【文章內(nèi)容簡介】 單 片 機 通 過 接 受 控 制 器 發(fā) 來 的 步 進 脈 沖 ， 方 向 信 號 和 細 分 設 置 值 發(fā) 出 相 位相 差 120176。的 正 弦 波 ， 與 電 機 繞 組 反 饋 電 流 相 減 后 再 通 過 比 例 積 分 調(diào) 節(jié) 器 ， 與 15Hz頻 率的 三 角 波 進 行 電 壓 比 較 ， 生 成 正 弦 脈 寬 調(diào) 制 信 號 ， 再 經(jīng) 過 驅(qū) 動 模 塊 IR2130電 路 控 制 IGBT的 開 關(guān) ， 來 控 制 電 機 繞 組 中 的 電 流 ， 驅(qū) 動 電 機 轉(zhuǎn) 子 運 轉(zhuǎn) 。3） 開 關(guān) 電 源開 關(guān) 電 源 的 主 要 作 用 是 給 驅(qū) 動 器 內(nèi) 部 的 控 制 電 路 和 驅(qū) 動 模 塊 IR2130提 供 多 路 電 源 。 鍵盤參數(shù)輸入傳感器信號輸入串行通信接口L E D狀態(tài)顯示整流濾波步進電機霍爾電流傳感器I R 2 1 3 0D / A轉(zhuǎn)換器電流反饋信號運算電路P I調(diào)節(jié)器比較電路基準三角波發(fā)生器2 2 0 VP 0P 1A T8 9C 5 1P 1 . 2T X D / R X D細分 P W M信號輸出2相2相圖 系 統(tǒng) 的 整 體 硬 件 結(jié) 構(gòu)上 圖 反 映 了 數(shù) 模 混 合 式 pwm 的 特 征 ， 用 單 片 機 控 制 D/A 輸 出 在 與 三 角 波 比 較 得 pwm 波 形 。 硬 件 電 路 特 點 硬 件 是 由 單 片 機 、 數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 、 三 角 波 發(fā) 生 器 、 鍵 盤 電 路 組 成 的 。 各 個 系 統(tǒng) 采 用 硬 件常 州 工 學 院 電 子 信 息 與 電 氣 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書5的 數(shù) 量 也 不 相 同 ， 而 且 ， 各 個 系 統(tǒng) 可 以 根 據(jù) 需 要 任 意 擴 展 ， 也 為 計 算 機 的 廣 泛 應 用 提 供 條件 。 1)單 片 機 ： 由 它 產(chǎn) 生 數(shù) 字 信 號 。 2)數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 ： 將 單 片 機 產(chǎn) 生 的 數(shù) 字 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 模 擬 信 號 ， 或 者 將 反 饋 信 號 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù)字 信 號 。 3)三 角 波 發(fā) 生 器 ： 發(fā) 射 三 角 波 ， 在 和 轉(zhuǎn) 換 過 的 模 擬 信 號 比 較 ， 生 成 脈 寬 。4)鍵 盤 電 路 ： 調(diào) 節(jié) 電 路 。 SPWM 工 作 原 理 [7]脈 寬 調(diào) 制 技 術(shù) 建 立 在 以 下 理 論 基 礎 上 [21]:在 采 樣 控 制 理 論 中 有 一 個 重 要 的 結(jié) 論 —沖量 相 等 而 形 狀 不 同 的 窄 脈 沖 加 在 具 有 慣 性 的 環(huán) 節(jié) 上 ， 效 果 基 本 相 同 。 沖 量 指 窄 脈 沖 的 面 積 。這 里 所 說 的 效 果 基 本 相 同 ， 指 環(huán) 節(jié) 的 輸 出 響 應 波 形 基 本 相 同 。 如 把 各 輸 出 波 形 用 傅 氏 變 換分 析 ， 則 其 低 頻 段 的 特 性 非 常 接 近 ， 僅 在 高 頻 段 略 有 差 異 ， 這 是 PWM 控 制 的 重 要 理 論 基礎 。 步 進 電 機 的 相 繞 組 是 明 顯 的 質(zhì) 性 環(huán) 節(jié) ， 因 此 可 以 用 PWM 技 術(shù) 來 控 制 電 機 繞 組 的 電 流大 小 。把 正 弦 半 波 分 成 N 等 份 ， 就 可 把 正 弦 半 波 看 成 是 由 N 個 彼 此 相 連 的 脈 沖 所 組 成 的 波形 。 這 些 脈 沖 寬 度 相 等 ， 都 等 于 π /N， 但 幅 值 不 等 ， 且 脈 沖 頂 部 不 是 水 平 直 線 ， 而 是 曲線 ， 各 脈 沖 的 幅 值 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 。 如 果 把 上 述 脈 沖 序 列 用 同 樣 數(shù) 量 的 等 幅 而 不 等 寬 的 矩形 脈 沖 序 列 代 替 ， 使 脈 沖 的 中 點 和 相 應 正 弦 等 分 點 的 中 點 重 合 ， 且 使 矩 形 脈 沖 和 相 應 正 弦部 分 面 積 (沖 量 )相 等 ， 就 可 得 到 所 示 的 脈 沖 序 列 。 這 就 是 PWM 波 形 ， 可 以 看 出 ， 各 脈 沖的 寬 度 是 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 的 。 根 據(jù) 沖 量 相 等 效 果 相 同 的 原 理 ， PWM 波 形 和 正 弦 波 形 是 等效 的 。 像 這 種 脈 沖 寬 度 按 正 弦 規(guī) 律 變 化 而 和 正 弦 波 等 效 的 PWM 波 形 ， 也 稱 為 SPWM 波 形 。在 PWM 波 形 中 ， 各 脈 沖 的 幅 值 是 相 等 的 ， 要 改 變 等 效 輸 出 正 弦 波 幅 值 時 ， 只 要 按 同 一 比例 系 數(shù) 改 變 各 脈 沖 的 寬 度 即 可 。要 得 到 所 要 求 的 PWM 波 形 通 常 采 用 調(diào) 制 的 方 法 ， 就 是 把 所 希 望 的 波 形 作 為 調(diào) 制 信 號 ，把 接 受 調(diào) 制 的 信 號 作 為 載 波 (通 常 采 用 等 腰 三 角 形 )， 通 過 對 載 波 的 調(diào) 制 得 到 所 期 望 的PWM 波 形 。正 弦 pwm 的 信 號 為 正 弦 波 ， 就 是 正 弦 波 等 效 成 一 系 列 等 幅 不 等 寬 的 矩 形 脈 沖 波 形 ， 如圖 ， 這 個 由 n 個 等 幅 不 等 寬 的 矩 形 脈 沖 所 組 成 的 波 形 就 與 正 弦 波 的 半 周 期 波 形 等 效 成 為spwm 波 形 。常 州 工 學 院 電 子 信 息 與 電 氣 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書6wt圖 spwm 波 形常 州 工 學 院 電 子 信 息 與 電 氣 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書7第 3 章 相 關(guān) 器 件 性 能 介 紹 SPCE061A 的 介 紹 SPCE061A 是 繼 SPTM 系 列 產(chǎn) 品 SPCESOOA 等 之 后 凌 陽 科 技 推 出 的 又 一 款 16 位 結(jié) 構(gòu) 的微 控 制 器 。 與 SPCESOOA 不 同 的 是 ， 在 存 儲 器 資 源 方 面 考 慮 到 用 戶 的 較 少 資 源 的 需 求 以 及便 于 程 序 調(diào) 試 等 功 能 ， SPCE061A 里 只 內(nèi) 嵌 32K 字 的 閃 存 (FLASH)。 較 高 的 處 理 速 度 使SPTM 能 夠 非 常 容 易 地 、 快 速 地 處 理 復 雜 的 數(shù) 字 信 號 。 因 此 ， 與 SPCESOOA 相 比 ， 以 SPTM為 核 心 的 SPCE061A 微 控 制 器 是 適 用 于 數(shù) 字 語 音 識 別 應 用 領(lǐng) 域 產(chǎn) 品 的 一 種 經(jīng) 濟 的 選 擇 。 SPCE061A 性 能◆ 16 位 μ ’nSPTM微 處 理 器 ；◆ 工 作 電 壓 (CPU) VDD 為 ~ (I/O) VDDH 為 ~◆ CPU 時 鐘 ： ~ ；◆ 內(nèi) 置 2K 字 SRAM；◆ 內(nèi) 置 32K FLASH；◆ 晶 體 振 蕩 器 ?！?系 統(tǒng) 處 于 備 用 狀 態(tài) 下 (時 鐘 處 于 停 止 狀 態(tài) )， 耗 電 僅 為 2μ A， ◆ 2 個 16 位 可 編 程 定 時 器 /計 數(shù) 器 (可 自 動 預 置 初 始 計 數(shù) 值 )；◆ 2 個 10 位 DAC(數(shù) 模 轉(zhuǎn) 換 )輸 出 通 道 ；◆ 32 位 通 用 可 編 程 輸 入 /輸 出 端 口 ；◆ 14 個 中 斷 源 可 來 自 定 時 器 A / B 時 基 ， 2 個 外 部 時 鐘 源 輸 入 ， 鍵 喚 醒 ；◆ 具 備 觸 鍵 喚 醒 的 功 能 ；◆ 使 用 凌 陽 音 頻 編 碼 SACM_S240 方 式 ( 位 /秒 )， 能 容 納 210 秒 的 語 音 數(shù) 據(jù) ；◆ 鎖 相 環(huán) PLL 振 蕩 器 提 供 系 統(tǒng) 時 鐘 信 號 ；◆ 32768Hz 實 時 時 鐘 ；◆ 7 通 道 10 位 電 壓 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 (ADC)和 單 通 道 聲 音 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 ；◆ 聲 音 模 /數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 輸 入 通 道 內(nèi) 置 麥 克 風 放 大 器 和 自 動 增 益 控 制 (AGC)功 能 ；◆ 具 備 串 行 設 備 接 口 ；◆ 具 有 低 電 壓 復 位 (LVR)功 能 和 低 電 壓 監(jiān) 測 (LVD)功 能 ；第 3 章 相 關(guān) 器 件 性 能 介 紹8◆ 內(nèi) 置 在 線 仿 真 電 路 ICE（ In Circuit Emulator） 接 口 ；◆ 具 有 保 密 能 力 ；◆ 具 有 WatchDog 功 能 。 SPCE061A 單 片 機 硬 件 結(jié) 構(gòu) SPCE061 A 芯 片 內(nèi) 部 集 成 了 ICE(在 線 實 時 仿 真 /除 錯 器 )、 FLASH(閃 存 )、 SRAM(靜態(tài) 內(nèi) 存 )、 通 用 I/O 端 口 、 定 時 器 /計 數(shù) 器 、 中 斷 控 制 、 CPU 時 鐘 鎖 相 環(huán) (PLL), ADC(模 擬數(shù) 字 轉(zhuǎn) 換 器 ), DAC(數(shù) 字 模 擬 轉(zhuǎn) 換 器 )輸 出 、 U ART（ 通 用 異 步 串 行 輸 入 輸 出 接 曰 )、 SIO串 行 輸 入 輸 出 接 口 )、 低 電 壓 監(jiān) 測 /低 電 壓 復 位 等 模 塊 。 在 本 章 中 我 們 將 詳 細 介 紹 各 個 模塊 的 結(jié) 構(gòu) 及 應 用 。 如 圖 31 所 示 ： 圖 SPCE061A 硬 件 結(jié) 構(gòu) 圖常 州 工 學 院 電 子 信 息 與 電 氣 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 說 明 書9用 戶 寄 存 器 SP:堆 棧 指 針 R1R4 通 用 寄 存 器 BP 基 指 針 SR:段 寄 存 器 NZSC 4 個 標 志 位 DS:數(shù) 據(jù) 段 選 擇 控 制 位 PC： 程 序 計 數(shù) 器 SHIFTER 移 位 器 ALU 算 術(shù) 邏 輯 單 元 ADDRGEN 地 址 編 碼 器 μ ’NspTM 的 核 心 結(jié) 構(gòu) μ ’nSPTM 的 核 心 由 總 線 、 ALU 算 術(shù) 邏 輯 運 算 單 元 、 寄 存 器 組 、 中 斷 系 統(tǒng) 及 堆 棧 等 部分 組 成 。ALU 算 術(shù) 邏 輯 運 算 單 元μ ’nSPTM 的 ALU 非 常 有 特 色 ， 除 了 一 般 基 本 的 16 位 算 術(shù) 邏 輯 運 算 ， 還 提 供 了 結(jié) 合算 術(shù) 邏 輯 的 16 位 移 位 運 算 。 在 數(shù) 字 信 號 處 理 方 面 ， 提 供 了 高 速 的 16 位 16 位 乘 法 運算 和 內(nèi) 積 (乘 加 )運 算 。16 位 算 術(shù) 邏 輯 運 算μ ’nSPTM 與 大 多 數(shù) CPU 一 樣 ， 提 供 了 基 本 的 算 術(shù) 運 算 與 邏 輯 操 作 指 令 ， 加 法 、 減法 、 比 較 、 補 碼 、 異 或 、 或 、 與 、 測 試 、 寫 入 、 讀 出 等 16 位 算 術(shù) 邏 輯 運 算 及 數(shù) 據(jù) 傳 送操 作 。結(jié) 合 算 術(shù) 邏 輯 的 16 位 移 位 運 算μ ’nSPTM 的 移 位 運 算 包 括 ： 算 術(shù) 右 移 ASR、 邏 輯 左 移 LSL、 邏 輯 右 移 LSR、 旋 轉(zhuǎn)左 移 ROL 及 旋 轉(zhuǎn) 右 移 ROR。 μ ’nSPTM 的 移 位 器 shifter 就 串 接 在 ALU 的 前 面 ， 也 就是 說 ， 操 作 數(shù) 在 經(jīng) 過 移 位 處 理 后 ， 馬 上 會 進 入 ALU 進 行 算 數(shù) 邏 輯 運 算 。 所 以 ， μ ’nSPTM 的 移 位 指 令 都 是 復 合 式 指 令 ， 一 個 指 令 會 同 時 完 成 移 位 和 算 術(shù) 邏 輯 運 算 。 程 序 設 計第 3 章 相 關(guān) 器 件 性 能 介 紹10者 可 利 用 這 些 復 合 式 的 指 令 ， 撰 寫 更 精 簡 的 程 序 代 碼 ， 進 而 增 加 程 序 代 碼 密 集 度 (Code Density)。 在 微 控 制 器 應 用 中 ， 如 何 增 加 程 序 代 碼 密 集 度 是 非 常 重 要 的 問 題 ； 提 高 程 序代 碼 密 集 度 可 以 減 少 程 序 代 碼 的 大 小 ， 進 而 減 少 ROM 或 FLASH 的 需 求 ， 以 降 低 系 統(tǒng) 成 本與 增 加 執(zhí) 行 效 能 。16 位 *16 位 的 乘 法 運 算 和 內(nèi) 積 (乘 加 )運 算除 了 普 通 的 16 位 算 數(shù) 邏 輯 運 算 指 令 外 ， μ ’nSPTM 還 提 供 了 高 速 的 16 位 16 位乘 法 運 算 指 令 MUL， 和 16 位 內(nèi) 積 運 算 指 令 MULS。 二 者 都 可 以 用 于 有 符 號 數(shù) 相 乘 (signed signed) 或 無 符 號 數(shù) 與 有 符 號 數(shù) 相 乘 (unsigned signed)的 運 算 。 在 μ ’ 指 令 集 下 ， MUL 指 令 只 需 花 費 12 個 時 鐘 周 期 ， MULS 指令 花 費 10n+6