【正文】 得不到結(jié)果，本模塊沒(méi)有時(shí)序仿真。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 TLP521光耦電氣隔離在各種應(yīng)用中，往往有一些遠(yuǎn)距離的開(kāi)關(guān)量信號(hào)需要傳送到控制器，如果直接將這些信號(hào)接到芯片的I/O上，有以下的問(wèn)題： ，輸入的信號(hào)可能是交流信號(hào)、高壓信號(hào)、按鍵等干接點(diǎn)信號(hào)；、雷擊、感應(yīng)電等，不經(jīng)過(guò)隔離不可靠。 所以一般信號(hào)與芯片之間傳輸時(shí)，需要光耦進(jìn)行隔離。耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。圖320所示的是本系統(tǒng)使用的TLP5214光耦器件的連線原理圖，信號(hào)由光耦的2端輸入，3端為輸出端，由圖可以看出，光耦還具有反相器的功能，NIOS II系統(tǒng)中的PWM模塊的duty寄存器中存儲(chǔ)的是一個(gè)周期頻率內(nèi)低電壓的個(gè)數(shù)，通過(guò)光耦器件到達(dá)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，PWM模塊的duty值則表示的是高電平的個(gè)數(shù)，即驅(qū)動(dòng)器件的開(kāi)通時(shí)長(zhǎng)。圖 3–20 TLP5214光耦連接原理圖 L298N驅(qū)動(dòng)電路L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋～46 V。，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載[13]。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298N內(nèi)部集成了兩個(gè)H橋以及橋臂上開(kāi)關(guān)管的推動(dòng)電路、防止橋臂直通的控制邏輯電路。其片內(nèi)有兩個(gè)相同的模塊可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，本系統(tǒng)只有一個(gè)控制目標(biāo)，只用其中一個(gè)模塊。圖 3–21 L298N內(nèi)部結(jié)構(gòu)6腳使能端接PWM信號(hào)；7腳運(yùn)行狀態(tài)控制端，接控制信號(hào)；3腳是輸出端接負(fù)載電機(jī)，9腳接邏輯電平+5V；4腳接電機(jī)工作電壓+6V。如圖322所示。在使用時(shí)，9腳接電源的同時(shí)要并接兩個(gè)電容用以保護(hù)芯片。同時(shí)，由于電機(jī)是電感器件，控制方法是PWM控制，所以要在驅(qū)動(dòng)芯片輸出端與電機(jī)之間添加續(xù)流保護(hù)電路，具體接線方法如圖附F所示。7腳是控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制端，通過(guò)7腳的狀態(tài)來(lái)改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，功能模塊如表31所示。表3 1 L298N驅(qū)動(dòng)電路功能模塊ENA(B)IN1(3)IN2(4)運(yùn)行狀態(tài)HHL正轉(zhuǎn)HLH反轉(zhuǎn)H同IN2(4)同IN1(3)急停LXX停止 VSS VSEN A OUT1EN B OUT2SENSE ASENSE BIN1IN2 OUT3IN3 OUT4IN4 GNDM+M1VDDVCC611115571112942313148 L298N圖3–22 L298N驅(qū)動(dòng)電路接線示意圖 工作電源本系統(tǒng)使用的控制目標(biāo)電機(jī)是2042測(cè)速電機(jī)，其工作電壓為+6V，考慮到驅(qū)動(dòng)電路和控制電路的功耗，所以其電源設(shè)計(jì)成一個(gè)可調(diào)的電源。電源輸入是標(biāo)準(zhǔn)生活照明電220V 50HZ,線圈繞組選用220V~12V交流10W繞組，；整流電路使用橋堆2W06，；濾波電容選用470uf電解電容，由于所需穩(wěn)壓電源只考慮電壓和電流特性所以對(duì)濾波電路要求不嚴(yán)；穩(wěn)壓電路使用的是W7805集成三端穩(wěn)壓管，保證輸出電壓最低為5V，；本電源的設(shè)計(jì)是可調(diào)式穩(wěn)壓源，所以與三端集成穩(wěn)壓管輸出端相連的是運(yùn)放LM324N，利用LM324N和一個(gè)可調(diào)電阻構(gòu)成電壓調(diào)節(jié)裝置，運(yùn)放的連接形式是電壓跟隨器[14]。電源的原理圖見(jiàn)圖附F。實(shí)體電路經(jīng)過(guò)測(cè)試，~，滿足應(yīng)用條件。 直流電機(jī)閉環(huán)控制電路 電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集，是一種通過(guò)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。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。應(yīng)用中，一般選用槽型光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)就會(huì)從槽型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)過(guò)，轉(zhuǎn)盤(pán)上有均勻分布的4個(gè)透光孔，電機(jī)轉(zhuǎn)一周，光電開(kāi)關(guān)工作4次，同時(shí)在COUNT腳上產(chǎn)生4個(gè)低脈沖。將脈沖信號(hào)除以四，再接入頻率計(jì)，就形成了電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。圖3–23 槽型光電開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)?；魻栃?yīng)自1879年霍爾首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，首先用于磁場(chǎng)測(cè)量，20世紀(jì)50年代以后，由于微電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾效應(yīng)得到極大的重視和應(yīng)用，研究、開(kāi)發(fā)出多種霍爾器件。由于霍爾傳感器具有靈敏度高、線性度好、穩(wěn)定性好、體積小和耐高溫等特性，廣泛應(yīng)用于非電量電測(cè)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)裝置和現(xiàn)代軍事技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。如圖324左圖所示，磁場(chǎng)中有一個(gè)霍爾半導(dǎo)體片，恒定電流I從A到B通過(guò)該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過(guò)霍爾半導(dǎo)體時(shí)向一側(cè)偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。霍爾電壓隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，磁場(chǎng)越弱，電壓越低。霍爾電壓值很小，通常只有幾個(gè)毫伏，但經(jīng)集成電路中的放大器放大，就能使該電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)[15]。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機(jī)械的方法來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度。圖324右圖所示的方法是用一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪作為控制磁通量的開(kāi)關(guān)，當(dāng)葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動(dòng)軸的某一位置，利用這一工作原理，可將霍爾集成電路片用作用點(diǎn)火正時(shí)傳感器?；魻栃?yīng)傳感器屬于被動(dòng)型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點(diǎn)使它能檢測(cè)轉(zhuǎn)速低的運(yùn)轉(zhuǎn)情況圖 3 24 霍爾效應(yīng)傳感器工作原理本系統(tǒng)的控制目標(biāo)2042測(cè)速電機(jī)所配置的就是霍爾效應(yīng)傳感器，其葉輪安放在電機(jī)后部，不影響其轉(zhuǎn)動(dòng)軸外延連接負(fù)載。葉輪的葉片數(shù)量為10。由于霍爾效應(yīng)傳感器輸出的信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，不能向FPGA芯片內(nèi)集成的頻率計(jì)輸入，所以，要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行整形，本系統(tǒng)利用CC40106集成施密特觸發(fā)器來(lái)完成這一工作。 電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)整理電路，其邏輯符號(hào)及電壓傳輸特性如圖325所示。由施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性可以看出，它具有如下特點(diǎn)： 1)有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。一個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出為高電平VOH，另一個(gè)穩(wěn)態(tài)輸出為低電平VOL。但是這兩個(gè)穩(wěn)態(tài)要靠輸入信號(hào)電平來(lái)維持。 2)具有滯回電壓傳輸特性。當(dāng)輸入信號(hào)高于VT+時(shí)，電路處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，VT+稱作上觸發(fā)電平或正向閾值電壓；當(dāng)輸入信號(hào)低于VT時(shí)，電路處于另一穩(wěn)定狀態(tài)，VT稱作下觸發(fā)電平或負(fù)向閾值電壓；而當(dāng)輸入信號(hào)處于兩觸發(fā)電平之間時(shí)，其輸出保持原狀態(tài)不變。 集成施密特觸發(fā)器產(chǎn)品的種類(lèi)較多，屬TTL電路的有74174174132等，屬CMOS電路的有CC4010CC4583等。 ， V左右。CMOS集成施密特觸發(fā)器具有CMOS電路電壓范圍寬的特點(diǎn)，所以工作在不同的電源電壓情況下，所得VT+、VT和ΔVT皆有一定的分散性。例如，CC40106當(dāng)電源電壓VCC=15V時(shí)，VT+＝～, VT=4~, ΔVT=~5V。當(dāng)VCC＝5V時(shí)，VT+＝～, VT =～, ΔVT=~。圖 3–25 施密特觸發(fā)器邏輯符號(hào)及電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的主要應(yīng)用是把緩慢變化的不規(guī)則信號(hào)變成良好的矩形波。其具體用途如下： 1)波形變換 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿化緩慢的周期性信?hào)變換為同頻率的矩形脈沖。2)脈沖整形 若輸入信號(hào)是一個(gè)頂部和前后沿受干擾而發(fā)生畸變的不規(guī)則波形，我們可以適當(dāng)調(diào)節(jié)施密特觸發(fā)器的回差電壓，得到整齊的矩形脈沖，需要注意的是，將施密特觸發(fā)器作整形運(yùn)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高回差電壓，才能收到較好的整形效果。如果回差電壓較小，例如ΔVT小于頂部干擾信號(hào)的幅度，不但整形效果較差，而且可能產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。但回差電壓過(guò)大，又會(huì)降低觸發(fā)靈敏度，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況靈活運(yùn)用。3)幅度鑒別 當(dāng)施密特觸發(fā)器的輸入信號(hào)是一串幅度不等的脈沖時(shí)，可以通過(guò)高速電路的VT+和VT，使只有當(dāng)輸入信號(hào)中幅度超過(guò)VT+的脈沖才能使施密特觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而得到所需要的矩形脈沖。即將輸入信號(hào)中幅度超過(guò)VT+的脈沖選出，幅度較小的脈沖消除，所以具有幅度鑒別能力。，相對(duì)于TTL系列的施密特觸發(fā)器來(lái)說(shuō)，其最大的優(yōu)勢(shì)在于輸入電壓范圍大，可以對(duì)更多的信號(hào)進(jìn)行整形等操作，圖326是CC40106內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖附F中包含CC4016的接線方式，表32是CC40106的主要靜態(tài)參數(shù)。表32 集成施密特觸發(fā)器CC40106的主要靜態(tài)參數(shù)電源電壓VDDVT+最小值VT+最大值VT－最小值VT－最大值ΔVT最小值ΔVT最大值單位5V10V1545V圖3–26 CC40106內(nèi)部結(jié)構(gòu) 本章小結(jié)本章以四個(gè)部分詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)主體框架的任務(wù)設(shè)計(jì)中派生了控制器各部分模塊，PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)控制電路、頻率計(jì)、顯示譯碼四大模塊又是本章中的核心部分。詳細(xì)講解了如何自定制基于Avalon總線的外設(shè)，在這章里不僅給出了設(shè)計(jì)思想，同時(shí)還說(shuō)明了設(shè)計(jì)任務(wù)的系統(tǒng)操作程序，給出了相關(guān)的原理示意圖，以及某些模塊的配置文件等。 FPGA片上系統(tǒng)頂層文件見(jiàn)附錄D，總體電氣連接圖見(jiàn)附錄F。第4章 基于IDE環(huán)境的軟件工程設(shè)計(jì)基于Nios II的嵌入式控制系統(tǒng)是軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)，Nios II軟核處理器是系統(tǒng)的核心，軟件程序則是運(yùn)行在Nios II軟核上，用以利用Nios II軟核對(duì)控制器進(jìn)行控制的。本章詳細(xì)介紹了創(chuàng)建IDE工程的過(guò)程，同時(shí)對(duì)于控制系統(tǒng)軟件的部分功能函數(shù)進(jìn)行注釋解讀，說(shuō)明控制過(guò)程。 控制系統(tǒng)軟件主體構(gòu)架打開(kāi)Nios II IDE軟件，新建C/C++工程，選擇Hello Word模版，SOPC系統(tǒng)PTF文件要指定正確，新建一個(gè)LIBRARY，完成IDE工程的創(chuàng)建。具體操作過(guò)程見(jiàn)圖41至圖44。圖4–1 選擇新建工程圖4–2 選擇新建工程類(lèi)型圖4–3 選擇工程模版以及指定目標(biāo)硬件PTF文件路徑圖4–4 選擇新建一個(gè)library根據(jù)硬件的配置和要完成的工作，確定工程頭文件所要包含的庫(kù)文件都有哪些，之后再編寫(xiě)程序。圖 4–5 工程包含的文件控制系統(tǒng)軟件的主體架構(gòu)，要滿足于所需的控制形式，主體流程圖如圖46所示。 控制軟件各工作模式 單速工作模式該模式為開(kāi)環(huán)控制模式，手動(dòng)輸入PWM占空比數(shù)值，控制電機(jī)按照指定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，使用該模式時(shí)需要確認(rèn)電動(dòng)機(jī)的工作特性，即PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系。該模式流程圖如圖47所示。系統(tǒng)初始化選擇控制模式進(jìn)入相應(yīng)工作模式是否有控制中斷是否工作異常終止控制程序，PWM信號(hào)全1值返回/退出是否否退出是返回圖 4–6 IDE軟件工程主體構(gòu)架流程框圖進(jìn)入工作模式輸入PWM信號(hào)占空比是否有控制中斷是否工作異常終止控制程序，PWM信號(hào)全1值返回/退出否是否是退出返回圖 4–7 單速工作模式流程示意圖 分級(jí)定速工作模式該工作模式為閉環(huán)控制工作模式，系統(tǒng)預(yù)設(shè)四個(gè)工作速度級(jí)別，進(jìn)入該工作模式后選擇需要的工作速度，系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)速度級(jí)別的閉環(huán)工作模式。該模式的工作軟件流程圖如下。否進(jìn)入工作模式選擇速度級(jí)別閉環(huán)控制是否有控制中斷是否工作異常返回/退出終止控制程序，PWM信號(hào)全1值否是是退出返回圖 4–8 速度級(jí)別選擇工作模式流程示意圖 實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作模式返回選擇該工作模式時(shí)，電機(jī)工作在初始狀態(tài)（PWM占空比為0x7ffffff）,系統(tǒng)掃描鍵盤(pán)操作，確定是增加占空比數(shù)值還是減小占空比數(shù)值，根據(jù)用戶的需求實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，本模式為開(kāi)環(huán)工作模式。本模式工作流程圖如圖49所示。否進(jìn)入工作模式是否有按鍵按下按鍵種類(lèi)加/減PWM信號(hào)占空比是否有控制中斷是否工作異常返回/退出終止控制程序，PWM信號(hào)全1值維持運(yùn)行狀態(tài)否