【文章內(nèi)容簡介】 PWM 輸出在每個周期開始時總是高電平，除非輸出保持恒定低電平。雙邊沿控制 PWM 輸出可在一個周期內(nèi)的任何位置產(chǎn)生邊沿，這樣可同時產(chǎn)生正脈沖和負脈沖。 雙邊沿控制的 PWM 輸出可編程為正脈沖或負脈沖，輸出規(guī)則為： （ 1） 在一個 PWM 周期結(jié)束 時 (與下一個 PWM 周期的開始重合的時間點 )，使用下一個 PWM 周期的匹配值，例外如規(guī)則 （ 3） ； （ 2） 等于 0 或當(dāng)前 PWM 速率 (與匹配通道 0 的值相同 )的匹配值有效。例外 如規(guī)則 （ 3） 。例如，在 PWM 周期開始時的下降沿請求與 PWM 周期結(jié)束時的下 降沿請求等效； （ 3） 當(dāng)匹配值正在改變時，如果其中有一個舊匹配值等于 PWM 速率，并且新的匹配值不等于 0 或 PWM 速率，舊的匹配值不等于 0，那么舊的匹配值將再次被使用； LPC 2114P 0 . 16P 0 . 17 P 0 . 18 P 0 . 19VCC1END12341025262736P 0 . 0P 0 . 1P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 324P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 728293023PD 5 ( PWM )11PD 735VCC17邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 （ 4） 如果同時請求 PWM 輸出置位和清零，則清零優(yōu)先。當(dāng)置位和清零匹配值相同，或者置位或清 零等于 0 并且其它值等于 PWM 速率時，可能發(fā)生這種狀況； （ 5） 如果匹配值超出范圍 (大于 PWM 速率值 )，將不會發(fā)生匹配時間，匹配通道對輸出不起作用。也就是說， PWM 輸出將一直保持一種狀態(tài)，可以為低電平、高電平或者“無變化”輸出。 脈沖周期和寬度可以是任何的定時器計數(shù)值，這樣可實現(xiàn)靈活的分辨率和重復(fù)速率的設(shè)定。所有 PWM 輸出都以相同的重復(fù)速率發(fā)生。 匹配寄存器更新與脈沖輸出同步，防止產(chǎn)生錯誤的脈沖。軟件必須在新的匹配值生效之前將它們釋放。 PWM 輸出引腳和直流電機的速度控制 當(dāng) PWM 匹配寄存 器用于產(chǎn)生 PWM 信號時， PWM 鎖存使能寄存器用于控制PWM 匹配寄存器的更新。當(dāng)定時器處于 PWM 模式時，如果軟件對 PWM 匹配寄存器位置執(zhí)行寫操作，則寫入的值將保存在下一個映像寄存器中。當(dāng) PWM 匹配 0事件發(fā)生時 (在 PWM 模式下，通常也會復(fù)位定時器 )，如果對應(yīng)的鎖存使能寄存器已經(jīng)置位，那么映像寄存器的內(nèi)容將傳送到實際的匹配寄存器中。此時，新的值將生效并決定下一個 PWM 周期。當(dāng)發(fā)生新值傳送時， PWMLER 中的所有位都自動清零。在 PWMLER 中相應(yīng)位置位和 PWM 匹配 0 事件發(fā)生之前，任何寫入 PWM 匹配寄存器的值都不會影 響 PWM操作。 表 所列匯集了所有與 PWM 相關(guān)的引腳。 引腳名稱 引腳方向 引腳描述 PWM1 輸出 PWM通道 1輸出 PWM2 輸出 PWM通道 2輸出 PWM3 輸出 PWM通道 3輸出 PWM4 輸出 PWM通道 4輸出 PWM5 輸出 PWM通道 5輸出 PWM6 輸出 PWM通道 6輸出 直流電機轉(zhuǎn)向的控制 用 LPC2114 的 GPIO 引腳 ~ 控制直流電機轉(zhuǎn)速的方向。引腳~ 是通用 I/O 口，內(nèi)部無上拉電阻，輸出 /輸入方式要進行設(shè)置后才能操邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 作。 引腳連接由 GPIO 寄存器控制，引腳可以動態(tài)配置為輸入或輸出。 GPIO 包含 4個寄存器： IOPIN、 IOSET、 IODIR 和 IOCLR。 （ 1） GPIO 引腳值寄存器 IOPIN：提供 GPIO 引腳的值，反映了外部環(huán)境對引腳的影響； （ 2） GPIO 輸出置位寄存器 IOSET：與 IOCLR 寄存器一起控制輸出引腳的狀態(tài)。寫入 1 使對應(yīng)引腳輸出高電平，寫入 0 無效； （ 3） GPIO 輸出清零寄存器 IOCLR：與 IOSET 寄存器一起控制輸出引腳的狀態(tài)。寫入 1 使對應(yīng)引腳輸出低電平并清零 IOSET 寄存器中的對應(yīng)位，寫入 0 無效； （ 4） GPIO 方向寄存器 IODIR：控制每個 I/O 口的方向 (0＝輸入， 1＝輸出 )。 光電編碼器的 測速 原理 光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的 傳感器 。光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出 600 個脈沖，五線制。其中兩根為 電源 線，三根為脈沖線 (A 相、 B 相、 Z 相 )。電源的工作電壓為 （ +5～ +24V） 直流電源。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng) 發(fā)光二極管 等 電子元件 組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。的兩路脈沖信號。 光電編碼器的連線如圖 所示 圖 光電編碼器的連線圖 4321VCCCD 401061R 4 R 6( 光電編碼器 ）EncoderCD 40106VCCARM 2310邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 編碼器的輸出信號如圖 所示 ： 圖 編碼器的輸出信號圖 它輸出 A、 B 兩相相位相差 90176。 的正交方波脈沖信號 ， A 相或 B 相的每個脈沖代表被測對象旋轉(zhuǎn)的角度增量 ， 對 A 和 B 相的脈沖信號定時計數(shù)就可以計算出電機的轉(zhuǎn)速 ， 對脈沖信號累加計數(shù)就可以計算出電機的轉(zhuǎn)角。 A 相和 B 相的相位關(guān)系則反映了電機的旋轉(zhuǎn)方向。若定義 A 相超前 B 相 ， 轉(zhuǎn)動方向為正轉(zhuǎn) ； 則 B 相超前A 相時 ， 轉(zhuǎn)動方向為反轉(zhuǎn)。 編碼器的信號經(jīng)過上拉電阻 ， 再經(jīng)過 CD40106 施密特整形 ， 分別接到 LPC2114 的 PC6 和 INT1 引腳上。單片機對 INT1 的中斷次數(shù)計數(shù)來測量通道 B 的脈沖數(shù) ,讀取 PC6(即 A 相信號 )的電平狀態(tài)來判斷電機的轉(zhuǎn)動方向。以上升沿觸發(fā)為例 ， 即當(dāng) B 路信號的上升沿引起中斷時 ， 單片機判斷 PC6 信號的電平高低。若 PC6 為低電平 ,則電機為正轉(zhuǎn) ， 計數(shù)器 N 的值加 1； 若為高電平 ， 則電機為反轉(zhuǎn) ， 計數(shù)器 N 值減 1。則電機的速度即為一個采樣周期中 N 值的變化量。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖與運行過程 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示： 本控制系統(tǒng)由上位機子系統(tǒng)和下位機子系統(tǒng)組成。上位機子系統(tǒng)為主控單元，下位機子系統(tǒng)以 ARM 為核心，上位機子統(tǒng)與下位機子系統(tǒng)通過串行口進行通信。下位機采用 LPC2114 處理器，它執(zhí)行上位機指令，通過直流電機驅(qū)動電路控制直流電機的運轉(zhuǎn)。 在新的采樣周期到來時 ,光電編碼器測得的電機速度反饋信號通過 Encoder 接口反饋到 ARM2310。單片機系統(tǒng)通過通訊接口從上位機獲得電機給 定速度 ,或是單片機系統(tǒng)自行給定電機速度。單片機系統(tǒng)根據(jù)給定的運動速度與速度的反饋信號相減 ,得出偏差 ,經(jīng)過各種控制算法得出控制量。單片機再把控制量以 PWM 的形式輸出 ,經(jīng)過 L298N 功率放大 ,驅(qū)動直流電機。然后進入下一個采樣周期。 比較器 LM393 主要起到了限制過流和保護 L298N 的作用。 LM393 的同相端直接連到了一個可變電位計上 ,電位計的參考電壓是可調(diào)的。調(diào)節(jié)電位計的參考電壓能調(diào)節(jié) L298N的限流電壓。 LM393的反相端接到 L298N的 SENSEA和 SENSEB兩檢測端。當(dāng)檢測電阻兩端的電壓大于限流電壓時 ,比較器的反相端的電壓大于同相端的電壓 ,輸出端輸出低電平 ,從而把 L298N 的 EnA 和 EnB使能端拉低 L298N 停止工作。這就起到了限制過流和保護 L298N 的作用。 AB邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (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141323L 298 N 驅(qū)動模塊VS S4321VCCEncoderPC 6VCCCD 40106CD 401061 21 2R 4 R 6( 光電編碼器 ）113520+ 12 V電機電源直流電機邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 3 基于 LPC2114 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計 在簡單的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，任務(wù)沒有優(yōu)先級之分，應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，任務(wù)函數(shù)按在代碼中的順序運行，處理相應(yīng)的事務(wù)。時間相關(guān)性強的任務(wù)處理使用中斷機制，但是當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜、中斷資源有限時，中斷程序只能將處理該任務(wù)的信息條件準(zhǔn)備好后返 回。當(dāng)程序按順序沒有執(zhí)行到該任務(wù)時，該任務(wù)的執(zhí)行必須等待，所以將會造成任務(wù)每次的執(zhí)行時間間隔不定，不能及時處理緊急事務(wù)，影響系統(tǒng)的運行。這種情況在要求限定時間內(nèi)周期性處理事務(wù)的系統(tǒng)中是不允許發(fā)生的，而且只由用戶編寫的復(fù)雜程序很可能會出現(xiàn)故障。 嵌入式操作系統(tǒng)是實時操作系統(tǒng)，運行于特定的硬件平臺上，一般包括處理器、存儲器及外設(shè)器件和 I/O 端口，包括操作系統(tǒng)軟件，要求實時和多任務(wù)操作，用戶可以在其基礎(chǔ)上添加應(yīng)用程序。使用嵌入式操作系統(tǒng)的用戶只需添加所需的任務(wù)到操作系統(tǒng)中即可，既節(jié)省開發(fā)時間，又提高程序的可靠性。 系統(tǒng)移植 uC/OSII 到 LPC2114 ARM 開發(fā)板上，基于 uC/OSII 系統(tǒng)開發(fā)用戶所需的程序。此次移植采用的 C 語言編譯器為 ADS ， ADS 是 ARM 公司開發(fā)的針對于 ARM 處理器核的編譯器。 LPC2114 的引腳連接和寄存器 LPC2114 引腳連接模塊 引腳連接模塊可實現(xiàn)獨立的管腳配置，使所選管腳具有 1 個以上的功能。配置寄存器控制多路開關(guān)來連接管腳與片內(nèi)外設(shè)。片內(nèi)外設(shè)在激活與任何相關(guān)中斷使能之前必須連接到適當(dāng)?shù)墓苣_。任何使 能的外設(shè)功能如果沒有映射到相關(guān)的管腳，則被認(rèn)為是無效的。 LPC2114 的引腳連接模塊包含 3 個寄存器：引腳選擇寄存器0PINSEL0(0xE002C000)、引腳選擇寄存器 1 PINSEL1(0xE002C004)和引腳選擇寄存器 2 PINSEL2(0xE002C014)。 這三個寄存器設(shè)定控制引腳的功能。 IODIR 寄存器中的方向控制位只有在引腳選擇 GPIO 功能時才有效。 要完成直流電機的調(diào)速功能和與上位機通信功能，暫不考慮嵌入式系統(tǒng)需要的中斷功能，至少要將以下引腳連接到對應(yīng)的功能： （ 1） 引腳 、引腳 、引腳 、引腳 選擇對應(yīng)的 GPIO 功能。且方向選擇為輸出； （ 2） 引腳 、引腳 選擇對應(yīng)的 UART0 的 TxD 和 RxD 功能； 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 （ 3） 引腳 、引腳 選擇對應(yīng)的 PWM4 和 PWM6 功能。 LPC2114 GPIO LPC2114 具有 46 個 I/O，分為 P0 端口和 P1 端口。它們都包含 4 個寄存器，運用它們可以對引腳進行靈活的控制，包括輸出值，輸入輸出方向，清零。 P0 端口GPIO 寄存器映射如表 所示。 表 GPIO 寄存器映射