【正文】 速、轉(zhuǎn)向的監(jiān)測(cè)。9 Vss 邏輯控制器部分的電源輸入端。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A ，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。4)復(fù)位：開發(fā)板在出廠時(shí)采用的是簡(jiǎn)單的“RC＋按鍵”復(fù)位形式，但保留了可靠性復(fù)位芯片 CAT811 的位置。通過按鍵實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等功能，并采用 LCD1602 顯示屏即時(shí)顯示控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息。 顯示方案選擇1) 采用 LED 數(shù)碼管顯示。4）對(duì)執(zhí)行元件來考慮，每種元件都有響應(yīng)時(shí)間，因此要求輸入信號(hào)要保持一定時(shí)間。對(duì)于本設(shè)計(jì)采用 PID 調(diào)節(jié)當(dāng)中比例環(huán)節(jié)即比例調(diào)節(jié)就能滿足設(shè)計(jì)要求，且參數(shù)以確定，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)速度快。PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 27 所示。與開環(huán)控制相比，速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性：閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比，其性能大大提高；理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率（額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比）要小得多；當(dāng)要求的靜差率相同時(shí)，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，橋式電路中晶體管的參數(shù)由于各種影響會(huì)不一致，使控制難度加大，考慮到電壓、電流的等級(jí)以及尺寸等因素。當(dāng) Q2 管和 Q3 管導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。T型雙極性驅(qū)動(dòng)由于開關(guān)管要承受較高的反向電壓，因此只用在低壓小功率直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。ARM 或單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動(dòng)地發(fā)出 PWM 脈沖波，只有在改變占空比時(shí) CPU 才進(jìn)行干預(yù)。PWM 控制信號(hào)的產(chǎn)生方法有 4 種：(1)分立電子元件組成的 PWM 信號(hào)發(fā)生器這種方法是用分立的邏輯電子元件組成 PWM 信號(hào)電路。t1 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為 0。由式可知，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。4)顯示直流電機(jī)速度 系統(tǒng)原理框架結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，本系統(tǒng)的主要功能模塊有：ARM 主控制模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、速度檢測(cè)模塊、鍵盤模塊、顯示模塊。通過光電傳感器 ST150S 實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的測(cè)試，并采用 LCD1602顯示屏即時(shí)顯示控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的信息。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備──電機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子器件及功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為 PWM 波,通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓。在開關(guān)放大器中，常采用晶體管作為開關(guān)器件，晶體管如同開關(guān)一樣，總是處在接通和斷開的狀態(tài)。其中 Ra 為電樞等效電阻；Ec 為電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，它和轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越快，反向電動(dòng)勢(shì)越大。改變BDC 電機(jī)速度的最有效方式是采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)。這一靜止磁場(chǎng)圍繞在電樞（或稱轉(zhuǎn)子）的周圍。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。4）開發(fā)軟件：IAR EmbeddedWorkbench for ARM 。開漏使能，數(shù)字輸入使能。11)模擬比較器：3 個(gè)獨(dú)立集成的模擬比較器，可以把輸出配置為：驅(qū)動(dòng)輸出管腳、產(chǎn)生中斷或啟動(dòng) ADC 采樣序列。內(nèi)部循環(huán)自檢模式可用于診斷/調(diào)試。4)16 位定時(shí)器模式：通用定時(shí)器功能，并帶一個(gè) 8 位的預(yù)分頻器；可編程單次觸發(fā)定時(shí)器；可編程周期定時(shí)器；在調(diào)試的時(shí)候，當(dāng)控制器發(fā)出 CPU 暫停標(biāo)志時(shí)，用戶可設(shè)定暫停周期或者單次模式下的計(jì)數(shù)。提供系統(tǒng)時(shí)鐘、包括一個(gè)簡(jiǎn)單的 24 位寫清零、遞減、自裝載計(jì)數(shù)器，同時(shí)具有靈活的控制機(jī)制僅采用與 Thumb174。LM3S1138微控制器還具有一個(gè)電池備用的休眠模塊，從而有效的使 LM3S1138 芯片在未被激活的時(shí)候進(jìn)入低功耗狀態(tài)。 6)環(huán)境工程與自然：水文資料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防洪體系及水土質(zhì)量監(jiān)測(cè)、堤壩安全，地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)氣象信息網(wǎng)，水源和空氣污染監(jiān)測(cè)。 2)交通管理：在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌 GPS 模塊， GSM 模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。第2階段是以嵌入式CPU和嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。并且較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)的速度控制，簡(jiǎn)化了電路，并具有精度高、快速響應(yīng)性好、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景?；舅枷刖褪抢肁RM開發(fā)板具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期(頻率)的前提下，通過軟件的方法調(diào)整PWM 的占空比，控制電機(jī)輸入電壓，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 LM3S1138引言嵌入式微控制器又稱單片機(jī)。在直流電機(jī)的運(yùn)行控制中， 通常廣泛采用脈沖寬度調(diào)制( P WM) 技術(shù)，具有響應(yīng)快 、精度高、平穩(wěn)性好等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：閉環(huán)調(diào)速；嵌入式；PWM；LM3S1138Abstract This design mainly for DC motor speed control system research and design. In the DC motor operation control, usually widely used pulse width modulation (P WM) technology, fast response, high accuracy, stability is good. DC motor speed and the motor is proportional to the voltage across, P WM modulation into the DC power supply has a frequency width (pulse duty cycle) square wave pulses with adjustable voltage, added to the DC motor armature, through changes in accounting space than the average voltage across the motor to regulate the duty cycle of the greater increase in the average voltage across the larger motor, the motor faster. DC motor drive based on the H bridge using a high voltage, high current motor drive chip L298, LM3S1138 microcontrollerbased embedded controller, driven by PWM to achieve in the L298 motor speed regulation. For the error rate, using simple, practical and adjust the ratio is better closedloop algorithm to adjust motor speed precision. Microcontroller to detect the motor speed pared with the speed set by adjusting the proportion of closedloop pulsewidth modulated square wave, thereby changing the average voltage across the motor to realize the feedback control of motor speed. Key word: Closed loop velocity modulation。將其應(yīng)用于直流電機(jī)的調(diào)速控制，有極大的使用價(jià)值。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成比例，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快。綜觀嵌入式技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段：第1階段是嵌入技術(shù)的早期階段，以功能簡(jiǎn)單的專用計(jì)算機(jī)或單片機(jī)為核心的可編程控制器形式存在，具有監(jiān)測(cè)、伺服、設(shè)備指示等功能。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括： 1)工業(yè)控制：基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的132 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。 4)家庭智能管理系統(tǒng)： 水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。 M L3S1138 微控制器的介紹 LM3S1138 微控制器的特點(diǎn) LM3S1138 是基于 ARM174。最后，LM3S1138 微控制器與Stellaris 系列的所有成員是代碼兼容的，這為用戶提供了靈活性，能夠適應(yīng)各種精確的需求。2)通用定時(shí)器：4 個(gè)通用定時(shí)器模塊(GPTM)，每個(gè)提供 2 個(gè) 16位定時(shí)器。在調(diào)試的時(shí)候，當(dāng)控制器發(fā)出 CPU 暫停標(biāo)志時(shí)，用戶可以設(shè)定暫停定時(shí)器的周期。10)ADC：獨(dú)立和差分輸入配置，用作單端輸入時(shí)有 8 個(gè) 10 位的通道（輸入） 。 輸入/輸出可承受5V， 中斷產(chǎn)生可編程為邊沿觸發(fā)或電平檢測(cè)。2）豐富的外設(shè)資源：7 組 GPIO，可配置為輸入、輸出、開漏、弱上拉等模式；4 個(gè) 32 位 Timer，每個(gè)都可拆分為 2 個(gè)獨(dú)立的 16 位子定時(shí)器，具有定時(shí)、捕獲、PWM、RTC 等豐富功能；3 路全雙工 UART，位速率高達(dá)， 16 單元接收 FIFO；和發(fā)送 FIFO，支持串行紅外協(xié)議（IrDA SIR） ；2 路 I2C，支持 100kbps 標(biāo)準(zhǔn)模式、400kbps 快速模式；2 路 SSI，兼容 Freescale SPI、MICROWIRE 、Texas Instruments；串行通信協(xié)議，位速率高達(dá)25Mbps；6 路 16 位 PWM，通過 CCP 管腳能產(chǎn)生高達(dá) 25MHz 的方波；3 個(gè)模擬比較器；8 通道 10 位 ADC，采樣速率可達(dá) 1M/s，附帶溫度傳感器；內(nèi)置看門狗定時(shí)器（WatchDog Timer） ，確保芯片可靠運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用的是有刷直流電機(jī)。對(duì)于后一種情況，定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組可以是并行、串行、或混合方式連接。電樞和定子繞組中的電流由電池或其它直流電源供給（永磁 BDC 電機(jī)沒有定子繞組） 。 直流電機(jī)的電器特性圖 11 為直流電機(jī)的等效電路圖。電源電壓越高，轉(zhuǎn)速越高。本文研究的等脈寬 PWM 法屬于相電壓控制 PWM。 直流電機(jī)的應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能和啟動(dòng)性能,具有寬廣的調(diào)速范圍，平滑的無級(jí)調(diào)速特性，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載；能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中各種特殊運(yùn)行的要求。通常選用直流電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)作精密運(yùn)動(dòng)控制?；谝陨夏繕?biāo)，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下功能：1)可通過按鍵控制兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 直流電機(jī)電樞的 PWM 調(diào)壓調(diào)速原理隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制的 PWM 控制方式已成為主流。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制 PWM 來控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。由上式可知，當(dāng)電源電壓 US 不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 Uo 取決于占空比 α 的大小，改變 α 值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。這些芯片除了有 PWM 信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。可逆 PWM 系統(tǒng)分為雙極性驅(qū)動(dòng)和單極性驅(qū)動(dòng)。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。雙極性驅(qū)動(dòng)是指電機(jī)在一個(gè) PWM 周期里，電動(dòng)機(jī)電樞電壓成正負(fù)極性的變化。同一組的開關(guān)管同步導(dǎo)通或關(guān)斷，不同組的開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷正好相反?？删幊炭刂破饔捎诰哂袛?shù)值運(yùn)算的能力和處理模擬信號(hào)量的功能，所以可設(shè)計(jì)出各種 PID 控制器，運(yùn)用于具有連續(xù)量控制的閉環(huán)系統(tǒng)；還可根據(jù)被控對(duì)象的具體特點(diǎn)和要求來調(diào)整必要的控制參數(shù)，具有監(jiān)控功能，并可以在運(yùn)行中調(diào)整參數(shù)。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分的時(shí)間常數(shù) ， 越大。滿足這一定理，采樣信號(hào)可恢復(fù)到或近似恢復(fù)為原信號(hào)，且控制周期越小，越能接近連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)。當(dāng)頻率過高對(duì)系統(tǒng)的干擾太大，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；當(dāng)頻率過低，調(diào)整占空比調(diào)速，響應(yīng)速度太慢。鑒于本系統(tǒng)顯示信息量大且復(fù)雜，LED 數(shù)碼管不足以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，故本系統(tǒng)選擇方案二。2) LDO 管腳：LM3S1138 的第 7 管腳為 LDO 輸出，通常會(huì)直接連到VDD25 管腳（14，38，62，88） ，為 CPU 內(nèi)核提供電源。U0Rx/U0Tx、U1Rx/U1Tx 為保留功能