，按下剎車鍵時，先把正常運轉(zhuǎn)時的占空比逐漸減為O，關(guān)閉全橋，再開通下橋。&

87、lt;/p><p><b>　　4.2.3巡航模塊</b></p><p>　　巡航分為自動巡航和手動巡航，自動巡航功能進入條件：手把電壓必須高于2V，并保持當前電壓值(O.1V抖動)至少8秒時間。手動巡航進入條件：按巡航鍵則開始巡航。一般的控制器都只有一種巡航模式，本系統(tǒng)把兩種 巡航模式綜合在一起，操作更加方便。流程圖如圖4-6所示<

88、/p><p>　　圖4-6：巡航流程圖 圖4-7：欠壓保護流程圖</p><p>　　4.3電機控制程序設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)采用速度環(huán)加電流環(huán)雙閉環(huán)控制方式對電機的速度進行調(diào)節(jié)，在定時中斷中定時2.5ms，在主程序中查詢定時標志并調(diào)用算法子程序?qū)﹄娏骱退俣冗M行調(diào)節(jié)。每2.5ms調(diào)用一次電流調(diào)節(jié)程序，調(diào)節(jié)電流，電流每調(diào)節(jié)10次調(diào)

89、節(jié)一次速度，即速度環(huán)每25ms調(diào)節(jié)一次。</p><p>　　4.3.1速度調(diào)節(jié)程序</p><p>　　速度調(diào)節(jié)的軟件控制流程如圖4-9所示，大體過程是：在主程序中循環(huán)檢測是否需要進行速度調(diào)節(jié)，若是剛啟動第一次循環(huán)則必須進行速度調(diào)節(jié)。如果不進行速度調(diào)節(jié)，那就直接進行電流調(diào)節(jié)，進行下一次循環(huán)。速度的具體調(diào)節(jié)流程為：進入速度調(diào)節(jié)以后首先調(diào)用定時中斷程序計算得到的當前電機的實際轉(zhuǎn)速V1，然后用

90、設(shè)定轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速相減得到偏差e(k)，如果e(k)>｜eth｜，則執(zhí)行模糊控制；如果偏差小于等于｜eth｜則執(zhí)行PI控制。</p><p>　　圖4-9：速度調(diào)節(jié)流程圖</p><p>　　4.4軟件抗干擾設(shè)計</p><p>　　電動自行車在實際路況騎行時，控制器會不可避免的受到來自電機和周圍環(huán)境的干擾，為了確保應(yīng)用程序按設(shè)計有序的運行，軟件設(shè)中必須有防干

91、擾措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　4.4.1 L輸出輸入量的軟件抗干擾</p><p>　　數(shù)字量的輸入過程中可以利用數(shù)字濾波技術(shù)對輸入的信號進行數(shù)學處理，濾掉信號中的干擾部分，提高信號的真實性。本系統(tǒng)中的手把電壓、相電流和電源電壓的輸入均采用了遞推平均值濾波技術(shù)，具體實現(xiàn)方法是：采用一數(shù)組作為測量數(shù)據(jù)的存儲器，數(shù)組的長度固定為N，每采到一次新數(shù)據(jù)，就用新數(shù)據(jù)代替數(shù)組中最老

92、的那個數(shù)據(jù)，然后計算新數(shù)組的平均值．把該平均值作為信號的實際值。示意圖如圖4-11所示。</p><p>　　圖4-11：遞推平均值濾波示意圖</p><p>　　如果輸入的信號是開關(guān)量，可以采樣多次，每次采樣的結(jié)果必須絕對一致才行。通過一路霍爾位置信號測量速度時，采用計算脈寬的方式濾波，由于一般的干擾脈寬較小，而位置信號脈寬較大，當發(fā)生電平變化時，連續(xù)采集幾次，結(jié)果都一致，則認為為真實值

93、，否則為干擾捕獲。采集按鍵信號輸入時亦如此。數(shù)字量輸出軟件抗干擾的方法是重復(fù)輸出同一數(shù)據(jù)，重復(fù)周期盡可能短。這樣輸出裝置在得到一個被干擾的信號后，來不及反應(yīng)，就又得到了一個正確信號，從而可以防止誤動作。</p><p>　　4.4.2程序執(zhí)行時的軟件抗干擾</p><p>　　如果干擾作用于CPU上，破壞程序計數(shù)器PC的狀態(tài)，導(dǎo)致程序從一個區(qū)域跳到另一個區(qū)域，或者程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，

94、陷入“死循環(huán)”等情況，使系統(tǒng)不能正常工作。常用的解決方法有以下幾種：</p><p><b>　　1.軟件陷阱</b></p><p>　　軟件陷阱是利用一條指令，強行將捕獲到的亂飛的程序引向一個指定的地址，這個地址一般是程序的復(fù)位入口地址OOOOH，這樣我們就可將亂飛的程序重新納入正軌。由以下三條指令就可以組成一個軟件陷阱：</p><p>

95、<b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　LJMP 0000H</p><p>　　軟件陷阱一般安排在以下幾個區(qū)域：未使用的中斷向量區(qū)，未使用的EPPROM空間及非EPPROM空間，程序運行區(qū)和中斷服務(wù)程序區(qū)。如果程序跑飛到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中區(qū)時，軟件陷阱也就無能為力了

96、，這時就要求助于程序運行監(jiān)視器(WATCHDOG)。</p><p>　　2.程序運行監(jiān)視器 (WATCHDOG) </p><p>　　程序運行監(jiān)視器 (WATCHDOG) 又叫看門狗，看門狗有一個16位計數(shù)器。當它啟動后，每個狀態(tài)周期其計數(shù)增1，若在64K狀態(tài)周期(12MHz晶體時為16ms)內(nèi)，沒有通過指令消除它，則計數(shù)器溢出，使系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗給系統(tǒng)提供一種能從瞬時故障中自動恢復(fù)的

97、能力?？撮T狗本身獨立工作，基本不依賴CPU。CPU在一個固定時間間隔內(nèi)與之打一次交道，表明自己目前運行正常。當CPU落入死循環(huán)以后，看門狗能及時發(fā)現(xiàn)并復(fù)位系統(tǒng)。除了軟件看門狗還可以采用硬件看門狗，硬件看門狗是一個具有清零端和超時溢出信號端的定時器。把溢出信號端接到單片機的復(fù)位端，若如現(xiàn)超時溢出，則對單片機復(fù)位。為了不讓看門狗溢出，在程序運行過程中，要周期性的對看門狗進行清零操作。</p><p><b>

98、;　　第5章 結(jié)語</b></p><p>　　隨著片上系統(tǒng)集成時代的到來，對PSOC的功能和應(yīng)用研究對于解決當今社會日益復(fù)雜的控制要求無疑有極其重要的意義，特別體現(xiàn)在對實時性、體積、動態(tài)配置要求比較高的領(lǐng)域。本文通過對電動自行車控制器的研究，應(yīng)用PSOC片上系統(tǒng)實行對電動自行車的控制。為了進一步完善控制器功能，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，以最大程度的降低噪聲，使調(diào)速過程更加平滑、流暢，同

99、時，逐步增加一些新的功能，譬如1：1助力、發(fā)電制動、雙動力等功能，拓寬控制器的適用范圍，增強市場競爭力。改進后的控制器具有工作效率高、控制功能完善、保護功能強、成本低廉、保密性好等特點，將具有更良好的市場應(yīng)用前景。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1</b></p><p><

100、;b>　　源程序：</b></p><p>　　#include <pic.h></p><p>　　#define AND 0xe0 //狀態(tài)采集5，6，7 位</p><p>　　#define CURA 0X0a //電流環(huán)比例和積分系數(shù)之和</p><p>　　#define CURB 0X09 //電流

101、環(huán)比例系數(shù)</p><p>　　#define THL 0X6400 //電流環(huán)最大輸出</p><p>　　#define FULLDUTY 0X0FF //占空比為1 時的高電平時間</p><p>　　#define SPEA 0X1d //轉(zhuǎn)速環(huán)比例和積分系數(shù)之和</p><p>　　#define SPEB 0X1c //轉(zhuǎn)速環(huán)比例

102、系數(shù)</p><p>　　#define GCURHILO 0X0330 //轉(zhuǎn)速環(huán)最大輸出</p><p>　　#define GCURH 0X33 //最大給定電流</p><p>　　#define GSPEH 0X67 //最大轉(zhuǎn)速給定</p><p>　　#define TSON 0X38 //手柄開啟電壓1.1 V，TSON*2

103、為剎車后手柄開啟電壓，即</p><p><b>　　2.2 V</b></p><p>　　#define VOLON 0X4c //低電壓保護重開電壓3.0 V 即33 V</p><p>　　#define VOLOFF 0X49 //低電壓保護關(guān)斷電壓2.86 V 即31.5 V</p><p>　　volati

104、le unsigned char DELAYH,DELAYL,oldstate,speed,</p><p>　　speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth,</p><p>　　voltage; //寄存器定義</p><p>　　static bit sp1,spe,ts,volflag,spepid,lowp

105、ower,</p><p>　　off,shutdown,curpid; //標志位定義</p><p>　　static volatile unsigned char new[10]={0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf,</p><p>　　0xff,0xd7,0x77,0xff,0xff}; //狀態(tài)寄存器表</p><p&g

106、t;　　//------------初始化子程序------------</p><p>　　void INIT877()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PORTC=0X0FF; //關(guān)斷所有MOSFET</p><p>　　TRISC=0X02; //設(shè)置C 口輸出</p>

107、<p>　　PIE1=0X00; //中斷寄存器初始化，關(guān)斷所有中斷</p><p>　　TRISA=0XCF; //設(shè)置RA4,RA5 輸出</p><p>　　TRISB=0XEF; //RB 口高三位輸入，采集電機三相的霍爾信號</p><p>　　PORTC=new[(PORTB&AND)>>5]; //采集第一次霍爾信號，并輸

108、出相應(yīng)的信號，導(dǎo)通</p><p>　　T2CON=0X01; //TMR2 4 分頻</p><p>　　CCPR1L=0X0FF; //初始時PWM 輸出全高</p><p>　　CCP1CON=0X0FF; //CCP1 設(shè)置為PWM 方式</p><p>　　CCP2CON=0X0B; //CCP2 設(shè)置為特殊方式，以觸發(fā)AD<

109、/p><p>　　ADCON0=0X81; //AD 時鐘為32 分頻,且AD 使能,選擇AN0 通道采集手</p><p>　　TMR2=0X00; //TMR2 寄存器初始化</p><p>　　TMR1H=0X00; //TMR1 寄存器初始化</p><p>　　TMR1L=0X00;</p><p>　　T1CO

110、N=0X00; //TMR1 為1 分頻</p><p>　　CCPR2H=0X08;</p><p>　　CCPR2L=0X00; //電流采樣周期設(shè)置為TAD=512 μs</p><p>　　PR2=0XC7; //PWM 頻率設(shè)置為5 kHz</p><p>　　ADCON1=0X02; //AD 結(jié)果左移</p>&l

111、t;p>　　OPTION=0XFB; //INT 上升沿觸發(fā)</p><p>　　TMR2ON=1; //PWM 開始工作</p><p>　　INTCON=0XD8; //中斷設(shè)置GIE=1,PEIE=1,RBIE=1</p><p>　　ADIE=1; //AD中斷使能</p><p>　　speedcount=0x00; //轉(zhuǎn)速

112、計數(shù)寄存器</p><p>　　speed=0x7f; //轉(zhuǎn)速保持寄存器</p><p>　　spe=1; //低速標志位</p><p>　　sp1=1; //低速標志位</p><p>　　oldstate=0x0ff; //初始狀態(tài)設(shè)置，區(qū)別于其他狀態(tài)</p><p>　　count_ts=0x08; //電流