【正文】 衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的老師們。最后還要感謝我的父母，在我的整個(gè)求學(xué)生涯中，他們付出了無(wú)數(shù)的汗水，他們的鼓勵(lì)、關(guān)懷，他們?yōu)槲宜龅囊磺?，都不能用言語(yǔ)來(lái)表達(dá)。所有老師對(duì)我生活的關(guān)心和照顧也使得我得以順利完成本科生的學(xué)業(yè)。感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下電氣專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；他們?cè)趯W(xué)習(xí)和科研方面給了我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了良好的科研環(huán)境，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了科研的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是他們?nèi)匀患?xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師老師和老師。(3) 沒(méi)有完成人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，沒(méi)有做出實(shí)物出來(lái)。 由于時(shí)間關(guān)系和個(gè)人能力有限，本設(shè)計(jì)還有以下工作缺乏完善及需要進(jìn)一步進(jìn)行研究的地方：(1) 方案中的軟件設(shè)計(jì)需進(jìn)一步深入。(2)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主芯片的接口設(shè)計(jì)和控制器與其他設(shè)備的通信接口設(shè)計(jì)，完成原理圖設(shè)計(jì)和 PCB 板設(shè)計(jì)。29結(jié) 論在本設(shè)計(jì)中，我們選用日本 NOVA 電子有限公司研制的 DSP 運(yùn)動(dòng)控制專用芯片 MCX314，設(shè)計(jì)了以 AT91FR40162 為主控制芯片，以 MCX314 為數(shù)字信號(hào)處理芯片輸出電機(jī)控制信號(hào)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制器。然后就可以根據(jù)需要規(guī)劃我們的人機(jī)界面和對(duì)應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)。微軟提供的這個(gè)開發(fā)環(huán)境里面，有一個(gè)串口通信的控件。具體的程序流程見(jiàn)圖 42。ATMEL28公司提供的函數(shù)庫(kù)里面已經(jīng)包含了對(duì)串口操作的函數(shù)，因此我們?cè)趯懘谕ㄐ懦绦驎r(shí)，只要把相應(yīng)的頭文件包含進(jìn)來(lái)，就可以直接調(diào)用已經(jīng)封裝好的這些函數(shù)。二者之間還有一個(gè)約定好的通信協(xié)議。那么，對(duì) MCX314A 的基本操作就變成了對(duì)以上功能函數(shù)的調(diào)用。count++)。 //MCX314 的軟復(fù)位命令for(count=0。define addr 0x82022000 //MCX314 的基地址define wr0 0x0 //MCX314A 各軸設(shè)置與命令寄存器int count。 return *ptr。 } short inpw( int addr) { volatile short *ptr。 ptr=(volatile short *)addr。反復(fù)調(diào)用下面的27outpw 函數(shù)發(fā)送命令、設(shè)置參數(shù)，inpw 函數(shù)讀取 MCX314A 狀態(tài)反饋，完成微控器對(duì) MCX314 的操作。MCX314 可寫 的寄存器有：命令寄存器 WR0，模式寄存器 WR1~3，輸出寄存器WR4，插補(bǔ)模式寄存器 WR5，數(shù)據(jù)寄存器 WR6～ 7；可讀的寄存器有：主狀態(tài)寄存器 RR0，狀態(tài)寄存器 RR1～5，數(shù)據(jù)寄存器 RR6～7。那么它的各個(gè)寄存器的地址都是相對(duì)于基地址的偏移。連續(xù)插補(bǔ)是比較典型和重要的插補(bǔ)方式，它是直線插補(bǔ)→圓弧插補(bǔ)→直線插補(bǔ)→…這樣在每個(gè)插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)之間不停地驅(qū)動(dòng)，以下以連續(xù)插補(bǔ)為例介紹運(yùn)動(dòng)函數(shù)編寫方法，連續(xù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)函數(shù)流程如圖 41 所示。編程時(shí)需注意，CLK=16MHz 時(shí)，數(shù)據(jù)寫入和讀出命令的命令處理時(shí)間需要最大為 250nSEC，在命令處理中不能寫入或讀出下一個(gè)數(shù)據(jù)命令，以保證 MCX314 進(jìn)行正確的插補(bǔ)運(yùn)算,輸出驅(qū)動(dòng)脈沖,保證運(yùn)動(dòng)控制的可靠性。 控制程序特點(diǎn)與編寫 程 序 特 點(diǎn)MCX314 是基于 DSP 的運(yùn)動(dòng)控制芯片，它的控制過(guò)程算法主要由內(nèi)部硬件完成，基于 MCX314 芯片的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)采用的是脈沖形式輸出，在整個(gè)處理與輸出的過(guò)程中都采用數(shù)字信號(hào)，由輸出脈沖的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；由輸出脈沖的多少來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)量；它通過(guò)寄存器與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)控制功能，所以控制軟件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)所要求運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì) MCX314 相應(yīng)的寄存器寫入控制命令和參數(shù)，同時(shí)讀出特定寄存器的值得到 MCX314 的執(zhí)行情況，檢測(cè)外部與 MCX314 的反饋信號(hào)并做出相應(yīng)處理 [34]。 系統(tǒng)工作流程系統(tǒng)工作流程如圖 41 所示：圖 41 系統(tǒng)工作流程圖在系統(tǒng)上電后，開始執(zhí)行開發(fā)板上固有的初始化程序，如存儲(chǔ)器空間的定義，中斷的初始化等，接著將開始執(zhí)行 C 語(yǔ)言編制的主程序，主程序運(yùn)行中斷，判斷是否調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序，如果不調(diào)用則程序再次等待，直到調(diào)用開始給驅(qū)動(dòng)器發(fā)出電信號(hào)。同時(shí)簡(jiǎn)要的介紹了電路抗干擾的措施。 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了 AT91FR40162+MCX314 方式的控制器的具體實(shí)現(xiàn)方法。離弱電信號(hào)，以避免產(chǎn)生誤操作。本系統(tǒng)在硬件和軟件兩方面采取抗干擾措施。 電路的抗干擾設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抗干擾性能直接影響系統(tǒng)工作的可靠性。由于 MCX314 的片選線是低電平有效，所以選擇 NCS0～NCS3 中一個(gè)片選與 MCX314 連接，即可得出MCX314 的首地址。具有 8 個(gè)片選線。最后，是 MCX314 的片選線的連接。 DAT[0:15]DAT[0:15]AD[1:3]AD[0:2]NCS1CSNRDNWRNITNOE/NRDNEW/NROIRQO H16L8ESTN5VMX314ARM圖 39 主芯片接口電路圖MCX314 可以采用 8/16 的數(shù)據(jù)總線，本設(shè)計(jì)采用 16 位的數(shù)據(jù)總線，MCX314和 AT91FR40162 的 16 根數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)相接， MCX314 芯片的 H16L8 引腳、TESTN引腳置高，MCX314 采用 16 位數(shù)據(jù)總線的模式，所以地址線只用到 A0、AA2，分別與 AT91FR40162 的地址線 AAA3 連接。　MCX314和AT91FR40162的總線接口設(shè)計(jì)圖 39 描述了 MCX314 和 AT91FR40162 的接口電路圖，具體的電路在附錄的PROTEL 格式 SCH 原理圖中給出。（2）在信號(hào)輸出通道上信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片。因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很??；②干擾噪聲雖具有較大的電源幅度，但能量很小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉；③光電耦合器是在密閉條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路和輸出回路的光耦合，不會(huì)受到外界光的干擾；④輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，而且絕緣電阻很大，因此回路一邊的干擾很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊去。光電隔離的原理如圖 38 所示：圖 38 光電隔離原理圖光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖脈沖及各種噪音干擾，從而使過(guò)程通道上的信噪比大大提高。圖 37 CAN 總線接口框圖　輸入輸出電路設(shè)計(jì)MCX314 的輸入輸出引腳加上信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片和光電隔離等，來(lái)使整個(gè)系統(tǒng)可以更穩(wěn)定的工作。在這種方式下，可以使用平行線或雙絞線作總線。在這種方式下，為避免射頻干擾，建議使用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低、總線較短時(shí)，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于 RS 的阻值。在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意：為進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力，在 CAN 控制器SJA1000 和 CAN 控制器接口 82C250 之間加接 6N137 光電隔離芯片；通信信號(hào)傳輸?shù)綄?dǎo)線的端點(diǎn)時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射信號(hào)會(huì)干擾正常信號(hào)的傳輸，因而總線兩端兩個(gè)124W 的電阻對(duì)匹配總線阻抗起著相當(dāng)重要的作用，忽略掉它們，會(huì)使數(shù)據(jù)通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無(wú)法通信；82C250 第 8 腳與地之間的電阻 RS 稱為斜率電阻，它的取值決定了系統(tǒng)處于高速工作方式還是斜率控制方式 [29] [38]。在系統(tǒng)中我們將SJA1000 的 TX1 腳懸空，RX1 引腳接地，形成 CAN 協(xié)議所要求的電平邏輯。對(duì)于微處理器而言，SJA1000 是一個(gè)總線接口，SJA100020片內(nèi)的存儲(chǔ)單元相對(duì) AT91FR40162 來(lái)說(shuō)是片外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此，可以按照擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的形式來(lái)訪問(wèn) SJA1000 的寄存器地址。硬件電路中使用 PCA82C250 還可以增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾，實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等。SJA1000 是獨(dú)立 CAN 通信控制器， 82C250 為高性能 CAN 總線收發(fā)器。具體的電路如圖 36 所示。SP232ACN 系列是 RS232 收發(fā)器對(duì)便攜式或手持式應(yīng)用如筆記本或掌上型電腦的一種解決方案。USART 接到 APB 并與外圍數(shù)據(jù)控制器 PDC 連接。如圖所示 35： 圖 35 JTAG 接口框圖19 RS232串行通信模塊設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)控制器與上位計(jì)算機(jī)的通訊，以便充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對(duì)控制器進(jìn)行控制與管理，需要對(duì)控制器擴(kuò)展串口通訊接口電路。通過(guò) JTAG 接口，可對(duì)芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問(wèn)，因而是開發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)潔高效的手段。JTAG 測(cè)試允許多個(gè)器件通過(guò) JTAG 接口串聯(lián)在一起，形成一個(gè) JTAG 鏈，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試。目前大多數(shù)比較復(fù)雜的器件都支持 JTAG 協(xié)議，如 ARM、DSP、FPGA 器件等。JTAG(Joint Test Action Group 聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組)是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測(cè)試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、調(diào)試。具體的電路如圖 34 所示。本系統(tǒng)復(fù)位電路使用了專用芯片 MAX706T，提高系統(tǒng)的可靠性。由于這個(gè)信號(hào)會(huì)使微控制器初始化為某種狀態(tài)，所以這個(gè)信號(hào)的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)微控制器的正常工作有重大影響。為解決這個(gè)問(wèn)題，所有的微控制器都需要有一個(gè)復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將控制器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)，這個(gè)復(fù)位邏輯需要一個(gè)信號(hào)才能工作。我們分別選用了 16MHz 和 66MHz 的晶振來(lái)構(gòu)建兩個(gè)主芯片的時(shí)鐘電路，具體電路實(shí)現(xiàn)見(jiàn)圖 33。當(dāng) NRST 處于活動(dòng)狀態(tài)并且發(fā)生復(fù)位后， MCKO有效并輸出 MCK 信號(hào)的映像。對(duì)于 AT91FR40162 來(lái)說(shuō)，如果 MCKI 引腳由 1 個(gè)外部源提供，那么 AT91FR40162 則為一個(gè)完全靜態(tài)的設(shè)計(jì)，并工作于主時(shí)鐘 MCK（66MHz）下。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，采用 5V 電源供電，然后采用 和 LM317 得到 和 的電壓。其余外圍器件用 5V 電壓。同時(shí)在 MCX314 的16VDD 和 GND 之間加放 1～2 個(gè)高頻特性好的 左右的電容。 硬件設(shè)計(jì)　電源模塊設(shè)計(jì)電源為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位，如果電源系統(tǒng)處理得好，整個(gè)系統(tǒng)的故障往往能減少一半。簡(jiǎn)單的說(shuō)，整個(gè)系統(tǒng)的工作機(jī)制就是通過(guò)主 CPU 對(duì) MCX314 的寄存器的寫和讀，來(lái)完成脈沖輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)以及查詢系統(tǒng)的工作狀態(tài)。153 電路的運(yùn)動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)該方案選用 ATMEL 公司的 AT91FR40162 作為主控制芯片，由它來(lái)控制運(yùn)動(dòng)控制專用芯片 MCX314。以日本 NOVA 電子有限公司研制的 DSP運(yùn)動(dòng)控制專用芯片 MCX314 為核心，討論了兩種方案，分析了各自特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用 ARM7 芯片來(lái)控制 MCX314 構(gòu)成外置式的運(yùn)動(dòng)控制器的方案。CAN 總線作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)與控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)“采用現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)構(gòu)建集成系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有比點(diǎn)點(diǎn)型連線少，靈活性高，故障率低；比局域網(wǎng)連接方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)底” 。CAN 總線是一種多主機(jī)局域網(wǎng)，由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。這樣不僅增加了微控制器的性能，而且降低了功耗 [21][22][23] [27]。外圍數(shù)據(jù)控制器PDC 在片內(nèi) USART 和片內(nèi)或片外的存儲(chǔ)器之間傳輸數(shù)據(jù)，并且無(wú)需處理器的介入。所有的片內(nèi)外圍都可以通過(guò) AMBA 橋接受 32 位的訪問(wèn)。AT91 Flash Up loader 軟件能夠向 Flash 存儲(chǔ)器加載應(yīng)用軟件。分離的 MCU 和 Flash 復(fù)位輸入（NRST 和 NRSTF）是為了得到最大的系統(tǒng)靈活性，方便用戶自由地根據(jù)應(yīng)用選擇復(fù)位操作。Flash 的主要功能是作為程序存儲(chǔ)器。EBI 執(zhí)行早讀協(xié)議，與標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)器接口相比，能夠提供更快的存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度。AT91FR40162 以擁有 1 個(gè)外部總線接口 EBI 為特性，它用于連接外部存儲(chǔ)器和專用外圍設(shè)備。這個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)器是單周期訪問(wèn)的，它直接與 32 位數(shù)據(jù)總線相連。AT91FR40162 將 ARM7TDMI 處理器的 ICE 端口接到一些專用的引腳上，從而為目標(biāo)調(diào)試提供了完整、低價(jià)且易用的調(diào)試解決方案 [28]。ARM7TDMI 通過(guò) ASB 與片內(nèi)32 位存儲(chǔ)器、外部總線接口 EBI 和 AMBA 橋進(jìn)行接口。AT91R40008 體系結(jié)構(gòu)包括 2 條主要總線：先進(jìn)的系統(tǒng)總線 ASB 和先進(jìn)的外圍總線APB。　體系結(jié)構(gòu)AT91FR40162 是由 ATMEL 公司的 AT91R40008 ARM/Thumb 微控制器和 1 個(gè)13AT49BV1604A/1614A 16Mbit Flash 存儲(chǔ)器集成的 121ball BGA 封裝器件。它為許多計(jì)算密集的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域提供了功能強(qiáng)大、使用靈活而且性價(jià)比高的解決方案，同時(shí)還可以幫助用戶減小 PCB 尺寸和系統(tǒng)成本。此器件適用于開發(fā)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、MP銷售終端、GPS 接收機(jī)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等對(duì)功耗敏感而且要求具有實(shí)時(shí)性的產(chǎn)品。除此以外，大量的內(nèi)部分組寄存器加速了對(duì)異常的處理過(guò)程，從而使其更適合于實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用?！T91FR40162 芯片介紹AT91FR40162 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT91 系列微控制器中的一員，具有ARM7T