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直流有刷伺服控制系统(pic单片机，pid控制）

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楼主
ID:292135 发表于 2018-3-15 09:39 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
基于PIC18系列单片机的直流有刷伺控制系统：（来处于国外贴）
1：原理图（PDF)
2:原理图及PCB图(EAGLE)
3:带pid + 编码器的控制程序。main.c


电路原理图如下：




单片机源程序如下:
  1. // Vertical motor driver code
  2. // Oringially made by Kevin Wolfe 2009-2011
  3. // Modified by Matt Moses 2010-2011
  4. //

  6. #include <p18f1320.h>
  7. //#include <stdlib.h>
  8. //#include <delays.h>
  9. //#include <math.h>


  12. #define counterToSpeedScalar 150
  13. #define numCountsPerStep 1
  14. #define maxSpeed 255
  15. #define Kp 35.0
  16. #define Kd 0.0
  17. #define Ki 0.0
  18. #define dt 0.01
  19. #define speedStep 1
  20. #define errorTol 1
  21. #define tempADSpeed 255
  22. #define stepHomeThreshold 500
  23. #define upTorqueLimit 150
  24. #define downTorqueLimit -120

  26. #pragma config IESO = ON
  27. #pragma config FSCM = ON
  28. #pragma config OSC = INTIO2        
  29. #pragma config PWRT = OFF
  30. #pragma config BOR = OFF
  31. #pragma config WDT = OFF
  32. #pragma config MCLRE = OFF

  34. /****** DISABLE LVP (LOW-VOLTAGE Programming) ******/
  35. /* This allows RB5 to operate as an interuppt on change I/O pin */
  36. #pragma config LVP = OFF
  37. /***************************************************/

  39. void low_isr (void);
  40. void high_isr (void);
  41. void set_motor_output (unsigned char desiredPWM, unsigned char desiredDirection);

  43. #pragma code high_vector_section=0x8
  44. void high_vector (void)
  45. {
  46. _asm GOTO high_isr _endasm
  47. }
  48. #pragma code

  50. #pragma code low_vector_section=0x18
  51. void low_vector (void)
  52. {
  53. _asm GOTO low_isr _endasm
  54. }
  55. #pragma code

  57. volatile int stepHighCounter = 0;

  59. volatile char stepPulses = 0;
  60. //volatile int stepCounts;
  61. volatile int currentCounter = 0;
  62. //volatile unsigned char currentADvalue;
  63. volatile unsigned char trigger = 0;
  64. //volatile structPrevStates prevStates;
  65. //volatile enum { DIR_CW = 0, DIR_CCW = 1 } direction;
  66. volatile enum { LOW = 0, HIGH = 1} prevA = LOW;

  68. // changeToggle is a varb used for debugging
  69. volatile enum {LOW = 0, HIGH = 1} changeToggle;

  71. #pragma interrupt high_isr
  72. void high_isr(void)
  73. {
  74.         if ( INTCONbits.INT0IF ) //step pulse flag
  75.         {

  77.                 // reset stepTimerFoo
  78.                 stepHighCounter = 1;

  80.                 // do important stuff
  81.                 if ( PORTBbits.RB1 )    //Check direction pin
  82.                 {
  83.                         stepPulses++;
  84.                 }
  85.                 else
  86.                 {
  87.                         stepPulses--;
  88.                 }
  89.        
  90.                 INTCONbits.INT0IF = 0; //reset step flag
  91.         }

  93.         if ( INTCONbits.RBIF ) //PORTB change interrupt
  94.         {

  96. //                // This is a little block for debugging - toggles A every time a change on PORTB
  97. //       
  98. //                if (changeToggle) {
  99. //                        changeToggle = 0;
  100. //                        PORTAbits.RA1 = 0;
  101. //                }
  102. //                else {
  103. //                        changeToggle = 1;
  104. //                        PORTAbits.RA1 = 1;
  105. //                }

  107.                 if ( PORTBbits.RB5^prevA )          //CW Rotation
  108.                 {
  109.                         currentCounter++;
  110.                         //PORTAbits.RA1 = 0;
  111.                 }
  112.                 else                                                //CCW Rotation
  113.                 {
  114.                         currentCounter--;
  115.                         //PORTAbits.RA1 = 1;
  116. //                        if (changeToggle) {
  117. //                                changeToggle = 0;
  118. //                                PORTAbits.RA1 = 0;
  119. //                        }
  120. //                        else {
  121. //                                changeToggle = 1;
  122. //                                PORTAbits.RA1 = 1;
  123. //                        }
  124.                 }


  127.                 prevA = PORTBbits.RB4;
  128.                 PORTAbits.RA1 = PORTBbits.RB5;

  130.                 INTCONbits.RBIF = 0; //resetQuadFlag
  131.         }
  132. }

  134. #pragma interruptlow low_isr
  135. void low_isr(void)  //timer interupt
  136. {
  137.         trigger = 1;
  138.         INTCONbits.TMR0IF = 0;                         // reset TMR0 interrupt flag
  139. }


  142. void set_motor_output(unsigned char desiredPWM, unsigned char desiredDirection)
  143. {
  144.         if ( desiredDirection )
  145.         {
  146.                 PORTBbits.RB2 = 0;
  147.                 CCPR1L = desiredPWM;                          // This is the register for the 8 MSB of the PWM pin RB3.
  148.         }
  149.         else
  150.         {
  151.                 PORTBbits.RB2 = 1;
  152.                 CCPR1L = (desiredPWM );          // This is the register for the 8 MSB of the PWM pin RB3.
  153.         }
  154. }

  156. long abs(long i)
  157. {
  158.         if (i < 0)
  159.                 return -i;
  160.         else
  161.                 return i;
  162. }

  164. char sgn(long i)
  165. {
  166.         if (i < 0)
  167.                 return -1;
  168.         else if (i > 0)
  169.                 return 1;
  170.         else
  171.                 return 0;
  172. }


  175. void main (void)
  176. {
  177.         long prevCounter = 0;
  178.         unsigned char tempTrigger = 0;
  179.         char tempStepPulses = 0;
  180.         long tempCurrentCounter = 0;
  181.        
  182.         unsigned char currentADvalue = tempADSpeed;
  183.         long desiredCounter = 0;
  184.         long error = 0;
  185.         long prevError = 0;

  187.         long velocity = 0;

  189.         float integral = 0.0;
  190.         float derivative = 0.0;

  192.         long output = 0;

  194.         char testState = 0;
  195.         long testCounter = 0;



  199.         char homeFlag = 0;
  200.     enum { LOW = 0, HIGH = 1} homeDir = LOW;

  202.         /*************** SETUP INTERRUPTS ******************/
  203.         INTCONbits.GIEH = 0;                 // Temporarily disable global interrupts
  204.         INTCONbits.GIEL = 0;                 // Temporarily disable peripheral interrupts
  205.         INTCONbits.TMR0IE = 1;                 // Enable TMR0 Overflow interrupt
  206.         INTCONbits.INT0IE = 1;                 // Enable external interrupt on INT0/RB0
  207.         INTCONbits.RBIE = 1;                 // Enable Port B change interrupt

  209.         //INTCON2bits.RBPU = 0;                 // Enable Port B pull-ups
  210.         INTCON2bits.RBPU = 1;                 // Disable Port B pull-ups
  211.         INTCON2bits.INTEDG0 = 1;         // Interrupt on rising edge for INT0
  212.         INTCON2bits.TMR0IP = 0;         // Set TMR0 interrupt priority to Low
  213.         INTCON2bits.RBIP = 1;                 // Set Port B change interrupt to High

  215.         RCONbits.IPEN = 1;                        // Enable priority levels on interrupts
  216.         /****************************************************/




  221.         /***************** SETUP TMR0 ***********************/
  222.         //T0CONbits.TMR0ON = 0;         // Temporarily disable TMR0 until the end of the setup;
  223.         T0CONbits.T08BIT = 1;         // Use an 8-bit timer (1). Use a 16-bit timer (0).
  224.         T0CONbits.T0CS = 0;         // Use internal clock cycles for the timer.
  225.         T0CONbits.PSA = 0;                 // Use prescalar to adjust overflow rate (0). Do not use prescalar (1).
  226.        
  227.         /* Assign Prescalar */
  228.         T0CONbits.T0PS2 = 0;
  229.         T0CONbits.T0PS1 = 1;
  230.         T0CONbits.T0PS0 = 1;

  232.         /* This makes go slower */
  233.         //T0CONbits.T0PS2 = 1;
  234.         //T0CONbits.T0PS1 = 1;
  235.         //T0CONbits.T0PS0 = 1;

  237.         T0CONbits.TMR0ON = 1;
  238.         /***************************************************/
  239.        



  243.         /************** SETUP I/O PINS *********************/
  244.         TRISBbits.TRISB4 = 1;        // Encoder ChA input
  245.         TRISBbits.TRISB5 = 1;        // Encoder ChB input
  246.         TRISBbits.TRISB6 = 0;        // Set as output to avoid Port B interrupt on change
  247.         TRISBbits.TRISB7 = 0;        // Set as output to avoid Port B interrupt on change

  249.         TRISBbits.TRISB0 = 1;        // Step pulse input
  250.         TRISBbits.TRISB1 = 1;        // Direction input

  252.         //TRISAbits.TRISA4 = 0;         // Possible motor output pin RA4

  254.         TRISAbits.TRISA0 = 1;        // Set RA0 as input for SPEED pin (analog input for A/D)
  255.         TRISAbits.TRISA1 = 0;        // Set RA1 as output for diagnostic LED

  257.         //ADCON0bits.VCFG0 = 0;        // Set A/D to External Vref(+/-) using 1 and 1
  258.         //ADCON0bits.VCFG1 = 0;        // Set A/D to Vss and Vdd references using 0 and 0
  259.         /***************************************************/




  264.         /**************** SETUP A/D ************************/
  265.         /* Configure analog and digital pins */
  266.         ADCON1bits.PCFG0 = 1; // Set AN0 port as digital input (Home switch)
  267.         ADCON1bits.PCFG1 = 1; // RA1/AN1 diagnostic LED
  268.         ADCON1bits.PCFG2 = 1; // Reserved - test pad on AN2
  269.         ADCON1bits.PCFG3 = 1; // Reserved - test pad on AN3
  270.         ADCON1bits.PCFG4 = 1; // Set AN4/RB0 as a digital pin (Step pulse input)
  271.         ADCON1bits.PCFG5 = 1; // Set AN5/RB1 as a digital pin (Direction input)
  272.         ADCON1bits.PCFG6 = 1; // Set AN6/RB4 as a digital pin (ChA input)
  273. //
  274. //        /* Select A/D input channel as AN0 */
  275. //        ADCON0bits.CHS0 = 0;
  276. //        ADCON0bits.CHS1 = 0;
  277. //        ADCON0bits.CHS2 = 0;
  278. //
  279. //        /* Set A/D clock as Fosc/2 */
  280. //        ADCON2bits.ADCS0 = 0;
  281. //        ADCON2bits.ADCS1 = 0;
  282. //        ADCON2bits.ADCS2 = 0;
  283. //
  284. //        ADCON2bits.ADFM = 0; // Left justify A/D conversion so only the 8 MSB are read later
  285. //
  286. //        /* Turn on A/D module */
  287. //        ADCON0bits.ADON = 1;
  288.        
  289.         /* Turn off A/D module */
  290.         ADCON0bits.ADON = 0;

  292.         /***************************************************/




  297.         /**************** SETUP PWM ************************/
  298.        
  299.         /* Configure PWM pins P1A and P1B as inputs. */
  300.         TRISBbits.TRISB3 = 1;
  301.         TRISBbits.TRISB2 = 1;

  303.         /* Use PR2 to set the PWM period */
  304.         PR2 = 0xFF;

  306.         // Equation 15-1 PWM Period = [(PR2 + 1)] * 4 * TOSC * TMR2 Prescaler
  307.         // or about 1 / 490Hz

  309.         /* Set PWM Mode with P1A as a single modulated output */
  310.         CCP1CONbits.CCP1M0 = 0;
  311.         CCP1CONbits.CCP1M1 = 0;
  312.         CCP1CONbits.CCP1M2 = 1;
  313.         CCP1CONbits.CCP1M3 = 1;
  314.         CCP1CONbits.P1M0 = 0;
  315.         CCP1CONbits.P1M1 = 0;

  317.         /* LSB of the PWM duty cycle */
  318.         CCP1CONbits.DC1B1 = 0;
  319.         CCP1CONbits.DC1B0 = 0;

  321.         /* MSB of the PWM duty cycle */
  322.         CCPR1L = 0x00;
  323.        
  324.         /* Configure TMR2 */
  325.         PIR1bits.TMR2IF = 0;        // Clear interupt flag for TMR2 equal to PR2
  326.         T2CONbits.T2CKPS1 = 1;  // Set prescaler to 16 to decrease PWM frequency
  327.         T2CONbits.T2CKPS0 = 1;

  329.         T2CONbits.TMR2ON = 1; // Turn on Timer2
  330.        
  331.         /* Wait for the TMR2IF flag go high before procedding */
  332.         while (!(PIR1bits.TMR2IF))
  333.         {
  334.                 int temp = 0;
  335.         }       

  337.         /* Set the PWM pins P1A and P1B as outputs. */
  338.         TRISBbits.TRISB3 = 0;
  339.         TRISBbits.TRISB2 = 0;

  341.         ECCPASbits.ECCPASE = 0;
  342.         /*****************************************************/

  344.         /***************** SET OSC SPEED *********************/

  346.     //OSCCONbits.IRCF0 = 1;
  347.         //OSCCONbits.IRCF1 = 1;
  348.         //OSCCONbits.IRCF2 = 1;

  350.     OSCCONbits.IRCF0 = 1;
  351.         OSCCONbits.IRCF1 = 1;
  352.         OSCCONbits.IRCF2 = 1;

  354.         /*****************************************************/
  355.        


  358.         // This line is part of the initial check sequence and is not
  359.         // needed for normal operation:
  360.         desiredCounter = 0;

  362.         trigger = 0;
  363.         stepPulses = 0;
  364.         currentCounter = 0;
  365.        


  368.         set_motor_output( 0, 0 );


  371.         /****************** ENABLE INTERRUPTS *****************/
  372.         INTCONbits.GIEH = 1;                 // Enable global interrupts
  373.         INTCONbits.GIEL = 1;                 // Enable peripheral innterupts
  374.         /******************************************************/
  375.        
  376.         while (1)
  377.         {

  379.                 INTCONbits.GIEH = 0;
  380.                         tempTrigger = trigger;
  381.                 INTCONbits.GIEH = 1;
  382.                
  383.                 if ( tempTrigger )
  384.                 {       

  386.                         INTCONbits.GIEH = 0;
  387.                                 trigger = 0;
  388.                                 tempCurrentCounter = currentCounter;
  389.                                 tempStepPulses = stepPulses;
  390.                                 stepPulses = 0;

  392.                                 // Check if step pin has been held HIGH.  If it has been held HIGH
  393.                                 // long enough to indicate a HOME command, set home flag, otherwise
  394.                                 // just increment stepHighCounter.  stepHighCounter gets reset in
  395.                                 // in interrupt routine that reads step and direction lines.  
  396.                                 if (stepHighCounter) {
  397.                                         if (stepHighCounter > stepHomeThreshold) {
  398.                                                 homeFlag = 1;
  399.                                                 stepHighCounter = 0;
  400.                                                 homeDir = PORTBbits.RB1; //set home direction to direction input pin
  401.                                         }
  402.                                         else {
  403.                                                 if (PORTBbits.RB0) {
  404.                                                         stepHighCounter++;
  405.                                                 }
  406.                                         }
  407.                                 }
  408.                                 //stepTimerFoo++;
  409.                                 //tempStepTimerFoo = stepTimerFoo;
  410.                         INTCONbits.GIEH = 1;
  411.        


  414.        
  415.                         // if tempStepTimerFoo > something
  416.                         //    then set homeFlag, set homeDir

  418.                         // if homeflag
  419.                                 // if homeswitch
  420.                                 //                turn off homing
  421.                                 //        else
  422.                                 //                set motor go to home in homeDir direction
  423.                                 //        end
  424.                         //else
  425.                         //        do normal motor control
  426.                         //end
  427.                                
  428.                




  433. /*
  434.                         INTCONbits.GIEH = 0;
  435.                                 trigger = 0;
  436.                         INTCONbits.GIEH = 1;

  438.                        

  440.                         //if (PORTAbits.RA1)
  441.                         //        PORTAbits.RA1 = 0;
  442.                         //else
  443.                         //        PORTAbits.RA1 = 1;

  445.                         INTCONbits.GIEH = 0;
  446.                                 tempCurrentCounter = currentCounter;
  447.                                 tempStepPulses = stepPulses;
  448.                                 stepPulses = 0;
  449.                         INTCONbits.GIEH = 1; */

  451.                 //        velocity = (tempCurrentCounter - prevCounter)*counterToSpeedScalar;
  452.                 //        prevCounter = tempCurrentCounter;

  454.                                
  455.                         // Uncomment this for normal operation
  456.                         desiredCounter = desiredCounter + (tempStepPulses*numCountsPerStep);
  457.                        


  460.                         if (homeFlag) // If we are in homing mode
  461.                         {
  462.                                 if (PORTAbits.RA0) // if homeswitch is ON
  463.                                 {
  464.                                         // We're home!
  465.                                         set_motor_output(0,0);
  466.                                         homeFlag = 0;
  467.                                         desiredCounter = 0;
  468.                                        
  469.                                         // turn off interrupts to clear sensitive variables
  470.                                         INTCONbits.GIEH = 0;
  471.                                                 currentCounter = 0;
  472.                                         INTCONbits.GIEH = 1;
  473.                                 }
  474.                                 else // if homeswitch is OFF - we are still going home
  475.                                 {         
  476.                                         if (homeDir) // going up
  477.                                         {
  478.                                                 set_motor_output(abs(upTorqueLimit),1);
  479.                                         }
  480.                                         else // going down
  481.                                         {
  482.                                                 set_motor_output(abs(downTorqueLimit), 0);
  483.                                         }
  484.                                 }
  485.                         }
  486.                         else
  487.                         {
  488.                                 error = desiredCounter - tempCurrentCounter;
  489.                                 output =  Kp * error;

  491.                                 ////////////// Set motor output //////////////////////////////
  492.                                 //
  493.                                 // The variable "output" controls voltage to motor. Examples:
  494.                                 //
  495.                                 // this makes the motor go up:
  496.                                 // set_motor_output(30,1);
  497.                     //
  498.                                 // this makes the motor go down:
  499.                                 // set_motor_output(30,0);
  500.                                 //
  501.                                 if (output <= 0)
  502.                                 {
  503.                                         if (output < downTorqueLimit)
  504.                                         {
  505.                                                 output = downTorqueLimit;
  506.                                         }
  507.                                         set_motor_output(abs(output),0);
  508.                                 }
  509.                                 else
  510.                                 {
  511.                                         if (output > upTorqueLimit)
  512.                                         {
  513.                                                 output = upTorqueLimit;
  514.                                         }
  515.                                         set_motor_output(abs(output),1);
  516.                                 }
  517.                         }
  518.                 }
  519.         }
  520. }


复制代码

Partlist

Exported from singleAxisMotor3.sch at 2/16/2014 12:03:57 PM

EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft

Assembly variant:

Part     Value                Device               Package        Library             Sheet

C1       0.1uF                C-USC1206            C1206          rcl                 1
C2       0.1uF                C-USC1206            C1206          rcl                 1
C3       0.1uF                C-USC1206            C1206          rcl                 1
C4       0.1uF                C-USC1206            C1206          rcl                 1
C5       10.0uF               C-US025-024X044      C025-024X044   rcl                 1
C6       10.0uF               C-USC1206            C1206          rcl                 1
C7       10.0uF               C-USC1206            C1206          rcl                 1
C8       1000uF               C-US025-024X044      C025-024X044   rcl                 1
C9       1.0uF                C-USC1206            C1206          rcl                 1
C10      10nF                 C-USC1206            C1206          rcl                 1
C11      10nF                 C-USC1206            C1206          rcl                 1
IC2      7805L                7805L                TO92           linear              1
IC3      40106D               40106D               SO14           40xx                1
IC4      PIC18F1320_18PIN_DIP PIC18F1320_18PIN_DIP SO-18W         modular_robot_parts 1
JP1      PIC_KIT_2_CONN       PIC_KIT_2_CONN       PIC_KIT_2_CONN modular_robot_parts 1
JP2                           PINHD-2X4            2X04           pinhead             1
LED1                          LEDCHIPLED_1206      CHIPLED_1206   led                 1
P1       3PIN                 3PIN                 3PIN           custom              1
R1       1k                   R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R2       100k                 R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R3       1k                   R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R4       100k                 R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R5       330                  R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R6       330                  R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R7       1k                   R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R8       1k                   R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R9       330                  R-US_0207/2V         0207/2V        rcl                 1
R10      1k                   R-US_M1206           M1206          rcl                 1
R11      2.7k                 R-US_M1206           M1206          rcl                 1
R12      10k                  R-US_M1206           M1206          rcl                 1
R13      10k                  R-US_M1206           M1206          rcl                 1
TP1      1PAD                 1PAD                 1PAD           custom              1
TP2      1PAD                 1PAD                 1PAD           custom              1
TP3      1PAD                 1PAD                 1PAD           custom              1
TP4      1PAD                 1PAD                 1PAD           custom              1
TP5      1PAD                 1PAD                 1PAD           custom              1
U1       LMD18200             LMD18200             TO-220-WIDE    custom              1
X1       22-23-2021           22-23-2021           22-23-2021     con-molex           1
X2       22-23-2041           22-23-2041           22-23-2041     con-molex           1


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