【正文】 選擇了易于調(diào)速的直流電機(jī)。機(jī)器人的電路系統(tǒng)是為控制系統(tǒng)服務(wù)的，是控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。根據(jù)DSP控制器和機(jī)器人功能的設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)機(jī)器人處理器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊、SCI模塊以及ADC模塊的電路進(jìn)行設(shè)置。控制器要求具有開放式、集成化、功耗小等性能，因此設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選擇功耗小的專用功能芯片代替集成電路的搭建。硬件模塊設(shè)計(jì) 湖面清掃智能機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要包括：處理器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊、串行通信模塊和ADC模塊。1處理器模塊 TMS320LF2407A簡(jiǎn)介美國(guó)德州儀器有限公司（TI）的TMS320LF2407A DSP是為了滿足控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它把一個(gè)高性能16位的DSP內(nèi)核和片內(nèi)外設(shè)集成在一個(gè)芯片上，體現(xiàn)了SOC（System On Chip）的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。其處理速度為40兆指令/秒，為諸多領(lǐng)域提供了先進(jìn)的數(shù)字解決方案。DSP芯片內(nèi)含有豐富的硬件資源，大大減少了用戶硬件設(shè)計(jì)方面的工作，使得用戶的主要精力放在編程上，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)的軟件化。該DSP芯片有如下性能和特點(diǎn)：(1)由于采用了高性能的靜態(tài)CMOS制造技術(shù)，因此該DSP具有低功耗和高速度特點(diǎn)，低功耗有利于電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合，而高速度非常適用于電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。，有四種低消耗工作方式。單指令周期最短為25ns（40MHz），最高運(yùn)算速度可達(dá)40兆指令/秒，體系結(jié)構(gòu)采用四級(jí)流水線技術(shù)加快程序的執(zhí)行，可在一個(gè)處理周期內(nèi)完成乘法、加法和移位運(yùn)算。(2)TMS320LF2407A采用增強(qiáng)的哈佛結(jié)構(gòu)，其程序存儲(chǔ)器總線和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線相互獨(dú)立，支持并行的程序和操作數(shù)尋址，因此CPU的讀/寫可在同一周期內(nèi)進(jìn)行，這種高速運(yùn)算能力使自適應(yīng)控制、卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等復(fù)雜控制算法得以實(shí)現(xiàn)。(3)由于采用了TMS320C2XX DSP CPU的16位定點(diǎn)低功耗內(nèi)核，保證了與TMS320C24X系列DSP的代碼兼容性，允許設(shè)計(jì)者從其它通用TMS320定點(diǎn)DSP上移植程序，降低了軟件投資，縮短了開發(fā)周期。(4)片內(nèi)集成了32K字的Flash程序存儲(chǔ)器、2K字的單口RAM、544字的雙口RAM，因而使該芯片很方便地進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)?？删幊痰拿艽a保護(hù)能夠充分地維護(hù)用戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。(5)提供外擴(kuò)展64K字程序存儲(chǔ)器、64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器、64K字I/O端口的能力，外部存儲(chǔ)器接口。(6)兩個(gè)專用于電動(dòng)機(jī)控制的事件管理器（EV），每一個(gè)都包含兩個(gè)16位通用定時(shí)器，可用于產(chǎn)生采樣周期，作為全比較單元產(chǎn)生PWM輸出以及軟件定的時(shí)基。通用定時(shí)器有四種可選擇的操作模式：停止/保持模式、連續(xù)增計(jì)數(shù)模式、定向增/減計(jì)數(shù)模式和連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式。每個(gè)通用定時(shí)器都有一個(gè)相關(guān)的比較寄存器TxCMPR和一個(gè)PWM輸出引腳TxPWM。每個(gè)通用定時(shí)器都可以獨(dú)立地用于提供PWM輸出通道，可產(chǎn)生非對(duì)稱或?qū)ΨQPWM波形，因此，四個(gè)通用定時(shí)器最多可提供4路PWM輸出。另外，EV還包括一個(gè)能夠快速封鎖輸出的外部引腳PDPINTx，其狀態(tài)可從COMCONx寄存器獲得。(7)全比較單元。每個(gè)事件管理器模塊有3個(gè)全比較單元（2和3（EVA）；5和6（EVB）），每個(gè)比較單元各有一個(gè)16位比較寄存器CMPRx（對(duì)于EVA模塊，x=1，2，3；對(duì)于EVB模塊，x=4，5，6），各有兩個(gè)CMP/PWM輸出引腳，可產(chǎn)生2路PWM輸出信號(hào)控制功率器件，其輸出引腳極性由控制寄存器（ACTR）的控制位來(lái)決定，根據(jù)需要，選擇高電平或低電平作為開通信號(hào)，通過設(shè)置不同的工作方式，可選擇輸出對(duì)稱PWM波形、非對(duì)稱PWM波形或空間矢量PWM波形。(8)正交編碼脈沖電路。正交編碼脈沖（QEP）電路可以對(duì)引腳CAP1/QEP1和CAP2/QEP2上的正交編碼脈沖進(jìn)行解碼和計(jì)數(shù)，可以直接處理光電編碼器的2路正交編碼脈沖，正交編碼脈沖包含兩個(gè)脈沖序列，有變化的頻率和四分之一周期的固定相位偏移，對(duì)輸入的2路正交信號(hào)進(jìn)行鑒相和4倍頻。通過檢測(cè)2路信號(hào)的相位關(guān)系可以判斷電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)，并據(jù)此對(duì)信號(hào)進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，從而得到當(dāng)前的計(jì)數(shù)值和計(jì)數(shù)方向，即電機(jī)的角位移和轉(zhuǎn)向，電機(jī)的角速度可以通過脈沖的頻率測(cè)出。(9)捕獲單元。捕獲單元用于捕獲輸入引腳上信號(hào)的跳變，兩個(gè)事件管理器模塊總共有六個(gè)捕獲單元。當(dāng)捕獲發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置位，并向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。(10)可編程看門狗定時(shí)器，保證程序運(yùn)行的安全性。(11)A/D轉(zhuǎn)換模塊。包括兩個(gè)帶采樣/保持的各8路10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有可編程自動(dòng)排序功能，一次可執(zhí)行最多16個(gè)通道的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可工作在8個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的雙排序器工作方式或一組16個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換通道的單排序器工作方式。A/D轉(zhuǎn)換模塊的啟動(dòng)可以有事件管理器模塊中的事件源啟動(dòng)、外部信號(hào)啟動(dòng)、軟件立即啟動(dòng)等三種方式。最快A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns。(12)控制器局域網(wǎng)（CAN）模塊。是現(xiàn)場(chǎng)總線的一種，主要用于各種設(shè)備的監(jiān)測(cè)及控制。(13)串行通信口。TMS320LF2407A設(shè)有一個(gè)異步串行外設(shè)通信口（SCI）和一個(gè)同步串行外設(shè)通訊口（SPI），用于與上位機(jī)、外設(shè)及多處理器之間的通信。SCI即通用異步收發(fā)器（UART）支持RS232和RS485的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全雙工通信模式，用來(lái)與上位機(jī)的通信；SPI可用于同步數(shù)據(jù)通信，典型應(yīng)用包括TMS320LF2407A之間構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外部I/O擴(kuò)展，如顯示驅(qū)動(dòng)。(14)鎖相環(huán)電路（PLL）和等待狀態(tài)發(fā)生器。前者用于實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘選項(xiàng)；后者可通過軟件編程產(chǎn)生用于用戶需要的等待周期，以配合外圍低速器件的使用。(15)數(shù)字I/O。TMS320LF2407A有41個(gè)通用、雙向的數(shù)字I/O引腳，其中大多數(shù)都是基本功能和一般I/O復(fù)用引腳。(16)外部中斷。有五個(gè)外部中斷（功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位、不可屏蔽中斷NMI及兩個(gè)可屏蔽中斷）。(18)很寬的工作溫度范圍，普通級(jí)：40℃～125℃。TMS320LF2407A為高性能的控制提供先進(jìn)、可靠、高效的信號(hào)處理與控制的平臺(tái)，它將數(shù)字信號(hào)處理的運(yùn)算能力與面向高性能控制的能力集于一體，可以實(shí)現(xiàn)用軟件取代模擬器件，可方便地修改控制策略，修正控制參數(shù)，兼具故障監(jiān)測(cè)、自診斷和上位機(jī)管理與通信等功能，將成為控制系統(tǒng)開發(fā)的主流處理器，可廣泛應(yīng)用于：工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；能量交換器如UPS、通信電源；自動(dòng)化系統(tǒng)如電力控制、抗鎖死制動(dòng)；磁盤/光盤伺服控制和大容量存儲(chǔ)產(chǎn)品；打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和其它辦公產(chǎn)品；儀器、儀表；機(jī)器人控制等。 DSP的電源供電TI的DSP上有5類典型的電源引腳：(1)CPU核電源引腳（）(2)I/O電源引腳（）(3)PLL電路電源引腳（）(4)FLASH編程電源引腳（5V）(5)模擬電路電源