實驗4直流電機控制目錄2.1 實驗?zāi)康模?2.2 實驗要求：32.3 實驗原理32.3.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的特點32.3.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的流程42.3.3 ADS調(diào)試嵌入式系統(tǒng)42.3.3.1 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試的方式42.3.3.2 ADS調(diào)試環(huán)境的組成52.3.3.3 ADS命令行開發(fā)工具72.3.4 利用ADS建立工程112.3.4.1 硬件連接112.3.4.2 安裝調(diào)試工具（ADS1.2、H-JTAG、dnw）122.3.4.3 編譯和鏈接工程142.3.4.4 AXD調(diào)試下載182.4.5 驅(qū)動程序開發(fā)234.1 實驗?zāi)康模毫私庹莆帐褂肞WM方式控制直流電機的轉(zhuǎn)動速度。4.2 實驗要求：（1）使用S3C2410A的TOUT2口輸出PWM信號控制直流電機，實現(xiàn)二級調(diào)速控制。（2）通過從串口接收字符來改變當(dāng)前電機的速度級別。4.3 實驗原理4.3.1 脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ，PWM）脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。PWM是一種模擬控制方式，它根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。PWM晶體管的導(dǎo)通時間也被稱為導(dǎo)通角，若改變調(diào)制晶體管的開與關(guān)的時間，也就是說通過改變導(dǎo)通角的大小，如圖所示，來改變加在負(fù)載上的平均電壓的大小，以實現(xiàn)對電動機的變速控制，稱為脈寬調(diào)制 (PWM)變速控制。 4.3.2 PWM定時器（PWM Timer）（1）S3C2410有5個16位定時器，其中定時器0，1，2，3具有脈沖寬度調(diào)制(PWM)功能，定時器4具有內(nèi)部定時作用，但是沒有輸出引腳。定時器0具有死區(qū)生成器，可以控制大電流設(shè)備。（2）定時器T0和T1共用一個8位預(yù)分頻器，定時器T2，T3和T4共用另一個8位預(yù)分頻器，每個定時器都有一個時鐘分頻器，信號分頻輸出有5種模式（1/2、1/4、1/8、1/16和外部時鐘TCLK)。定時器結(jié)構(gòu)框圖請參看下圖。定時器結(jié)構(gòu)圖（3）每個定時器模塊都從時鐘分頻器接收它自己的時鐘信號，時鐘分頻器接收的時鐘信號來自于8位預(yù)分頻器?？删幊?位預(yù)分頻器根據(jù)存儲在TCFG0和TCFG1中的數(shù)據(jù)對PCLK進行預(yù)分頻。分頻器功能見下表。分頻器功能（4）當(dāng)時鐘被允許后，定時器計數(shù)緩沖寄存器(CTNTBn)把計數(shù)初值下載到減法計數(shù)器中。定時器比較緩沖寄存器(CMPBn)把初始值下載到比較寄存器中，來和減法計數(shù)器的值比較。這種CTNTBn和CMPBn雙緩沖寄存器特性能使定時器產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，且占空比可變。（5）每一個定時器都有一個自己的用定時器時鐘驅(qū)動的16位減法計數(shù)器。當(dāng)減法計數(shù)器減到0時，就會產(chǎn)生一個定時器中斷來通知CPU ，定時器操作完成。當(dāng)定時器減法計數(shù)器減到0時，相應(yīng)的TCNTBn的值被自動重載到減法計數(shù)器中繼續(xù)下次操作。然而，如果定時器停止了，比如在運行時通過清除TCON中定時器使能位來中止定時器的運行，則TCNTBn的值不會被重載到減法計數(shù)器中。（6）TCMPBn的值用于脈沖寬度調(diào)制（PWM）。當(dāng)定時器的減法計數(shù)器的值和TCMPBn的值相匹配時，定時器輸出改變輸出電平。因此，比較寄存器決定了PWM輸出的開關(guān)時間。定時器具體操作時序下圖所示。定時器操作時序圖4.3.3 PWM Timer特性n 5個16位定時器；n 2個8位預(yù)分頻器和2個4位分頻器；n 可編程PWM輸出占空比；n 自動重載模式或者單個脈沖輸出模式；n 具有死區(qū)生成器；n 自動重載與雙緩沖。（1）S3C2410定時器具有雙緩沖功能，能在不中止當(dāng)前定時器運行的情況下，重載下次定時器運行參數(shù)，所以盡管新的定時器的值被設(shè)置好了。當(dāng)前操作仍能成功完成。定時器值可以被寫入定時器計數(shù)緩沖寄存器(TCNTBn)，當(dāng)前計數(shù)器的值可以從定時器計數(shù)觀察寄存器(TCNTOn)讀出。讀出的TCNTBn值并不是當(dāng)前計數(shù)器的值，而是下次重載的計數(shù)器值。TCNTn的值等于0時，自動重載操作，把TCNTBn的值裝人TCNTn，只有當(dāng)自動重載允許并且TCNTn的值等于1時才會自動重載。如果TCNTn=0，自動重載禁止，則定時器停止運行，具體如下圖所示。雙緩沖功能示例（1）使用手動更新完成定時器的初始化和倒相位：當(dāng)計數(shù)器的值減到0時會發(fā)生自動重載操作，所以TCNTn的初始值必須由用戶提前定義好，在這種情況下就需要手動更新啟動值。以下幾個步驟給出了更新過程：n 向TCNTBn和TCMPBn寫入初始值。n 置位相應(yīng)定時器的手動更新位，不管是否使用倒相功能，推薦設(shè)置倒相位n 啟動定時器，清除手動更新位。注意：如果定時器被強制停止，TCNTn保持原來的值；如果要設(shè)置一個新的值，必須使用手動更新位。另外，手動更新位要在定時器啟動后清除，否則不能正常運行。只要TOUT的倒相位改變，不管定時器是否處于運行狀態(tài)，TOUT都會倒相，因此在手動更新時需要設(shè)置倒相位。4.3.4 PWM Timer操作示例定時器操作示例圖Step 1：允許自動重載功能，設(shè)置TCNTBn=160 ( 50十110) , TCMPBn=110。設(shè)置手動更新位和配置倒相位（開/關(guān)），手動更新位被設(shè)置后，TCNTBn和TCMPBn的值被自動裝人了TCNTn和TCMPn。然后，設(shè)置TCNTBn和TCMPBn分別等于80(40+40)和40。Step 2：設(shè)置開始位 將定時器清零并且手動更新位，取消倒相功能，允許自動重載，定時器開始啟動減法計數(shù)。Step 3： 當(dāng)TCNTn和TCMPn的值相等時，TOUT輸出電平由低變高。Step 4： 當(dāng)TCN Tn的值等于0時產(chǎn)生中斷，并在下一個時鐘到來時把TCNTBn的值裝人暫存器中。Step 5：在中斷服務(wù)子程序中，把80(20+60)和60分別裝入TCNTBn和TCMPBn。Step 6：當(dāng)TCNTn和TCMPn的值相等時，TOUTn輸出電平由低變高。Step 7： 當(dāng)TCNTn = 0時，把TCNTBn和TCMPBn的值分別自動裝入TCNTn和TCMPn，并觸發(fā)中斷。Step 8：在中斷服務(wù)子程序中，禁止使用自動重載和中斷請求來中止定時器運行。Step 9：當(dāng)TCNTn和TCMPn的值相等時，TOUTn輸出電平由低變高。Step 10：盡管TCNTn=0，但是定時器停止運行，也不再發(fā)生自動重載操作，這是因為定時器自動重載功能被禁止。Step 11：不再產(chǎn)生新的中斷。4.3.5 死區(qū)生成器（1）當(dāng)PWM控制用于電源設(shè)備時需要用到死區(qū)功能。這個功能允許在一個沒備關(guān)閉和另一個設(shè)備開啟之間插入一個時間間隔。這個時間間隔可以防止兩個設(shè)備同時被啟動。（2）TOUT0是定時器0的PWM輸出，nTOUT0是TOUT0的倒相信號。如果死區(qū)功能被允許，TOUT0和nTOUT0的輸出波形就變成了TOUT0_DZ和Ntout0_DZ。如圖11-5所示。nTOUT0_DZ在TOUT1腳上產(chǎn)生。（3）在死區(qū)間隔內(nèi)，TOUT0_DZ和nTOUT0_DZ就不會同時是高電平了。死區(qū)功能允許時功能圖4.4 PWM Timer控制寄存器PCLK是Timer的信號源，通過設(shè)置每個Timer相應(yīng)的Prescaler和Clock Divider把PCLK轉(zhuǎn)換成輸入時鐘信號傳送給各個Timer的邏輯控制單元(Control Logic),事實上每個Timer都有一個稱為輸入時鐘頻率（Timer input clock Frequency）的參數(shù)，這個頻率就是通過PCLK，Prescaler和Clock Divider確定下來的，每個Timer 的邏輯控制單元就是以這個頻率在工作。下面給出輸入時鐘頻率的公式：即：n fTCLK=fPCLK/（Prescaler+1）/分配器分頻值n 其中，Prescaler為預(yù)分頻值(0255)；n 分配器的分頻值為2、4、8和16。4.4.1 Timer配置寄存器0（TCFG0）n 定時器配置寄存器0（TCFG0）,地址：0x51000000，如下表所列。4.4.2 Timer配置寄存器1（TCFG1）n Timer配置寄存器1(TCFG1) 地址:0x51000004，如下表所列。n 其中MUX為多路開關(guān)。4.4.3 Timer減法緩沖寄存器（TCNTBn）與Timer比較緩沖寄存器（TCMPBn）定義如下表：寄存器讀寫狀態(tài)描述初始化狀態(tài)TCNTBnR/WTCNTBn15:0設(shè)置減法緩沖寄存器的值0X00000000TCMPBnR/WTCMPBn15:0設(shè)置比較緩沖寄存器的值0X000000004.4.4 Timer控制寄存器（TCON）n 定時器控制寄存器(TCON) 地址：0x51000008，如下表所列。4.4.5 Timer觀察寄存器（TCNTOn）n Timer觀察寄存器（TCNTOn）地址：0x5100000C0x5100003C，其具體描述如下表所列。寄存器讀寫狀態(tài)描述初始化狀態(tài)TCNTOnRTimer n觀察寄存器0X000000004.5 等效電路圖（1）如下圖所示，左圖是一個直流電動機的PWM 控制電路的等效電路。在這個等效電路中，傳送到負(fù)載 (電動機)上的功率值決定于開關(guān)頻率、導(dǎo)通角度及負(fù)載電感的大小。（2）加上電壓UP，電動機儲能，電流增加，當(dāng)電源中斷時，電樞電感所儲的能量通過續(xù)流二極管VD 繼續(xù)流動，而儲藏的能量呈下降的趨勢。 除功率值以外，電樞電流的脈動量與電動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，僅與開關(guān)周期、正向?qū)〞r間及電機的電磁時間常數(shù)有關(guān)。 （3）下圖為直流電動機PWM 電路的一個例子。它屬于“H”橋式雙極模式PWM 電路。電路主要由四部分組成，即三角波形成電路、脈寬調(diào)制電路、信號延遲及信號分配電路和功率電路。（4）其原理簡單敘述如下：功率電路主要由四個功率晶體管和四個續(xù)流二極管組成。四個功率晶體管分為兩組，V1與V4、V2 與V3 分別為一組，同一組的晶體管同時導(dǎo)通，同時關(guān)斷。基極的驅(qū)動信號Ub1= Ub2，Ub3=Ub4。（5）其工作過程為： 在t1t2 期間， Ub1 0 與Ub4 0，V1 與V4 導(dǎo)通，V2 與V3 截止，電樞電流沿回路l 流通。 在t2 T+ t1期間，Ub1 0 與Ub4 0 與U b 3 0。 但此時由于電樞電感儲藏著能量，將維持電流在原來的方向上流動，此時電流沿回路2 流通；經(jīng)過跨接于V2 與V3 上的續(xù)流二極管VD4、VD5。受二極管正向壓降的限制，V2 與V3 不能導(dǎo)通。 T+ t1之后，重復(fù)前面的過程。 反向運轉(zhuǎn)時，具有相似的過程。4.5 實驗電路圖 S3C2410A具有4路PWM輸出，輸出口分別為TOUT0TOUT3，其中兩路帶有死區(qū)控制功能。為了能夠正確輸出PWM信號，需要正確設(shè)置GPBCON寄存器選擇相應(yīng)I/O的為TOUTx功能。然后，通過TCFG0寄存器為PWM定時器時鐘源設(shè)置預(yù)分頻值，通過TCFG1寄存器選擇PWM定時器時鐘源。接著，通過TCNTBx寄存器設(shè)置PWM周期，通過TCMPBx設(shè)置PWM占空比。最后，通過TCON寄存器啟動PWM定時器，即可輸出PWM信號。與PWM相關(guān)寄存器： TCNTB0決定了PWM的周期。 TCMPB0決定了PWM的占空比。4.7 實驗內(nèi)容（1）使用S3C2410A的TOUT2口輸出PWM信號控制直流電機，實現(xiàn)二級調(diào)速控制。（2）通過從串口接收字符來改變當(dāng)前電機的速度級別。4.8 實驗步驟1. PWM定時器軟件編程（1）設(shè)定PWM的輸出頻率freq和占空比rate，rTCNTB0用于輸出頻率，rTCNTB0寄存器值div計算如下：div = PCLK/(預(yù)分頻值+1)/時鐘驅(qū)動器取值/freq其中預(yù)分頻值=0255，由rTCFG0決定。（2）通過設(shè)置rTCMPB0寄存器調(diào)正占空比rate，該寄存器值value計算如下：value = div rate。2. 編程示例編程改變輸出頻率 rRTCFG0=0xff; /設(shè)置預(yù)分頻器分頻值,TIME0/1=255,TIME2/3/4=0 rRTCFG1=0x1; /S設(shè)置定時器中斷工作模式 for (freq=4000;freq14000;freq+=1000) /頻率從400014000HZ變化 div=(PCLK/256/4)/freq; rTCON=0x0; rTCNTB0=div; rTCMPB0=(2*div)/3; rTCON=0xa; /手動裝定時器的計數(shù)值 rTCON=0x9; /啟動定時器 for(index=0;index10000;index+); rTCON=0x0; /停止定時器編程改變占空比 div=(PCLK/256/4)/8000; /輸出頻率8000HZ,使用1%95%的占空比 for (freq=1;freq50;freq+=5) rTCNTB0=div; rTCMPB0=(rate*div)/50; /修改占空比 rTCON=0xa; /手動裝定時器的計數(shù)值 rTCON=0x9