【正文】 (1) ARMv7M： Thumb2 ISA 子集，包含所有基本的 16 位和 32 位 Thumb2 指令， (2) 硬件除法指令， SDIV 和 UDIV（ Thumb2 指令） (3) 處理模式（ handler mode）和線程模式（ thread mode） (4) 可中斷 可繼續(xù)（ interruptiblecontinued）的 LDM/STM， PUSH/POP，實現(xiàn)低中 斷延遲。它與處理器內(nèi)核緊密結(jié)合實現(xiàn)低延遲中斷處理，并 具有以下特性： 外部中斷可配置為 1～ 240 個 優(yōu)先級位可配置為 3～ 8 位 中斷優(yōu)先級可動態(tài)地重新配置 優(yōu)先級分組。這樣，在兩個中斷 之間沒有多余的狀態(tài)保存和狀態(tài)恢復(fù)指令 的情況下，使能背對背中斷（ backtoback interrupt）處理。 圖 8 STM32 外形 The STM32 shape Figure 11 圖 9 STM32 引腳圖 STM32 pin diagram STM32 最小系統(tǒng) 最小系統(tǒng)電路是處理器芯片能工作所必需的電路結(jié)構(gòu)，包括電源電路、復(fù)位電路、晶振以及調(diào)試接口（這里是 JLink 接口）。如下圖所示是STM32F103VET6 的最小工作系統(tǒng)原理圖。在串行通信時，要求通信雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同設(shè)備可以方便的連接起來通信。由于串口通信的優(yōu)勢和普及性，其技術(shù)已經(jīng)趨于普及和成熟， 本設(shè)計亦選擇串口通信方式 。 MAX232芯片是美信公司 為 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電。內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 圖 11 為 MAX232 接線圖。 圖 11 MAX232 電路圖 Circuit diagram of MAX232 13 LM629 驅(qū)動模塊 伺服 模塊組成 ： 采用 ATmega32L 作為模塊主芯片 ,LM629 作為輔助芯片（主要用于 PID 調(diào)節(jié)），編碼盤來采樣的數(shù)據(jù)來組合成一個電機伺服系統(tǒng)。一個芯片內(nèi)集成了數(shù)字式運動控制器的全部功能，使得設(shè)計一個快速、準(zhǔn)確的運動控制系統(tǒng)的任務(wù)變得輕松、容易。 圖 13 LM629 LM629 LM629 特性 （ 1） 內(nèi)部有 32 bit 的位置、速度和加速度寄存器； （ 2） l6 bit 可編程數(shù)字 PID 控制器； （ 3） 可編程微分項采樣時間間隔； （ 4） 8 bit 分辨率的 PWM 輸出； 14 （ 5） 內(nèi)部梯形速度圖發(fā)生器； （ 6） 可以進行位置和速度控制； （ 7） 速度、位置和數(shù)字 PID 控制器參數(shù)可以在控制過程中改變； （ 8） 實時可編程中斷； （ 9） 可對增量式光電編碼盤的輸出進行 4倍頻處理； DC 電氣特性 表 1 LM629 DC 電氣特性 Table1 DC Electricity characteristic of the LM629 最小值 典型值 最大值 單位 供電 V 消耗電流 110 mA 輸入邏輯高電平 V 輸入邏輯低電平 V 輸入電流 10 μ s μ A 輸出邏輯高電平 500 V 輸出邏輯低電平 V 輸出電流 10 10 μ A AC 電氣特性 表 2 LM629 AC 電氣特性 Table2 AC Electricity characteristic of the LM629 引腳定義 圖 14 LM629 引腳定義圖 Lead feet definition of the LM629 最小值 典型值 最大值 單位 輸入時鐘 fclk 6 6 8 MHz 采樣信號周期 16\fclk μ S 駐留時間 8\fclk V 時鐘脈沖寬度 57 nS 時鐘周期 166 nS 復(fù)位脈沖寬度 8\fclk μ S 15 表 3 LM629 引腳定義 Table3 Lead feet definition of the LM629 LM629 引腳 引腳名字 I/O 應(yīng)用說明 1 IN Input 編碼 IN信號 2 A Input 編碼 A信 3 B Input 編碼 B信 411 D7D0 Input 數(shù)據(jù)端口 12 CS IO 讀寫片選 13 RD Input 讀控制端口 14 GND GND 電源地 15 WR Input 寫控制端口 16 PS Input 數(shù)據(jù)命令的片選控制端口 17 HI Output 中斷輸出端口 18 PWM_SING Output 方向信號輸出端口 19 PWM_MAG Output PWM 信號輸出端口 2025 NC 不用 26 CLK Output 系統(tǒng)時鐘信號輸入 27 RST Output 復(fù)位信號輸入端口 28 VDD Power 電源端口 LM629 工作 原理 如圖 4，利用個增量式光電編碼盤來反饋電動機的實際位置。 A， B 邏輯狀態(tài)每變化一次， LM629內(nèi)的位置寄存器加 (減 )1。實現(xiàn)對電機 控制方式： 在位置控制方式時，單片機送來加速度、最高轉(zhuǎn)速、最終位置數(shù)據(jù)， LM629 利用這些數(shù)據(jù)計算運行軌跡如圖 6（ a)所示。 速度控制方式時，電動機用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定的速度，并一直保持這個速度，直到新的速度指令執(zhí)行。 圖 14 系統(tǒng)框圖 The system Block Diagram 16 圖 15 編碼盤信號 Quadrature Encoder Signals 圖 16 運行軌跡 Movement track 運動軌跡參數(shù) 位置控制時， LM629要求主處理器提供軌跡參數(shù)．速度、速度和位置值，并且這些參數(shù)必須轉(zhuǎn)化為 LM629所要求的形式。其軌跡曲線如圖 16(a)。 (1)采樣周期 : T 為采樣時間 = 2048\6000000=341μ S。 故有 V=L T（期望速度 /60） =20xx 341 （ 600/60）=。 (3)加速度 ： 17 設(shè) A （假設(shè)為每分鐘 600轉(zhuǎn)）為需向 LM629 寫入的目標(biāo)加速度值，單 counts/sample2，故有 A=L T期望加速度 =20xx 341 341=。 運動控制字 表 4 LM629 運動控制字 Table4 Trajectory Control Commands of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說明 相對位置 裝位置 相對速度 裝速度 相對加速 裝加速度 不用 不用 PWM=0 快停 慢停 速度方式 正轉(zhuǎn) 不用 不用 不用 軌跡參數(shù)編程時，以 LTRJ命令引導(dǎo)，緊隨其后為兩個字節(jié)的控制字。數(shù)據(jù)有前 2個字節(jié)的內(nèi)容如表 4所列。其中加速度和速度都是 32位數(shù)據(jù)，它們的低 16數(shù)據(jù)都是小數(shù)位。 PID 參數(shù) 表 5 PID 控制字 Table5 Filter Control word Bit Allocation of the LM629 位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 說明 積分極限 KD KI KP 不用 不用 不用 不用 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... 0 65536 1 1 1 1 1 1 0 LM629 內(nèi)部有一個數(shù)字 PID 控制器，用來控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的前 2 個字節(jié)中，低字節(jié)內(nèi)容如表所列；高字節(jié)存放微分采樣時間間隔數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式如表 5 所示。順序為 KP、 KI、 KD和積分極限。如表 6。 例如當(dāng)位置超差的時候， LM629 的 HI端口便會變?yōu)榈碗娖剑@時單片機的外部中斷便可以采樣到中斷的信號，然后通過寫入 RDSTAT 和 RDSIGS 的指令，然后讀出具體的中斷源，來停止對電機的控制。 LM629 有 22 條指令，單片機只要通過這些指令（表 7）可以對 LM629 進行控制，數(shù)據(jù)傳送和了解狀態(tài)信息。本設(shè)計亦采用 AVR 系列單片機 ATmega32L 作為模塊處理器 [1]。 微處理器 （ 2） 先進的 RISC 結(jié)構(gòu) 131 條指令 ，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32 個 8 位通用工作寄存器 全靜態(tài)工作 工作于 16 MHz 時性能高達 16 MIPS 只需兩個時鐘周期的硬件乘法器。 （ 4） JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 ) （ 5） 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持擴展的片內(nèi)調(diào)試功能，通過 JTAG 接口實現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程。 （ 8） 上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測，片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器，片內(nèi) /片外中斷源。 （ 10） 有 5 個復(fù)位源 ATmega32L 最小系統(tǒng) 如圖 11是單片機控制部分電路模塊， atmega32L單片機、電源、復(fù)位電路、 JATG接口便構(gòu)成了一個最小的系統(tǒng)。同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運動控制系統(tǒng) [2]。 LMD18200 外形結(jié) 21 構(gòu)如圖 10所示，電路框圖如圖 10 所示。該腳控制輸出 1 與輸出 2（腳 10）之間電流的方向，從而控制馬達旋轉(zhuǎn)的方向。通過該端將馬達繞組短路而使其剎車。 3 腳為邏輯高電平時， H 橋中 2 個高端晶體管導(dǎo)通； 3 腳呈邏輯低電平時， H 橋中 2 個低端晶體管導(dǎo)通。 5 PWM 信號輸入端 PWM 信號與驅(qū)動電流方向的關(guān)系見表 1。 7 電源正端與負端 8 電流取樣輸出端 提供電流取樣信號，典型值為 377 μ A/A。芯片結(jié)溫達 145℃時，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達 170℃時，芯片關(guān)斷。通過充電泵電路為上橋臂的 2個開關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個 300kHz左右的工作頻率。引腳 10接直流電機電樞，正轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳 10；反轉(zhuǎn)時電流的方向應(yīng)該從引腳 10 到引腳 2。內(nèi)部保護電路設(shè)置的過電流閾值為 10A，當(dāng)超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復(fù)輸出。過熱信號還可通過引腳 9輸出，當(dāng)結(jié)溫達到 145 度時引腳 9有輸出信號，圖 11 為單極性驅(qū)動方式下 理想波形圖。雙極性驅(qū)動是指在一個 PWM 周期里，電動機電樞的電壓極性呈正負變