【正文】 得不到結果，本模塊沒有時序仿真。 直流電機驅(qū)動電路 TLP521光耦電氣隔離在各種應用中，往往有一些遠距離的開關量信號需要傳送到控制器，如果直接將這些信號接到芯片的I/O上，有以下的問題： ，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號；、雷擊、感應電等，不經(jīng)過隔離不可靠。 所以一般信號與芯片之間傳輸時，需要光耦進行隔離。耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、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、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。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，電信號傳輸具有單向性等特點，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，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。光耦合器是70年代發(fā)展起來產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級間耦合、驅(qū)動電路、開關電路、斬波器、多諧振蕩器、信號隔離、級間隔離 、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠距離信號傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設備及微機接口中。在單片開關電源中，利用線性光耦合器可構成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達到精密穩(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寄存器中存儲的是一個周期頻率內(nèi)低電壓的個數(shù)，通過光耦器件到達驅(qū)動器時，PWM模塊的duty值則表示的是高電平的個數(shù)，即驅(qū)動器件的開通時長。圖 3–20 TLP5214光耦連接原理圖 L298N驅(qū)動電路L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個四相步進電機。L298N芯片輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N可接受標準TTL邏輯電平信號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)動電感性負載[13]。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298N內(nèi)部集成了兩個H橋以及橋臂上開關管的推動電路、防止橋臂直通的控制邏輯電路。其片內(nèi)有兩個相同的模塊可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，本系統(tǒng)只有一個控制目標，只用其中一個模塊。圖 3–21 L298N內(nèi)部結構6腳使能端接PWM信號；7腳運行狀態(tài)控制端，接控制信號；3腳是輸出端接負載電機，9腳接邏輯電平+5V；4腳接電機工作電壓+6V。如圖322所示。在使用時，9腳接電源的同時要并接兩個電容用以保護芯片。同時，由于電機是電感器件，控制方法是PWM控制，所以要在驅(qū)動芯片輸出端與電機之間添加續(xù)流保護電路，具體接線方法如圖附F所示。7腳是控制電機運行狀態(tài)的控制端，通過7腳的狀態(tài)來改變電機運行狀態(tài)，功能模塊如表31所示。表3 1 L298N驅(qū)動電路功能模塊ENA(B)IN1(3)IN2(4)運行狀態(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)動電路接線示意圖 工作電源本系統(tǒng)使用的控制目標電機是2042測速電機，其工作電壓為+6V，考慮到驅(qū)動電路和控制電路的功耗，所以其電源設計成一個可調(diào)的電源。電源輸入是標準生活照明電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濾波電路要求不嚴；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，；本電源的設計是可調(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放LM324N，利用LM324N和一個可調(diào)電阻構成電壓調(diào)節(jié)裝置，運放的連接形式是電壓跟隨器[14]。電源的原理圖見圖附F。實體電路經(jīng)過測試，~，滿足應用條件。 直流電機閉環(huán)控制電路 電機轉(zhuǎn)速信號采集，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。這是目前應用最多的傳感器，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)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。應用中，一般選用槽型光電開關，當電機轉(zhuǎn)動時，安裝在電機轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)盤就會從槽型開關轉(zhuǎn)過，轉(zhuǎn)盤上有均勻分布的4個透光孔，電機轉(zhuǎn)一周，光電開關工作4次，同時在COUNT腳上產(chǎn)生4個低脈沖。將脈沖信號除以四，再接入頻率計，就形成了電機轉(zhuǎn)速反饋信號。圖3–23 槽型光電開關內(nèi)部結構。霍爾效應自1879年霍爾首次發(fā)現(xiàn)以來，首先用于磁場測量，20世紀50年代以后，由于微電子技術的發(fā)展，霍爾效應得到極大的重視和應用，研究、開發(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，廣泛應用于非電量電測、自動控制、計算機裝置和現(xiàn)代軍事技術等各個領域。如圖324左圖所示，磁場中有一個霍爾半導體片，恒定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移，使該片在CD方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。霍爾電壓隨磁場強度的變化而變化，磁場越強，電壓越高，磁場越弱，電壓越低?；魻栯妷褐岛苄?，通常只有幾個毫伏，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的信號[15]。若使霍爾集成電路起傳感作用，需要用機械的方法來改變磁場強度。圖324右圖所示的方法是用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，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火正時傳感器。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況圖 3 24 霍爾效應傳感器工作原理本系統(tǒng)的控制目標2042測速電機所配置的就是霍爾效應傳感器，其葉輪安放在電機后部，不影響其轉(zhuǎn)動軸外延連接負載。葉輪的葉片數(shù)量為10。由于霍爾效應傳感器輸出的信號是標準正弦信號，不能向FPGA芯片內(nèi)集成的頻率計輸入，所以，要對該信號進行整形，本系統(tǒng)利用CC40106集成施密特觸發(fā)器來完成這一工作。 電機轉(zhuǎn)速信號整理電路，其邏輯符號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： 1)有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。一個穩(wěn)態(tài)輸出為高電平VOH，另一個穩(wěn)態(tài)輸出為低電平VOL。但是這兩個穩(wěn)態(tài)要靠輸入信號電平來維持。 2)具有滯回電壓傳輸特性。當輸入信號高于VT+時，電路處于一個穩(wěn)定狀態(tài)，VT+稱作上觸發(fā)電平或正向閾值電壓；當輸入信號低于VT時，電路處于另一穩(wěn)定狀態(tài)，VT稱作下觸發(fā)電平或負向閾值電壓；而當輸入信號處于兩觸發(fā)電平之間時，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，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當電源電壓VCC=15V時，VT+＝～, VT=4~, ΔVT=~5V。當VCC＝5V時，VT+＝～, VT =～, ΔVT=~。圖 3–25 施密特觸發(fā)器邏輯符號及電壓傳輸特性施密特觸發(fā)器的主要應用是把緩慢變化的不規(guī)則信號變成良好的矩形波。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)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿化緩慢的周期性信號變換為同頻率的矩形脈沖。2)脈沖整形 若輸入信號是一個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)器作整形運用時，應當適當提高回差電壓，才能收到較好的整形效果。如果回差電壓較小，例如ΔVT小于頂部干擾信號的幅度，不但整形效果較差，而且可能產(chǎn)生錯誤輸出。但回差電壓過大，又會降低觸發(fā)靈敏度，所以應當根據(jù)具體情況靈活運用。3)幅度鑒別 當施密特觸發(fā)器的輸入信號是一串幅度不等的脈沖時，可以通過高速電路的VT+和VT，使只有當輸入信號中幅度超過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。即將輸入信號中幅度超過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。，相對于TTL系列的施密特觸發(fā)器來說，其最大的優(yōu)勢在于輸入電壓范圍大，可以對更多的信號進行整形等操作，圖326是CC40106內(nèi)部結構，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)部結構 本章小結本章以四個部分詳細說明了系統(tǒng)各個功能模塊的設計方法，從系統(tǒng)主體框架的任務設計中派生了控制器各部分模塊，PWM信號產(chǎn)生模塊、電機運行狀態(tài)控制電路、頻率計、顯示譯碼四大模塊又是本章中的核心部分。詳細講解了如何自定制基于Avalon總線的外設，在這章里不僅給出了設計思想，同時還說明了設計任務的系統(tǒng)操作程序，給出了相關的原理示意圖，以及某些模塊的配置文件等。 FPGA片上系統(tǒng)頂層文件見附錄D，總體電氣連接圖見附錄F。第4章 基于IDE環(huán)境的軟件工程設計基于Nios II的嵌入式控制系統(tǒng)是軟硬件相結合的系統(tǒng)，Nios II軟核處理器是系統(tǒng)的核心，軟件程序則是運行在Nios II軟核上，用以利用Nios II軟核對控制器進行控制的。本章詳細介紹了創(chuàng)建IDE工程的過程，同時對于控制系統(tǒng)軟件的部分功能函數(shù)進行注釋解讀，說明控制過程。 控制系統(tǒng)軟件主體構架打開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LIBRARY，完成IDE工程的創(chuàng)建。具體操作過程見圖41至圖44。圖4–1 選擇新建工程圖4–2 選擇新建工程類型圖4–3 選擇工程模版以及指定目標硬件PTF文件路徑圖4–4 選擇新建一個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文件都有哪些，之后再編寫程序。圖 4–5 工程包含的文件控制系統(tǒng)軟件的主體架構，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環(huán)控制模式，手動輸入PWM占空比數(shù)值，控制電機按照指定速度運轉(zhuǎn)，使用該模式時需要確認電動機的工作特性，即PWM占空比與電機轉(zhuǎn)速的線性關系。該模式流程圖如圖47所示。系統(tǒng)初始化選擇控制模式進入相應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軟件工程主體構架流程框圖進入工作模式輸入PWM信號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)預設四個工作速度級別，進入該工作模式后選擇需要的工作速度，系統(tǒng)進入相應速度級別的閉環(huán)工作模式。該模式的工作軟件流程圖如下。否進入工作模式選擇速度級別閉環(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信號全1值否是是退出返回圖 4–8 速度級別選擇工作模式流程示意圖 實時調(diào)節(jié)工作模式返回選擇該工作模式時，電機工作在初始狀態(tài)（PWM占空比為0x7ffffff）,系統(tǒng)掃描鍵盤操作，確定是增加占空比數(shù)值還是減小占空比數(shù)值，根據(jù)用戶的需求實時調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，本模式為開環(huán)工作模式。本模式工作流程圖如圖49所示。否進入工作模式是否有按鍵按下按鍵種類加/減PWM信號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信號全1值維持運行狀態(tài)否