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低成本双向有刷直流电机控制
接线图
2024年02月06日 17:44 376
admin
它解释了如何在 PIC16F684 上使用增强型、捕捉、比较和 PWM (ECCP)。低成本BDC电机控制可用于智能玩具、小家电和电动工具等应用。PIC16F684 凭借其新的 ECCP 外设将 Microchip 的中档产品系列提升到了一个新的水平。ECCP 外设以 CCP 模块技术为基础，并添加了四个 PWM 通道等功能，可通过硬件轻松实现双向电机控制。本应用笔记重点介绍在 PWM 模式下使用 ECCP 的全桥配置。ECCP 可以轻松连接到全桥配置，以实现双向 BDC 电机控制。
本应用笔记描述了以下内容：
计算 ECCP PWM 参数
在全桥 PWM 模式下初始化 ECCP
双向 BDC 电机控制
无传感器电机控制反馈
应用示例
计算 ECCP PWM 参数
在 PWM 模式下使用 ECCP 时，需要计算 PWM 频率、占空比和分辨率。
频率
为电机控制应用选择 PWM 频率会影响电机的声音和功率晶体管的开关速度。人耳可以检测到 20 Hz 至 20 kHz 的频率。在本应用笔记中，用于电机控制的 PWM 工作频率为 4 kHz。这比 1kHz 等更低的 PWM 频率产生的噪声更低。如果应用带宽可以支持更高的频率（特别是高于人类典型听力范围的频率），电机将产生更少的可听噪声。如果听到太多可闻噪声，则应增加 PWM 频率。
PWM 周期和频率可使用公式 A-1 和 A-2 计算。
占空比
改变 PWM 占空比将改变电机的平均电压，从而改变电机的速度。PWM 占空比使用公式 A-3 计算。BDC 电机的平均电压使用公式 A-4 计算。
解决
PWM 占空比分辨率决定了可以更改占空比的精度。例如，10 位分辨率允许占空比有 1024 个可能的值，而 8 位分辨率仅允许 256 个值。PWM 频率、PIC16F684 振荡器频率和 Timer2 预分频器都会影响分辨率值。最大分辨率为十位。PWM 占空比分辨率使用公式 A-5 计算。
在全桥 PWM 模式下初始化 ECCP
全桥 PWM 模式下初始化 ECCP 时，需要初始化 4 个寄存器：
PR2
PR2 寄存器影响 PWM 频率/周期。PR2 寄存器使用的值使用公式 A-6 计算。
CCPR1L:CCP1CON<5:4>
PWM 占空比具有十位的完整分辨率。由于 PIC16F684 上的所有寄存器都是 8 位宽，因此这 10 位分布在两个寄存器中。CCPR1L 包含高八位，CCP1CON<5:4> 包含低两位。CCPR1L:CCP1CON<5:4> 的 10 位值使用公式 A-7 计算。
CCP1CON
除了存储 10 位 PWM 占空比的低两位外，CCP1CON 还用于通过位 CCP1CON<3:0> 将 ECCP 设置为 PWM 模式。它还可以使用位 CCP1CON<7:6> 更改电机方向。在 PWM 模式下设置 ECCP 时，有四种可能的配置。这些配置可容纳具有高电平有效、低电平有效或高电平有效和低电平有效组合的 MOSFET 的 H 桥。通过将 CCP1CON<7:6> 位配置为“01”（表示正转）或“11”（表示反转），可以在硬件中更改电机方向。PIC16F684 ECCP 硬件切换通道以激活和调制 H 桥中适当的 MOSFET 驱动器。
T2CON
T2CON 寄存器用于设置 Timer2 预分频器和打开 Timer2。Timer2 预分频器包含在位 T2CON<1:0> 中，用于确定 PWM 频率、占空比和分辨率。在 PWM 信号启动之前，必须通过将 T2CON<2> 位置 1 来打开 Timer2。图 B-1 显示了计算 PWM 频率的 Timer2 预分频器和 PR2 值的算法。
双向 BDC 电机控制
ECCP 通过将 CCP1CON<7:6> 配置为“01”表示正向（图 1）或“11”表示反向（图 2），可以轻松更改电机方向。
图 1 全桥正向电流流程图
图 2 全桥反向电流流程图
低成本无传感器电机控制反馈
无传感器转速测量
通过测量电机的反电动势电压，可以使用 BDC 电机执行低成本 RPM 测量。BDC RPM 与反电动势电压成正比。由于 BDC 电机可以建模为感性负载，因此电机两端的电压等于电感乘以 dI/dt。在此应用中，使用了 12V、最大转速 9600 RPM BDC 电机。要测量反电动势电压，请关闭调制 FET。这将导致电流沿相反方向流动。最初关闭 FET 后，dI/dt 必须稳定后再进行测量。为了使用 PIC? 单片机 A/D 转换器，测量的电压必须在 0V 和 VDD 之间。由于反电动势电压可以在 0V-12V 之间，因此使用分压器电路将反电动势电压调整在 0V 和 VDD 之间。
本应用笔记描述了以下内容：
计算 ECCP PWM 参数
在全桥 PWM 模式下初始化 ECCP
双向 BDC 电机控制
无传感器电机控制反馈
应用示例
计算 ECCP PWM 参数
在 PWM 模式下使用 ECCP 时，需要计算 PWM 频率、占空比和分辨率。
频率
为电机控制应用选择 PWM 频率会影响电机的声音和功率晶体管的开关速度。人耳可以检测到 20 Hz 至 20 kHz 的频率。在本应用笔记中，用于电机控制的 PWM 工作频率为 4 kHz。这比 1kHz 等更低的 PWM 频率产生的噪声更低。如果应用带宽可以支持更高的频率（特别是高于人类典型听力范围的频率），电机将产生更少的可听噪声。如果听到太多可闻噪声，则应增加 PWM 频率。
PWM 周期和频率可使用公式 A-1 和 A-2 计算。
占空比
改变 PWM 占空比将改变电机的平均电压，从而改变电机的速度。PWM 占空比使用公式 A-3 计算。BDC 电机的平均电压使用公式 A-4 计算。
解决
PWM 占空比分辨率决定了可以更改占空比的精度。例如，10 位分辨率允许占空比有 1024 个可能的值，而 8 位分辨率仅允许 256 个值。PWM 频率、PIC16F684 振荡器频率和 Timer2 预分频器都会影响分辨率值。最大分辨率为十位。PWM 占空比分辨率使用公式 A-5 计算。
在全桥 PWM 模式下初始化 ECCP
全桥 PWM 模式下初始化 ECCP 时，需要初始化 4 个寄存器：
PR2
PR2 寄存器影响 PWM 频率/周期。PR2 寄存器使用的值使用公式 A-6 计算。
CCPR1L:CCP1CON<5:4>
PWM 占空比具有十位的完整分辨率。由于 PIC16F684 上的所有寄存器都是 8 位宽，因此这 10 位分布在两个寄存器中。CCPR1L 包含高八位，CCP1CON<5:4> 包含低两位。CCPR1L:CCP1CON<5:4> 的 10 位值使用公式 A-7 计算。
CCP1CON
除了存储 10 位 PWM 占空比的低两位外，CCP1CON 还用于通过位 CCP1CON<3:0> 将 ECCP 设置为 PWM 模式。它还可以使用位 CCP1CON<7:6> 更改电机方向。在 PWM 模式下设置 ECCP 时，有四种可能的配置。这些配置可容纳具有高电平有效、低电平有效或高电平有效和低电平有效组合的 MOSFET 的 H 桥。通过将 CCP1CON<7:6> 位配置为“01”（表示正转）或“11”（表示反转），可以在硬件中更改电机方向。PIC16F684 ECCP 硬件切换通道以激活和调制 H 桥中适当的 MOSFET 驱动器。
T2CON
T2CON 寄存器用于设置 Timer2 预分频器和打开 Timer2。Timer2 预分频器包含在位 T2CON<1:0> 中，用于确定 PWM 频率、占空比和分辨率。在 PWM 信号启动之前，必须通过将 T2CON<2> 位置 1 来打开 Timer2。图 B-1 显示了计算 PWM 频率的 Timer2 预分频器和 PR2 值的算法。
双向 BDC 电机控制
ECCP 通过将 CCP1CON<7:6> 配置为“01”表示正向（图 1）或“11”表示反向（图 2），可以轻松更改电机方向。
图 1 全桥正向电流流程图 图 2 全桥反向电流流程图低成本无传感器电机控制反馈
无传感器转速测量
通过测量电机的反电动势电压，可以使用 BDC 电机执行低成本 RPM 测量。BDC RPM 与反电动势电压成正比。由于 BDC 电机可以建模为感性负载，因此电机两端的电压等于电感乘以 dI/dt。在此应用中，使用了 12V、最大转速 9600 RPM BDC 电机。要测量反电动势电压，请关闭调制 FET。这将导致电流沿相反方向流动。最初关闭 FET 后，dI/dt 必须稳定后再进行测量。为了使用 PIC? 单片机 A/D 转换器，测量的电压必须在 0V 和 VDD 之间。由于反电动势电压可以在 0V-12V 之间，因此使用分压器电路将反电动势电压调整在 0V 和 VDD 之间。
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