【正文】 ART，其中一個(gè)帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口 （ 7） I2C 串行接口 （ 8） SPI 串行接口 （ 9） 兩個(gè)定時(shí)器，分別具有 4 路捕獲 /比較通道 （ 10） 多達(dá) 6 路輸出的 PWM 單元 （ 11） 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （ 12） 看門狗定時(shí)器 PWM技術(shù)簡(jiǎn)介 PWM(Pulse Width Modulation)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)就是通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行 調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形 (含形狀和幅值 )的技術(shù)。 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。本 設(shè)計(jì) 針對(duì)上邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 位機(jī) (PC 機(jī) )控制 LPC2114 片內(nèi)外設(shè)、 PC 機(jī)與 LPC2114 的實(shí)時(shí)通信做了幾方面的工作，其具體內(nèi)容與結(jié)果如下： （ 1） 介紹了 PWM 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理，對(duì)使用 L298N 型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行分析，并利用 LPC2114 ARM 芯片 輸出控制 L298N 驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)而控制直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，詳細(xì)說(shuō)明其原理和接線圖； （ 2） 移植實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng) uC/OSII 內(nèi)核到 LPC2114 ARM 芯片 ，對(duì)針對(duì)此開發(fā)板的片內(nèi)外設(shè) PWM 端口 (PWM4 和 PWM6)、 4 個(gè)引腳 (～ )寫出了驅(qū)動(dòng)程序，并開發(fā)了與上位機(jī)通信的串口驅(qū)動(dòng)模塊； （ 3） 采用 Visual c++ 作為開發(fā)工具，編寫上位機(jī)主控程序，包括控制界面和上位機(jī)與 LPC2114 的串口通信程序。在收到上位機(jī)指令后調(diào)整輸出 PWM 占空 比，要求 LPC2114 必須有和上位機(jī)通信的接口和控制電機(jī)方向的輸出引腳。用單片機(jī)控制 IGBT 管使之工作 在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。其中電機(jī)的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機(jī)為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控 制方向快速發(fā)展。 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)在 直流電機(jī) 控制 系統(tǒng)是 中最 常用的 ， 是將 高速的開關(guān)脈沖信號(hào) 輸入直流電機(jī) ，通過改變脈沖信號(hào)開關(guān)的比例，達(dá)到速度控制的效果。邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 1 緒論 引言 直流 電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 是現(xiàn)代 傳動(dòng)系統(tǒng) 中 最主要的機(jī)電能量變化形式之一。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓的電樞電壓控制法。 研究現(xiàn)狀 微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就 使 電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 得到長(zhǎng)足的發(fā)展， 使電機(jī)控制技術(shù)在近 些 年 獲得巨大的進(jìn)步 。 目前，電機(jī)調(diào)速控制模塊主要有以下三種： （ 1） 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整直流電機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的； （ 2） 采用繼電器對(duì)直流電機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整； （ 3） 采用由 IGBT 管組成的 H 型 PWM 電路。 另外， LPC2114 的工作速度盡量快。這些特性比較適合本課題的大多數(shù)要求，本課題采用 uC/OSII 作為 ARM 處理器上的操作系統(tǒng)。它經(jīng)歷了早期的 RTOS、專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)三個(gè)發(fā)展階 段。由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口，它也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器以及其它各種類型的應(yīng)用。脈寬調(diào)制信號(hào)可以非常方便的利用一些微處理器產(chǎn)生。 (2) 硬件調(diào)制法 硬件調(diào)制法其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。米 速度常數(shù) 2300轉(zhuǎn)每分 /伏 反電動(dòng)勢(shì)常數(shù) /轉(zhuǎn)每分 轉(zhuǎn)矩常數(shù) PWM 調(diào)速原理 在直流電機(jī)系統(tǒng)中，開關(guān)放大器提供驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需要的電壓和電流，通過改變加在電動(dòng)機(jī)上的電壓的平均值來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。其中勵(lì)磁控制法在低速時(shí)受磁極飽和的限制，在高速時(shí)受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。 t2 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。它是最早期的方式，現(xiàn)在已被淘汰了。 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及原理說(shuō)明 整個(gè)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用一種上位機(jī)、下位機(jī)二級(jí)分布式結(jié)構(gòu)。 LPC2114 上運(yùn)行實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和高效性。單片機(jī)的 PWM輸出引腳 (PD4 或 PD5)接 L298N 的 EnA, EnB引腳 ,它控制著電機(jī)轉(zhuǎn)速大小 。 4 個(gè)開關(guān)管分成兩組， T T4 為一組， T T3 為另一組。 圖 反轉(zhuǎn)時(shí)的電流波形圖 采用 L298N 實(shí)現(xiàn)雙極性控制 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在輕載下工作時(shí)，負(fù)載使電樞電流很小，電流波形基本上圍繞橫軸上下波動(dòng)，電流的方向也在不斷地變化，如圖 所示。在每個(gè)PWM 周期的 t1~t2 區(qū)間， T T4 截止。 IN1 與 IN IN3 U 0o tiott 1t 2邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 與 IN4 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)， ENA、 ENB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。雙邊沿控制 PWM 輸出可在一個(gè)周期內(nèi)的任何位置產(chǎn)生邊沿，這樣可同時(shí)產(chǎn)生正脈沖和負(fù)脈沖。 匹配寄存器更新與脈沖輸出同步，防止產(chǎn)生錯(cuò)誤的脈沖。 表 所列匯集了所有與 PWM 相關(guān)的引腳。 光電編碼器的 測(cè)速 原理 光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的 傳感器 。的兩路脈沖信號(hào)。若 PC6 為低電平 ,則電機(jī)為正轉(zhuǎn) ， 計(jì)數(shù)器 N 的值加 1； 若為高電平 ， 則電機(jī)為反轉(zhuǎn) ， 計(jì)數(shù)器 N 值減 1。單片機(jī)再把控制量以 PWM 的形式輸出 ,經(jīng)過 L298N 功率放大 ,驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。 AB邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 12345678P 1 . 0 / TP 1 . 1 / TP 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7INT 1VC CV 121...UA R T 01R XDTXD3435LP C 2114ENDP 0 . 16P 0 . 17 P 0 . 18 P 0 . 19VC CV 1END12341025262736.P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4IO P INIO S ET11121314IODIRIO C LRUA R TO 2P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 324P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 728293023AR M 2310611115P 0 . 18P 0 . 1957P 0 . 16 10P 0 . 17 12ENAENBS EN S EAS EN S EBIN 1IN 2IN 3IN 4OUT 1OUT 28OUT 3OUT 4vccPD 5 ( PWM )17VC C+32R 2LM 39384PD 7VC CR 11 12374 LS 0874 LS 141 2R 3直流電機(jī)141323L 298 N 驅(qū)動(dòng)模塊VS S4321VCCEncoderPC 6VCCCD 40106CD 401061 21 2R 4 R 6( 光電編碼器 ）113520+ 12 V電機(jī)電源直流電機(jī)邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 3 基于 LPC2114 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，任務(wù)沒有優(yōu)先級(jí)之分，應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，任務(wù)函數(shù)按在代碼中的順序運(yùn)行，處理相應(yīng)的事務(wù)。 LPC2114 的引腳連接和寄存器 LPC2114 引腳連接模塊 引腳連接模塊可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的管腳配置，使所選管腳具有 1 個(gè)以上的功能。且方向選擇為輸出； （ 2） 引腳 、引腳 選擇對(duì)應(yīng)的 UART0 的 TxD 和 RxD 功能； 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 （ 3） 引腳 、引腳 選擇對(duì)應(yīng)的 PWM4 和 PWM6 功能。對(duì)I/O 輸出控制，使用 IOSET 控制輸出 1，使用 IOCLR 控制輸出 0；通過讀取 IOPIN寄存器的值，可讀出當(dāng)前引腳狀態(tài)。 LPC2114 的啟動(dòng)代碼 針對(duì) LPC2114 需要自己編寫啟動(dòng)代碼，啟動(dòng)代碼對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化，為 C 程序的運(yùn)行提供初始環(huán)境。當(dāng)向量表中所有數(shù)據(jù)累加和為 0， Boot 裝載程序?qū)?huì)執(zhí)行用戶程序。定義堆棧的大小 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 SVC_STACK_LEGTH EQU 0 FIQ_STACK_LEGTH EQU 0 IRQ_STACK_LEGTH EQU 256 ABT_STACK_LEGTH EQU 0 UND_STACK_LEGTH EQU 0 InitStack MOV R0,LR MSR CPSR_c,0xd3 LDR SP,StackSvc。 管理模式堆?？臻g IrqStackSpace SPACE IRQ_STACK_LEGTH*4。映像一開始總是存儲(chǔ)在 ROM/Flash 里面的，所謂應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境的初始化，就是完成必要的從 ROM 到 RAM 的數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)容清零。 設(shè)置與處理器相關(guān)的 文件 （ 1） 不依賴于編譯的數(shù)據(jù)類型 不同微處理器有不同的字長(zhǎng)，在 uC/OSII 的移植過程中就必須包括一系列類型定義以確保移植正確。 /*有符號(hào) 32 位整型變量 */ typedef float fp32。該函數(shù)僅僅在多任務(wù)啟動(dòng)時(shí)被執(zhí)行一次， 用來(lái)啟動(dòng)第一個(gè)，也是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)執(zhí)行，之后多任務(wù)的調(diào)度和切換就由 OSCtxSw()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （ 4） OSTickISR()：時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù) 時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)函數(shù)的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)處理時(shí)鐘中斷，調(diào)用系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的OSTimeTick()函數(shù)，如果有等待時(shí)鐘信號(hào)的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，則需要在中斷級(jí)別上調(diào)度其執(zhí)行。為了避免不同編譯器廠商提供不同的實(shí)現(xiàn)方法所帶來(lái)的影響，以增邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 加可移植性， uC/OSII定義了 2個(gè)宏，用于關(guān) /開中斷： OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()。 32 位定時(shí)器 PWMTC 的計(jì)數(shù)頻率由 pclk 經(jīng)過 PWMPR 進(jìn)行分頻控制得到，而定時(shí)器的啟動(dòng) /停止、計(jì)數(shù)復(fù)位由 PWMTCR 控制，當(dāng)有比較事件發(fā)生時(shí)， PWMIR會(huì)設(shè)置相關(guān)的中斷標(biāo)志 (因?yàn)椴皇嵌〞r(shí)器溢出而產(chǎn)生中斷，所以圖 中采用虛線連接 )。當(dāng)要修改 PWMMR0~6 的比較值時(shí)，只有控制 PWMLER 的對(duì)應(yīng)位置位，在匹配 0 事件發(fā)生后此值才會(huì)生效 [12]。 /*設(shè)置 PWM6 占空比， PWMMR6=500*/ 定時(shí)器控制寄存器PWMTCR （ R / W )預(yù)分頻控制PWMPR （ R / W )32 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器PWMTCR （ R / W )中斷寄存器PWMTIR （ R / W )匹配比較PCLK重裝映像控制PW M LER （ R / W )比較匹配控制PW M M CR （ R / W )比較匹配值PW M M RO ~ 6 （ R / W )32 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器PW M TC （ R / W )比較PW M 輸出方式控制PW M PC R （ R / W )邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 PWMLER=0x51。 圖 主程序流程圖 LPC2114 上的主程序執(zhí)行時(shí)，啟動(dòng) uC/OSII 系統(tǒng)環(huán)境，建立主任務(wù)TaskStart。 總體程序框圖 本調(diào)速控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法 ,如圖 所示。 圖 系統(tǒng)各模塊的工作流程圖 開始初始化