【正文】 LF2407上的IOPF3和IOPF4引腳。圖中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端有電壓。TPS7333 電源轉(zhuǎn)換芯片作為5V 的高性能穩(wěn)壓芯片。此種方式采用NE555作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號(hào)。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，幾乎不添加其它外圍元件就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，使得驅(qū)動(dòng)電路功耗相對(duì)較小，而且目前市場(chǎng)上此類芯片種類齊全，價(jià)格也比較便宜。CAN模塊有6個(gè)郵箱（MBOX0—MBOX5）；有用于0，1,2和3號(hào)的郵箱的本地屏蔽寄存器和15個(gè)控制/狀態(tài)寄存器。（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，被控制或被檢測(cè)的對(duì)象，如溫度、壓力、流量、速度等都是連續(xù)變化的物理量，通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎ㄈ鐪囟葌鞲衅鳌毫鞲衅?、光電傳感器等）將他們轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的電壓或電流（即模擬量）。捕獲單元：捕獲單元被用于高速I/O的自動(dòng)管理器，它監(jiān)視輸入引腳上信號(hào)的變化，記錄輸入事件發(fā)生時(shí)的計(jì)數(shù)器值，即記錄下所發(fā)生事件的時(shí)刻。不但有高性能的C2XX CPU內(nèi)核，配置有高速數(shù)字信號(hào)處理的結(jié)構(gòu)，且有控制電機(jī)的外設(shè)。第三，DSP運(yùn)算速度快，控制策略中可以使用先進(jìn)的實(shí)時(shí)算法，如自適應(yīng)控制、卡爾曼濾波、狀態(tài)預(yù)估等，大大提高控制系統(tǒng)的品質(zhì)。同時(shí)DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。數(shù)字控制器與模擬控制器相比較，具有可靠性高、參數(shù)調(diào)整方便、更改控制策略靈活、控制精度高、對(duì)環(huán)境因素不敏感等優(yōu)點(diǎn)。 課題研究的目的及意義長(zhǎng)期以來，直流電機(jī)一直占據(jù)著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著更為廣泛的應(yīng)用。該芯片集DSP信號(hào)高速處理能力及適用于電機(jī)控制優(yōu)化的外圍電路于一體，可以為高性能傳動(dòng)控制技術(shù)提供可靠高效的信號(hào)處理與控制硬件。用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的選型很多。另一方面，由于應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電機(jī)的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高，如變頻器控制的異步電機(jī)及伺服系統(tǒng)即是典型的例子[1]。使用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來解決電機(jī)控制器不斷增加的計(jì)算量和速度需求是目前較為普遍的做法。其次，基于DSP芯片制造的電機(jī)控制器可以降低對(duì)傳感器等外圍器件的要求。DSP控制單元：對(duì)來自上位機(jī)的給定信號(hào)和來自傳感器的反饋信號(hào)按一定的算法進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的PWM波，經(jīng)過光電隔離部分，送給功率驅(qū)動(dòng)單元；功率驅(qū)動(dòng)單元：對(duì)來自DSP控制器的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后送給直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載；速度檢測(cè)單元：采集電機(jī)的速度信息，并送給主控制器；顯示單元：將采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信息予以顯示；通信單元：負(fù)責(zé)主控制器與上位機(jī)及外設(shè)的信息交換。與其有關(guān)的比較寄存器可用作比較功能或PWM波形發(fā)生。的A、B兩路信號(hào)和同步脈沖信號(hào)C。SCI支持半雙工和全雙工操作，發(fā)送器和接收器的操作可以通過中斷或轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志來完成。但方案二的霍爾傳感器的采購(gòu)不是很方便，故采用方案三，它具有方案二的幾乎所有的優(yōu)點(diǎn)。 鍵盤顯示方案論證方案一：采用34鍵盤，可直接通過鍵盤輸入設(shè)定值。B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t2不變，只改變t1，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。占空比的變化范圍為0l。圖33 L298N接口電路 速度檢測(cè)單元的設(shè)計(jì)速度檢測(cè)單元通過傳感器采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，并傳送給主控制器，同時(shí)與主控制器構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)回路[7]。DSP在每個(gè)周期內(nèi)對(duì)鍵盤進(jìn)行一次掃描，即定時(shí)掃描方式，若有按鍵引起的中斷，則程序執(zhí)行相應(yīng)的指令。具體電路連接如圖39所示。主程序流程圖如圖41所示。通用定時(shí)器T1的計(jì)數(shù)器不斷與比較寄存器的值相比較，當(dāng)兩個(gè)值發(fā)生匹配時(shí)，比較單元的兩個(gè)輸出將根據(jù)方式控制寄存器ACTRA中的位進(jìn)行跳變。圖44 捕獲中斷流程圖 PID控制算法在絕大多數(shù)工業(yè)控制中，例如過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、速度伺服控制以及位置伺服控制，使用最多的控制方法一般是PID控制。本設(shè)計(jì)中基于L F2407的PID控制器的實(shí)現(xiàn)框圖如圖46所示。在導(dǎo)入文件之前必須確保DSP與PC機(jī)的連接已經(jīng)被系統(tǒng)識(shí)別，這就需要準(zhǔn)確無誤的將TDS510 DSP仿真器的驅(qū)動(dòng)軟件安裝成功。隨著自動(dòng)控制水平的不斷提高，采用新的控制方法，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，功能更加完善。（3）各種限制保護(hù)功能（如限流、過壓保護(hù)）需要做進(jìn)一步的研究。系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)如表51所示。 系統(tǒng)調(diào)試在硬件和軟件都準(zhǔn)備充足的前提下，就可以進(jìn)行系統(tǒng)的總體調(diào)試了。所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量。整個(gè)過程稱為生了捕獲事件。如“INT4 B _cap4int”則是通過四號(hào)中斷開啟捕獲功能。由此可見，與DSP系統(tǒng)硬件相結(jié)合的控制軟件的編制是控制器中很重要的一環(huán)。1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。圖36 電平轉(zhuǎn)換電路 按鍵控制單元的設(shè)計(jì)鍵盤用于實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和控制命令的輸入，鍵盤輸入也是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種輸入方式。需要注意的是，三個(gè)引腳信號(hào)都應(yīng)通過光電隔離的變換后再作用于L298N，目的是為了防止因電機(jī)啟動(dòng)停止瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖對(duì)主控制器的影響。這樣，對(duì)應(yīng)著輸入的電平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖中所示。 功率驅(qū)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)功率驅(qū)動(dòng)單元是對(duì)來自DSP控制器的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后送給直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載。方案二：基于DSP由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM。方案三：采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。該模塊能夠?qū)?6個(gè)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換，通道的轉(zhuǎn)換順序可以編程選擇。CAP4，CAP5，CAP6可選擇通用定時(shí)器3或4作為它們的時(shí)基，同樣CAP4和CAP5也一定要選擇相同的定時(shí)器作為它們的時(shí)基。（1）事件管理器EVA和EVBTMS320LF2407提供兩個(gè)事件管理器EVA和EVB模塊，每個(gè)模塊包含兩個(gè)通用（GP）定時(shí)器、3個(gè)全比較/PWM單元、3個(gè)捕獲單元和一個(gè)正交編碼脈沖電路。最后，在越來越多的場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車、紡織行業(yè)、水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)等，他們往往是規(guī)模比較大，時(shí)序、組合邏輯都很復(fù)雜的情況，這時(shí)如果同時(shí)運(yùn)用DSP芯片和一些其它的可編程邏輯器件可以大大減小系統(tǒng)的體積、提高系統(tǒng)運(yùn)算能力，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制。程序和數(shù)據(jù)在同一空間存取，同一時(shí)刻只能單獨(dú)訪問指令和數(shù)據(jù)、ALU只能做加法，乘法需要由軟件來實(shí)現(xiàn)，因此占用較多的指令周期，也就是說速度比較慢。許多設(shè)備試圖使用8位或是準(zhǔn)16位的微處理器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制，然而它們的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算功能都阻礙了這一要求的實(shí)現(xiàn)。另外，由DSP的特點(diǎn)量身訂做，可以在其它的控制系統(tǒng)中根據(jù)不同的要求進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)，進(jìn)而來構(gòu)成硬件系統(tǒng)，這樣既便于設(shè)計(jì)思想的物化，又使得設(shè)計(jì)系統(tǒng)更加緊湊，不浪費(fèi)資源。有不少的研究者己經(jīng)在用DSP作為控制器進(jìn)行研究?；贒SP的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：直流電機(jī)由于勵(lì)磁磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)完全解耦，可以獨(dú)立控制，因此具備良好的調(diào)速性能，出力大、調(diào)速范圍寬和易于控制，廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機(jī)械式的、雙機(jī)組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機(jī)式的發(fā)展過程。本直流電機(jī)控制系統(tǒng)采用經(jīng)典的數(shù)字增量式PID控制算法，在本文中對(duì)數(shù)字增量式PID控制的理論、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。例如，在很多領(lǐng)域（如工業(yè)、家電和汽車），用戶希望使用效率高且去掉霍爾效應(yīng)傳感器的電機(jī)。所以，結(jié)構(gòu)上的差異使DSP器件比準(zhǔn)16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快810倍，完成一次乘法運(yùn)算快1630倍。 課題研究的內(nèi)容本文主要研究基于DSP的直流電機(jī)控制系統(tǒng)，通過控制算法和調(diào)速方法的分析，利用電機(jī)調(diào)速、DSP芯片控制、上位機(jī)通信、按鍵模塊等的基本原理及相關(guān)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的速度控制。事件管理器位用戶提供了眾多的功能和特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制中特別有用。每個(gè)單元各有一個(gè)兩級(jí)的FIFO緩沖堆棧。（4）串行通信接口（SCI）模塊2407器件的串行通信接口（SCI）模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通信異步接收/發(fā)送（UART）可編程串行通信接口。方案二：采用霍爾傳感器，霍爾元件是磁敏元件，在被測(cè)的旋轉(zhuǎn)體上裝一磁體，旋轉(zhuǎn)時(shí)，每當(dāng)磁體經(jīng)過霍爾元件，霍爾元件就發(fā)出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)放大整形得到脈沖信號(hào)，送運(yùn)算。用DSP控制達(dá)林頓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。在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比是一個(gè)重要參數(shù)。直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值為： （32）公式（32）中為占空比，=。本設(shè)計(jì)中的光電隔離采用的是高速光耦6N137，信號(hào)經(jīng)過6N137的隔離后不改變邏輯狀態(tài)。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。VCC（15腳）和地線GND（16腳），其控制原理與14腳的LCD完全一樣，1602引腳功能如表33所示。直流電機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想[2]，主要包括主程序和中斷服務(wù)程序兩大模塊。 PWM波發(fā)生程序本系統(tǒng)中，PWM的設(shè)計(jì)應(yīng)以盡量少的占用CPU資源，同時(shí)減少功率器件的開關(guān)損耗，并滿足電流控制的要求為最終目的。每發(fā)生一次捕獲事件，新計(jì)數(shù)值就將存入FIFO隊(duì)列，CAPFIFO寄存器中相應(yīng)的狀態(tài)位可自動(dòng)調(diào)整以反映FIFO隊(duì)列的新標(biāo)志[13]。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的控制量是增量，而不是位置量的絕對(duì)數(shù)值時(shí)，可以使用增量式PID控制算法進(jìn)行控制。首先按照自己事先設(shè)計(jì)好的電路圖進(jìn)行連接，由于該系統(tǒng)較為復(fù)雜，模塊部分較多，排線的連接應(yīng)格外小心，對(duì)于每根排線的接頭我都是用絕緣的橡膠層包裹起來。表51 系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)按 鍵次 數(shù)占空比理想電壓（V）實(shí)測(cè)電壓（V）轉(zhuǎn) 速(r/s) K1131102156365K2N 0000K3131152162371雖然系統(tǒng)調(diào)試過程中會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，且存在一些干擾現(xiàn)象，但這些都是在所難免的。隨著DSP在電機(jī)控制領(lǐng)域更加廣泛的應(yīng)用，相信在未來的電子行業(yè)里，DSP控制技術(shù)將會(huì)取得飛速的發(fā)展。結(jié)論直流電機(jī)具有良好的機(jī)械特性，能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速、制動(dòng)、起動(dòng)和正反轉(zhuǎn)等共呢，目前在各大領(lǐng)域中占據(jù)主要地位。編譯成功之后系統(tǒng)會(huì)生成一個(gè)out文件，該文件就相當(dāng)于單片機(jī)仿真的hex文件，只需要將此文件導(dǎo)入芯片中，程序就可以在DSP上運(yùn)轉(zhuǎn)起來了。增量式PID控制算法與位置式PID算法相比，計(jì)算量小得多，因此在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用。流程圖如圖44所示。與PWM波形發(fā)生相聯(lián)系的外設(shè)控制寄存器有COMCONA, ACTRA, T1PR, DBTCONA, CMPR1等組成。 主程序的設(shè)計(jì) 主程序主程序主要完成系統(tǒng)和各子程序的初始化，并啟動(dòng)系統(tǒng)定時(shí)器，進(jìn)入循環(huán)體，并定時(shí)進(jìn)行按鍵中斷掃描和調(diào)用顯示子程序[16]。數(shù)據(jù)端和LF2407的IOPC口連接。本設(shè)計(jì)中的按鍵模塊是電機(jī)控制的關(guān)鍵，通過按鍵的輸入可以實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能。同樣，當(dāng)電機(jī)要求反轉(zhuǎn)時(shí)，IOPF3給出低電平信號(hào)，IOPF4給出高電平信號(hào)。如，一個(gè)PWM的頻率是1000Hz，那么它的時(shí)鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)