【正文】 /*開總中斷*/ * MCRA|=0X00C3。 /*使能接收中斷，使能發(fā)送中斷*/ * SCIPRI=0x0010。 /*40M CLKOUT,波特率為4800*/ 32 * SCILBAUD=0x0010。 /*1位停止位，禁用奇偶校驗(yàn)，禁用回饋測試，地址位協(xié)議模式，8位數(shù)據(jù)位*/ * SCICTL1=0x0023。每個(gè)數(shù)據(jù)位占用8個(gè)SCICLK 周期。 SCI串口通信模塊初始化SCI的各種功能均可用軟件設(shè)置，包括操作模式、通信協(xié)議、波特率、字符長度、奇偶校驗(yàn)和停止位的位數(shù)、中斷優(yōu)先級和中斷使能控制等 [32]。（3）上位機(jī)的命令格式及含義：上位機(jī)的命令由起始位、LF2407的地址和發(fā)送到LF2407的命令組成，如下所示：起始標(biāo)志（2字符） LF2407地址（1個(gè)字符） 命令（2字符）31發(fā)送到LF2407的部分命令的含義如表41所示：表41上位機(jī)命令含義命令 命令所表含義0X0001 啟動(dòng)轉(zhuǎn)臺0X0002 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)0X0003 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)0X0004 轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0005 轉(zhuǎn)臺增速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0006 轉(zhuǎn)臺減速轉(zhuǎn)動(dòng)0X0007 轉(zhuǎn)臺停止0X0008 無意義0X0009 無意義0X000A 采集數(shù)據(jù)，重寫所有緩沖0X000B 發(fā)送所有緩沖數(shù)據(jù)0X000C 連續(xù)發(fā)送和采集數(shù)據(jù)0X000D 刪除連續(xù)發(fā)送和采集數(shù)據(jù)任務(wù)0X000E 無意義0X000F 無意義（4）LF2407發(fā)送數(shù)據(jù)格式。下面是數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶退砗x：（1）SCI發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的字符格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，奇校驗(yàn)位。（2）LF2407在接收到上位機(jī)的命令后，如果發(fā)現(xiàn)命令無效（接收時(shí)，發(fā)生硬件錯(cuò)誤或這個(gè)命令本身無意義） ，則LF2407向上位機(jī)發(fā)送命令錯(cuò)誤信號，以要求上位機(jī)重發(fā)命令。為了可以安全、有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收，制定一些收發(fā)的規(guī)定 [31]：（1）只有上位機(jī)能夠主動(dòng)發(fā)命令。TMS320LF2407具有內(nèi)置的異步串行口設(shè)備，可以很方便的開發(fā)出應(yīng)用系統(tǒng)并且通過串行口與上位機(jī)進(jìn)行通信 [30]。 /*清除全部中斷標(biāo)志*/ } SCI 串口通信模塊設(shè)置按照設(shè)計(jì)要求，配置由基于 DSP 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為下位機(jī)，由 PC 機(jī)作為上位機(jī)。 /*io，ram ，program 都設(shè)為 0 等待讀寫*/ * IMR=0X0002。 /*CLKIN=10M,4 倍頻,使能 EVA 模塊*/ * WDCR=0X00E8。 /*累加器中結(jié)果正常溢出*/ asm( clrc CNF)。 /*關(guān)總中斷*/ asm( clrc SXM)。系統(tǒng)初始化函數(shù) void sys_ini()完成了以下工作：禁止所有可屏蔽中斷，并將中斷標(biāo)志位清零；設(shè)置 CLKOUT=4*CLKIN=40M，并且使能 EVA、SCI 外設(shè)。主程序完成初始化后，進(jìn)入循環(huán)等待中斷，中斷程序完成對上位機(jī)下傳數(shù)據(jù)的接收，并依據(jù)控制算法將接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 PWM 的脈沖的生成和步數(shù)計(jì)數(shù)。在前一章中主要介紹了系統(tǒng)的硬件平臺，本章將主要介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)工作。TLP5214 是發(fā)光二極管與光電晶體管封裝的光電耦合器，結(jié)構(gòu)為雙列直插 4 引腳塑封，內(nèi)部帶有 4個(gè)相同的光電耦合電路，主要用于開關(guān)電源電路中，其原理圖如圖 所示。采用光電耦合器對光電編碼器測角信號進(jìn)行隔離既能起到抗干擾的作用，又能對系統(tǒng)起到安全保護(hù)作用 [27]。控制電路連線圖如圖 所示：GND5VDIRPULPULDIR+24DCV地+24DCVELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電機(jī) 控制接口7911132426驅(qū)動(dòng)器MA335控制端電機(jī)電源俯仰電機(jī)方位電機(jī)地驅(qū)動(dòng)器MA335控制端電機(jī)電源圖 控制電路連線圖兩相混合式步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)應(yīng)在系統(tǒng)允許情況下設(shè)定較大值 [26]。此電源可以由一變壓器變壓后加整流濾波(無需穩(wěn)壓) 組成，或者由一開關(guān)電源提供，本系統(tǒng)采用開關(guān)電源為驅(qū)動(dòng)器供電，該開關(guān)電源能夠設(shè)定電流上限值，在實(shí)驗(yàn)中電流值的上限設(shè)定值可以隨負(fù)載的27變化做相應(yīng)調(diào)整，并能夠?qū)﹄姍C(jī)起到保護(hù)作用。雙極恒流斬波方式，20KHz 斬波頻率，供電電壓最高達(dá) 40VDC 或 29VAC，最大驅(qū)動(dòng)電流 ，細(xì)分精度 2~128 倍細(xì)分可選，靜止時(shí)電流可自動(dòng)減半，光隔離信號輸入，采用原裝進(jìn)口接線端子，撥插方便實(shí)用。驅(qū)動(dòng)器側(cè)面裝有一排八位撥碼開關(guān)組，可通過撥碼開關(guān)組設(shè)定動(dòng)態(tài)工作電流(共 8 等級)、靜態(tài)減流和細(xì)分精度。細(xì)分精度可通過撥碼開關(guān)輕易設(shè)定，最高可達(dá)128 細(xì)分(25600 步/圈)。此驅(qū)動(dòng)器還具有其它許多理想特點(diǎn)，例如：單電源供電、光隔離輸入、細(xì)分精度可選等?？紤]到光電成像跟蹤過程中對轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度要求較高因此選用具有細(xì)分功能的混合式步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器 MA335B。近幾年來，由于微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在驅(qū)動(dòng)器中獲得了廣泛應(yīng)用。它與一般由0 值突跳至額定值,從額定值跳至0 的通電方式相比,步距角縮小到原來的幾分之一(由階梯電流的階梯數(shù)即細(xì)分?jǐn)?shù)定)，電機(jī)運(yùn)行也非常平滑。如圖 ，該圖為兩相（A 相和 B 相）混合式步進(jìn)電機(jī)八細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)， A 相繞組階梯電流波形圖。本文只詳細(xì)論述細(xì)分驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)和負(fù)載己經(jīng)確定之后，整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動(dòng)控制方法 【24】 。步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制器構(gòu)成了不可分割的 3 大部分。環(huán)行分配器的輸出電流很?。ê涟布墸?，需要功率放大后，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。環(huán)行分配器又分為：硬件環(huán)分和軟件環(huán)分。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括：環(huán)行分配器（脈沖分配器）和功率放大器。為了解決這個(gè)問題，一般采取一個(gè)“加速一恒速—減速—停止”的運(yùn)行過程 [23]。這些情況的產(chǎn)生是由步進(jìn)電機(jī)的頻率特性曲線決定的。如果步進(jìn)電機(jī)以要求的速度直接起動(dòng)，因?yàn)樵撍俣纫殉^極限起動(dòng)頻率而不能正常起動(dòng)，可能發(fā)生丟步或根本不運(yùn)行的情況。如果要求步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度小于電機(jī)的極限起動(dòng)頻率，則步進(jìn)電機(jī)可以按要求的速度直接起動(dòng)，運(yùn)行至終點(diǎn)后可立即停發(fā)脈沖串而令其停止。脈沖信號用以控制電機(jī)的速度，方向信號用以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，而方式信號用來控制電機(jī)的控制模式 [22]。但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單，控制比較容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用，使系統(tǒng)的定位精度明顯提高，因此該系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。一般不允許步進(jìn)電機(jī)在共振頻率下運(yùn)行，從驅(qū)動(dòng)器的方面來看，使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以有效的克服低頻共振的危害。每來一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子都從新的轉(zhuǎn)矩曲線的躍變中獲得一次能量的補(bǔ)充，這種能量越大，振蕩越厲害。步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩是另一個(gè)需要解決的問題。有多種情況會(huì)產(chǎn)生失步，比如起動(dòng)或停止頻率超過突跳頻率，電機(jī)高速運(yùn)行的脈沖頻率超過了最大運(yùn)行頻率，所帶負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，共振等。（4）從應(yīng)用的角度來看，嚴(yán)重制約步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)問題是失步和振蕩。（2）不能直接使用普通的交直流電驅(qū)動(dòng)，而必須使用專用設(shè)備——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。（5）中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)在中低速時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)矩，能夠較同級伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。（3）高可靠性不使用電刷，電機(jī)的壽命長，僅取決于軸承的壽命。因?yàn)樗俣群洼斎朊}沖的頻率成正比，運(yùn)轉(zhuǎn)速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)俯仰和方位轉(zhuǎn)軸的電機(jī)均為 57 型混合式步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)參數(shù)如表 32 所示：表 32 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)型號 相數(shù)步距角/STEP電壓V電流A電阻Ω電感mH最大靜轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量重量kg57BYGH8022 176。步進(jìn)電機(jī)的種類根據(jù)自身的結(jié)構(gòu)不同，可分為常用三大類：反應(yīng)式（也稱磁阻式） 、永磁式、混合式。脈沖輸入越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度就越多，輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由步進(jìn)電機(jī)及其功率驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成一個(gè)開環(huán)的定位運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。目前在光電成像跟蹤系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動(dòng)控制中較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。該接口的 11117 管腳可以輸出六路 PWM 脈沖波用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制，由于本系統(tǒng)轉(zhuǎn)臺為二維轉(zhuǎn)臺，故只需其中兩路 PWM 脈沖波作為轉(zhuǎn)臺步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖，可以通過軟件設(shè)置，在其余的四路中設(shè)定兩路作為轉(zhuǎn)臺步進(jìn)電機(jī)的方向控制脈沖。 電機(jī)控制模塊利用2407CPU的事件管理器模塊（EVM）產(chǎn)生PWM波，此接口可以和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊配套，完成以各種電機(jī)的PWM調(diào)速控制實(shí)驗(yàn)控制各種類型的電機(jī)，本文兩維電控旋轉(zhuǎn)臺的驅(qū)動(dòng)元件都是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。本文采用+5V(177。1%，0 ≤ IOUT ≤ 800mA,）直流電，保險(xiǎn)規(guī)格 3A/250V。1%） ，+5V(177。ELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的 RS232 串口單元的串行接口 J66 引腳定義如圖：圖 串行接口 J66 引腳定義ELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的直流電源單元可以提供177。因此，要通過串行口與上位機(jī)進(jìn)行通信，必須進(jìn)行兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換。因此，PC 機(jī)的串行通信以正負(fù) 9V 代表 0、1 狀態(tài)。在 RS232 規(guī)范中，電壓+3V~+15V 之間為邏輯“ 0”，3V~15V 之間稱邏輯 “1”。根據(jù)需要只需配一些驅(qū)動(dòng)和隔離電路，就可以組成一個(gè)簡單可行的通信接口?？紤]到通信接口不涉及外部設(shè)備，所以選擇 SCI。SPI 是一個(gè)高速同步串行輸入輸出接口，用于DSP 控制器和外部設(shè)備或其它控制器之間的通信。 LF2407 串行通信接口(SCI)在 LF2407 中，有兩種通信接口：串行通信接口(SCI) 和串行外設(shè)接口(SPI)，分別實(shí)現(xiàn)不同場合的通信。（5）光電隔離模塊：對光電編碼器測角信號與 DSP 檢測模塊進(jìn)行光電隔離。（3）I/O 單元：該模塊主要采集光電編碼器測角信號。 基于 DSP 的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)功能分析根據(jù)系統(tǒng)控制要求，DSP 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主體部分相互之間的關(guān)系如圖 ：467895101120DSPTMS320LF2407RS232串口單元電源單元上位機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊被控電機(jī)光電編碼器I/O 單元光電隔離模塊電機(jī)控制接口圖 基于 DSP 的轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)功能模塊（1）RS232 串口單元：通過串行通信接口（ SCI）從上位 PC 機(jī)讀取控制指令，以及向上位 PC 機(jī)發(fā)送測角信號。 III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本文 DSP 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用北京精儀達(dá)盛科技有限公司的 ELDSPEXP III 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 CPU 板為 C2022 系列的 TMS320LF2407ADSP 微處理器，系統(tǒng)組成框圖如圖 所示： E_LAB接 口 2TECH_V接 口DA單 元數(shù) 字 量 輸 入 輸 出 單 元E_LAB接 口 1仿 真 器 接 口電 源 單 元電 機(jī) 控 制 接 口CPU單 元模 擬 信 號 源音 頻 信 號 源液 晶 顯 示 單 元AD單 元 RS23串 口 單 元單 脈 沖單 元 以 太 網(wǎng)單 元IO單 元鍵 盤 單 元CPLD單 元 語音接口語 音單 元USB單 元 CAN總 線單 元圖 系統(tǒng)組成框圖該系統(tǒng)采用模塊化分離式結(jié)構(gòu)，有豐富的硬件資源，可以完成多種 DSP 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、算法實(shí)驗(yàn)、控制對象實(shí)驗(yàn)和編解碼通信實(shí)驗(yàn) 【18】 。 TMS320LF2407A 簡介TMS320LF2407A 是一種高性能的數(shù)字信號處理器(DSP)，具有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)、高速處理能力、改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)(程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有各自的總線)、多級流水線、靈活方便的接口、集成片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲(chǔ)器等優(yōu)點(diǎn) [16]。不但能完成現(xiàn)代控制理論或智能控制理論的一些復(fù)雜算法，而且簡化了硬件結(jié)構(gòu)和體積，提高了系統(tǒng)可靠性。 DSP 選型及 TMS320LF2407 簡介 DSP 選型在光電成像跟蹤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，處理器件接受高層控制級的指令，計(jì)算和輸出控制信號，監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，因此系統(tǒng)要求處理器具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力、較短的運(yùn)行周期及高度可靠的性能。16第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件平臺是完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自動(dòng)檢測與跟蹤的重要保證，通過對實(shí)驗(yàn)場景的分析以及目標(biāo)檢測和跟蹤算法的研究，根據(jù)性能要求和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件，本文設(shè)計(jì)研制了一套硬件平臺：采用 DSP 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)主要的硬件處理器；選定了用于獲取圖像的 CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡和二維精密電控旋轉(zhuǎn)臺；以及轉(zhuǎn)臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光電編碼器、光電耦合器等；圖像輸出設(shè)備采用了實(shí)驗(yàn)室里己有的顯示器。即：當(dāng)目標(biāo)形心坐標(biāo)與視場中心坐標(biāo)之差在某一設(shè)定值之內(nèi)時(shí)，此時(shí)，控制轉(zhuǎn)臺只需微調(diào)，使得形心坐標(biāo)和視場中心坐標(biāo)重合，轉(zhuǎn)臺以水平旋轉(zhuǎn)初速度 和垂直初速度 向視場中心移動(dòng)。模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)由以下幾部分組成，即參考模型、被控對象、反饋控制器和調(diào)整控制器參數(shù)的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)等幾部分 【14】 。本文轉(zhuǎn)臺自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 變速控制的原理依據(jù)自適應(yīng)控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂“不確定性”15是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知的因素和隨機(jī)因數(shù)。下面以水平方