編號(hào) 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院CollegeOfOpticalAndElectronicalInformation

ChangchunUniversityOfScienceAndTechnology本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)的DSP調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)ThedesignoftheDSPofdcmotorspeedcontrolsystemt學(xué)生姓名王雷專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào) 1034245指導(dǎo)教師孟慶東分 院電子工程分院2014年6月摘要直流電機(jī)由于勵(lì)磁磁場和電樞磁場完全解耦，可以獨(dú)立控制，因此具備良好的調(diào)速性能，出力大、調(diào)速范圍寬和易于控制，廣泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，而隨著對電機(jī)控制要求的不斷提高，普通的單片機(jī)越來越不能滿足對電機(jī)控制的要求，DSP技術(shù)的發(fā)展正好為先進(jìn)控制理論以及復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了有力的支持。由于對電機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性要求高，即要求轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載等外界擾動(dòng)而變化，并能始終精確地保持在所需要的數(shù)值上，因此本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)反饋控制。這樣，不僅可以把來自外界的干擾消滅在萌芽之中，而且即使電機(jī)受到了干擾，也會(huì)通過反饋系統(tǒng)，很快地使電機(jī)趨于穩(wěn)定。同時(shí)本設(shè)計(jì)采用的調(diào)速系統(tǒng)是脈沖寬度（PWM）調(diào)制系統(tǒng)，利用DSP實(shí)行控制;速度反饋元件選用霍爾傳感器，霍爾傳感器與電機(jī)同軸，其調(diào)速原理是首先由霍爾傳感器將每一個(gè)采樣周期內(nèi)直流電樞的轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測。輸出一定周期的脈沖，送到DSP中直接與給定值進(jìn)行比較，再由DSP自動(dòng)調(diào)整脈寬，輸出脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：光電耦合器霍爾傳感器TMS320LF2407AbstractTheDCmotorarmaturemagneticfieldandtheexcitationcompletelydecoupled,itcanbeindependentlycontrolled,soithasagoodspeedperformance,contributetoalargepower,widelyspeedrange,andeasytocontrol,soitiswidelyusedinelectricdrivesystems.Withthemotorcontrolrequiredforcontinuousimprovement,commonsingleMCUcan'tmeetrequirementsofthemotorcontrolwell,DSPtechnologyjustfortheadvancedcontroltheoryandcomplexcontrolalgorithmimplementationprovidesastrongsupport.Sincetherequireofthestabilityofmotorrotationalspeedishigh,whichmeanstherotationalspeedthatcankeepallalongaccuratelyonthevalueneededdoesnotchangewithextradisturb,thisdesignadoptsthecontrolwiththefeedbackofclosedcircuit.Soitnotonlycaneliminatedisturbcomingfromoutsideenvironmentinsprout,butalsocanmakemotortendtostabilizeveryquicklythroughfeedbacksystem,evenifmotorhasgottentodisturb.Atthesametime,weadoptpulsewidthmodulation(PWM)systemasthespeedadjustmentsystematic,useDSPtocontrolthemotor.WechooseHallEffectsensorasspeedfeedbackcomponent.HallEffectsensorandmotorarecoaxial.TheprincipleofspeedadjustmentisthatwedetecttherotationalspeedoftheDCpivotineverysamplingperiodusingHallEffectsensor.TheoutputtingpulseofcertainperiodsendsintoDSPcomparingwithset-point.ThenweadjustpulsewidthautomaticallyByDSPwhichexportspulse.Wecontrolmotorrotationalspeedbythepulsewhichhasbeenenlargingbydrivingcircuit.Keywords:Opto-electricCoupler,HallEffectsensor,TMS320LF2407TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章緒論 2\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)的組成 4\o"CurrentDocument"DSP芯片選擇 5\o"CurrentDocument"TMS320LF2407DSP控制器介紹 6\o"CurrentDocument"第三章 直流電機(jī)的PWM控制原理 7\o"CurrentDocument"3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式及原理 6\o"CurrentDocument"3.2直流電機(jī)的PWM控制原理 8\o"CurrentDocument"第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 11\o"CurrentDocument"4.1總線隔離器 11\o"CurrentDocument"4.2鍵盤的設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"顯示電路的設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 14\o"CurrentDocument"直流電機(jī)速度測量電路 14\o"CurrentDocument"第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"鍵盤程序設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"顯示程序設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 18論謝獻(xiàn)文考結(jié)致參 論謝獻(xiàn)文考結(jié)致參 21 22第_章緒論近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)微型機(jī)的高速發(fā)展，外圍電路元件專用集成器件的不斷出現(xiàn)，使得直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)有了顯著進(jìn)步。直流電動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)速技術(shù)的發(fā)展是與控制器件的發(fā)展緊密相連的。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，將計(jì)算機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)相結(jié)合，使得直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。電動(dòng)機(jī)是進(jìn)行電能與機(jī)械能交換的機(jī)器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸和國防上廣泛應(yīng)用它來拖動(dòng)機(jī)械。較先進(jìn)的機(jī)械和生產(chǎn)工藝普遍要求對電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)行自動(dòng)控制，直流電動(dòng)機(jī)一直以來，以其調(diào)速性能為：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，能獲得較寬的調(diào)速范圍的優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用在要求調(diào)速指標(biāo)高的各種機(jī)械上。目前，國內(nèi)的小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速中采用的脈沖寬度調(diào)速技術(shù)已日益成熟，在中小型功率范圍內(nèi)，他已快速取代可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，使得控制裝置做到與電機(jī)一體化，節(jié)省了專用的控制矩，從而使設(shè)備可靠性大大提高，并且維護(hù)簡單。直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接影響成品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本和勞動(dòng)條件。因此，彳艮早就為人們所重視，它的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了多次重大改革。在本世紀(jì)20-30年代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)是由接觸器和繼電器所組成的斷續(xù)控制系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速等。但調(diào)速精度不高、快速性差，而且多為于動(dòng)，所以在要求不高的場合至今還在大量應(yīng)用。到了40年代出現(xiàn)了有電機(jī)放大機(jī)一發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組成的連續(xù)控制系統(tǒng)。它是一種具有反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，是無級(jí)調(diào)速，在要求高的場合獲得廣泛的應(yīng)用。50年代又出現(xiàn)了磁放大器和水銀整流控制系統(tǒng)，但是水銀整流控制器的可靠性差，維護(hù)工作量大，所以剛興起十幾年就被淘汰了。50年代末期，品閘管自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)具有效率高、體積小、壽命長、反應(yīng)快、控制特性好、消耗鋼鐵材料少等顯著特點(diǎn)。因而，獲得了強(qiáng)大的生命力，迅速取代了其他調(diào)速系統(tǒng)。70年代以后隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高精度的數(shù)控調(diào)速系統(tǒng)。80年代，隨著電子計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)的推廣應(yīng)用，又出現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制并使自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的性能達(dá)到了一個(gè)新的高度。直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著更為廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動(dòng)控制技術(shù)產(chǎn)生了新的變化。電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和直流拖動(dòng)技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣泛的應(yīng)用前景。有不少的研究者己經(jīng)在用DSP作為控制器進(jìn)行研究。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機(jī)械式的、雙機(jī)組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機(jī)式的發(fā)展過程。隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。將計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新發(fā)展成果運(yùn)用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，在經(jīng)典控制的基礎(chǔ)之上探討一種新的控制方法，為計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用做些研究性的工作。用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)的選型很多。經(jīng)過選擇，選取DSP芯片作為控制器。直流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容十分豐富，有開環(huán)控制系統(tǒng)，有閉環(huán)控制系統(tǒng)；有單閉環(huán)控制系統(tǒng)，有雙閉環(huán)控制系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng);有可逆調(diào)速系統(tǒng)，有不可逆調(diào)速系統(tǒng)等［13］。伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⑹牵翰粩嗖捎孟冗M(jìn)的電機(jī)電器，交流裝置和控制器件向微型化、集成化和電機(jī)——控制裝置一體化發(fā)展。提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)精度、效率、功率因素、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，以及自動(dòng)化程度，大力運(yùn)用現(xiàn)代化的控制理論，實(shí)際運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)（特別是微處理機(jī)）實(shí)現(xiàn)速度、位置等多參量的數(shù)字控制以及綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)。正是基于對小功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性的認(rèn)識(shí)，本設(shè)計(jì)的直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，利用DSP實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)速，這種調(diào)速方式正是適應(yīng)了自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)向微型化、集成化和電動(dòng)機(jī)控制裝置一體化的發(fā)展方向，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值［1］第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的組成由圖2-1可知，該設(shè)計(jì)包含DSP控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、檢測單元、顯示單元、通信單元五個(gè)部分。DSP控制單元：對來自上位機(jī)的給定信號(hào)和來自傳感器的反饋信號(hào)按一定的算法進(jìn)行處理，輸出相應(yīng)的PWM波，經(jīng)過光電隔離部分，送給功率驅(qū)動(dòng)單元；功率驅(qū)動(dòng)單元：對來自DSP控制器的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后送給直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與負(fù)載；速度檢測單元：采集電機(jī)的速度信息，并送給主控制器；顯示單元：將采集到的電機(jī)轉(zhuǎn)速信息予以顯示；通信單元：負(fù)責(zé)主控制器與上位機(jī)及外設(shè)的信息交換。圖2-1系統(tǒng)總體框圖2.2DSP芯片選擇直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)一般采用電機(jī)專用微處理器，其種類主要包括復(fù)雜指令集CISC處理器如工NTEL196MX系列單片微控制器，精簡指令集RISC如日立公司SH704x系列單片微控制器，哈佛結(jié)構(gòu)DSP處理器如TI公司T145320F24X系列DSP。一般用于直流電機(jī)控制的徽處理器性能要滿足以下幾個(gè)方面：（1）指令執(zhí)行速度;（2） 片上程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量及程序存儲(chǔ)器的類型；（3） 乘除法、積和運(yùn)算和坐標(biāo)變換、向量計(jì)算等控制計(jì)算功能；（4） 中斷功能和中斷通道的數(shù)目；（5） 用于PWM生成硬件單元和可實(shí)現(xiàn)的調(diào)制范圍以及死區(qū)調(diào)節(jié)單元;（6） 用于輸入模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器；2.3TMS320LF2407DSP控制器介紹TMS320LF2407DSP是專為數(shù)字電機(jī)控制和其它控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。是當(dāng)前集成度最高、性能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制芯片。不但有高性能的C2XXCPU內(nèi)核，配置有高速數(shù)字信號(hào)處理的結(jié)構(gòu)，且有控制電機(jī)的外設(shè)。它將數(shù)字信號(hào)處理的高速運(yùn)算功能，與面向電機(jī)的強(qiáng)大控制功能結(jié)合在一起，成為傳統(tǒng)的多微處理器單元和多片系統(tǒng)的理想替代品［12］。TMS320LF2407的片內(nèi)外設(shè)模塊包括：事件管理模塊（EV）、數(shù)字輸入/輸出模塊（I/O）、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）、串行外設(shè)模塊（SPI）、串行通信模塊（SCI）、局域網(wǎng)控制器模塊（CAN）。第三章直流電機(jī)的PWM控制原理3.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速公式及原理由直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：式中： Ud——電樞電壓Id 電樞電流Rd 電樞電阻n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速①——每極總磁通Ce 常數(shù) Ce=PN/60a(P是磁極對數(shù)，N是電樞繞組導(dǎo)體數(shù),a是并聯(lián)支路對數(shù))從上式可知，改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速方式有：改變勵(lì)磁電流來改變磁通①改變加于電樞回路的端電壓Ud改變電樞回路的電阻Rd這三種調(diào)速方案的特點(diǎn)如下：改變勵(lì)磁電流來改變磁通①的調(diào)速系統(tǒng)為調(diào)磁調(diào)速系統(tǒng)。增加激磁繞組電壓奐以使①增大。由上式可知，轉(zhuǎn)速將降低，但電動(dòng)機(jī)的工作磁通一般都接近飽和的狀態(tài)。所以增加磁通量的余地不大。若減小Uc使①減弱，則可使轉(zhuǎn)速升高。由此可知，①減弱n0與^口都將增加，這表明轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械特性將變軟，其調(diào)速系統(tǒng)特性見圖3-1.圖3-1調(diào)速系統(tǒng)特性（2）改變電樞電壓Ud，由上式可知即相當(dāng)改變機(jī)械特性的起點(diǎn)n0的大小，而Id不受影響.在一定負(fù)載下，增大Ud即可增加轉(zhuǎn)速特性可見圖3-2。圖3-2轉(zhuǎn)速特性采用改變電樞電壓調(diào)速的系統(tǒng)稱為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，它是最常用的調(diào)速方式。（3）變電樞回路電阻的調(diào)速方案實(shí)際上是在電樞回路中串接一附加可變電阻R。利用電樞電流In在R上的壓降，使轉(zhuǎn)速降低。由上式可知，亦即以增加眼方法，使轉(zhuǎn)速降低，其調(diào)速特性見下圖3-3。圖3-3調(diào)速特性這種方案的機(jī)械特性軟，而且耗能多，一般較少應(yīng)用。但由于他無需很多設(shè)備，在調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速比不大的小功率調(diào)速系統(tǒng)仍有應(yīng)用。以上是最基本的調(diào)速方式，這些調(diào)速系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)裝置的控制系統(tǒng)中。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用還有晶體管控制直流電機(jī)調(diào)速，脈沖寬度調(diào)速，數(shù)字調(diào)速等三種特殊的調(diào)速方式。在這里我們著重介紹一下直流電動(dòng)機(jī)的脈沖寬度調(diào)速方式。實(shí)現(xiàn)脈沖放大器調(diào)速的方式主要有以下幾種：（a） 脈沖寬度調(diào)制（PWM）（b） 脈沖頻率（或時(shí)間）調(diào)制（PFM）（c） 混合調(diào)制（d） 可控硅調(diào)制在上述幾種方式中脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式應(yīng)用最廣泛，因此下面我們就只介紹寬度可調(diào)節(jié)的序列脈沖，就需要一套裝置，此裝置稱為脈沖調(diào)制品體管功率放大器，與特性放大器相比，有功耗低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)體積小，價(jià)格底，工作可靠，故在直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。3.2直流電機(jī)的PWM控制原理眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：n=（Ua—IaERa）/Ce0（r/min） （3-4）式中：Ua一電樞端電壓（U）；Ia一電樞電流（A）;ERa—電樞電路總電阻（Q）；0一每極磁通量（Wb）;Ce一與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。由式可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制磁通0,其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火化和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。而且由于勵(lì)磁線圈較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。設(shè)直流電源電壓為Ud，將電樞串聯(lián)一個(gè)電阻R，接到電源Ud，貝UUa=Ud—IaR顯然，調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法，其效率甚低，因此，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，一是用品閘管整流器相控調(diào)壓；二是用硅整流器將交流電整流成直流電或由蓄電池等直流電源供電，再由PWM斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。品閘管相控調(diào)壓或PWM斬波器調(diào)壓比串聯(lián)電阻調(diào)壓損耗小，功率高，而斬波器比相控調(diào)壓又有許多優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等。圖3-4為PWM斬波器的原理電路及輸出電壓波形。在圖3-4中假定品體管V1先導(dǎo)通T1秒（忽略V1管的壓降，這期間電源電壓Ud全部加到電樞上），然后關(guān)斷T2秒（這期間電樞端電壓為零）。如此反復(fù)，則電樞端電壓波形如圖3-5中所示二UdUa嘩圖3-4原理圖電機(jī)電樞端電壓Ua為其平均值：Ua=T1Ud/(T1+T2)=T1Ud/T=aUd (3-6)式(3-3)中a=T1/(T1+T2)=T1/T (3-7)a為一個(gè)周期T中，品體管U1導(dǎo)通時(shí)間比率，稱為負(fù)載率或占空比。使用下面三種方法中任何一種，都可以改變a的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。定寬調(diào)頻法：T1保持一定，使T2在0—8范圍內(nèi)變化；調(diào)寬調(diào)頻法：T2保持一定，使T1在0—8范圍內(nèi)變化；定頻調(diào)寬法：T1+T2=T保持一定，使T1在0—T范圍內(nèi)變化.不管哪種方法，a的變化范圍均為0忍a^1，因而電樞電壓平均值Ua的調(diào)節(jié)范圍為0—Ud，均為正值，即電機(jī)只能在某一方向調(diào)速，稱為不可逆調(diào)速。當(dāng)需要電機(jī)在正反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為可逆調(diào)速，就要使用圖3-6所示的橋式(或稱H式)斬波電路。圖3-6原理圖在圖3-6中，品體管V1、V4是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，V2、V3也是同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)關(guān)斷的，但V1與V2,V3與V4都不允許同時(shí)導(dǎo)通，否則電源Ud直通短路。設(shè)V1、V4先同時(shí)導(dǎo)通T1秒后，同時(shí)關(guān)斷，間隔一定時(shí)間(為避免電源直流短路，該間隔時(shí)間稱為死區(qū)時(shí)間)之后，再使V2、V3同時(shí)導(dǎo)通T2秒后同時(shí)關(guān)斷，如此反復(fù)，則電機(jī)電樞端電壓波形如圖3-7所示：

圖3-7輸出電壓波形電機(jī)電樞端電壓的平均值為:Ua=(T1-T2)Ud/(T1+T2)=(2T1/T)Ud=(2a-1)Ud (3-8)由于0忍a^1,Ua值的范圍是-Ud—+Ud，因而電機(jī)可以在正反兩個(gè)方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3-8給出了兩種PWM斬波器電路的電樞電壓平均值的特性曲線Ua=f(a)。圖3-8兩種斬波器的輸出電壓特性第四章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用了TMS320LF2407作為控制系統(tǒng)的主要器件，利用四位動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速，由DSP軟件編程輸出脈寬可調(diào)的方波信號(hào)，對電機(jī)進(jìn)行定頻調(diào)寬法調(diào)速，用霍爾傳感器產(chǎn)生反饋脈沖直接輸入到DSP與給定的值比較，然后自動(dòng)調(diào)整脈寬，達(dá)到自動(dòng)調(diào)速的目的⑶4.1總線隔離器由于TMS320LF2407是+3.3V電源供電器件，與+5V電源供電器件進(jìn)行混合設(shè)計(jì)時(shí)，TMS320LF2407的數(shù)據(jù)總線需要應(yīng)用總線隔離器將總線隔離開來，系統(tǒng)采用SN74LVTH245作為總線隔離器。SN74LVTH245的引腳圖如圖4-1所示DIRA1A2DIRA1A2A3A4A5Aj6A7ASGND[1U20]219]318][417i[516][6化］714；813:&12:[1011]VCCOEB1B2B3B4B5B6B7BS圖4-1SN74LVTH245的引腳圖由DSP與SN74LVTH245的接口電路如圖4-2所示。通過SN74LVTH245將+5V電平轉(zhuǎn)換為+3.3V電平輸入到DSP內(nèi)部。其中DATA0~DATA15與TMS320LF2407的數(shù)據(jù)線D0~D15相連接，RW與TMS320LF2407的讀寫控制信號(hào)R/W端相連接。DATA018DATAI17DATA2~~16DATA3~~EDATA018DATAI17DATA2~~16DATA3~~EDATA4~~14DATA5~13DATA6DATA?~1T20IoE0AUElAlE2A2E3A3E4A4B5A5B6A6B7A7VCC&DIRU1SH74LVTH2452I：'UDATA8183!：■!DATA9174D2DATA10165D3DATAll156D4DATA12147D5E-ATA13138D6DATA14129D7E-ATA151119亍2iJ1RW10—E0AOElAlE2A2E3A3E4A4B5A5B6A6B7A7VCC&&HDDIRU2SN74LVTH2453I：-94DIO5Dll6D127D138D149D15191RW1：-8圖4-2TMS320LF2407與SN74LVTH245的接口電路4.2鍵盤的設(shè)計(jì)鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)的集合，它是最簡單的DSP輸入設(shè)備，可以通過按鍵控制來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對話。本系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤電路，如圖4-3所示。在以上電路中，74LS138譯碼后和讀信號(hào)通過74LS32共同來選擇鍵盤地址，鍵盤一端接入74LS244的輸入端，另一端接地。74LS244的輸出端與DSP的數(shù)據(jù)總線相接，通過軟件查詢的方式判斷是否有按鍵按下。圖中D0、D1……D14、D15為總線隔離器數(shù)據(jù)線。KEY0功能為設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速，KEY1功能為修改電機(jī)轉(zhuǎn)速；KEY2功能為啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，KEY3功能為停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。DATA117DATA216DATA2：15DATA414DATA513DATA6DATA117DATA216DATA2：15DATA414DATA513DATA612DATA?11V332010DATAU13E0A0E1A1E2A2E3A3E4A4E5A5E6A6E7A7VCCGGKDDIRU1SH74LVTH2452DODATA8183D1DATA?174D2DATA10165D3DATAll156D4DATA12147D5DATA13138D6DATA14129D7DATA151119亍2U1RW10—E0AOElAlE2A2E：3A3E：4A4E5A5E6A6E7A7VCCGGHDDIRU2SH74LVTH2453D94D1U5Dll6D127D138D149D15191RWD8U674LSZ44圖4-3獨(dú)立式鍵盤電路4.3顯示電路的設(shè)計(jì)目前比較常用的顯示器有數(shù)碼管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD）兩種。本系統(tǒng)選擇數(shù)碼管顯示器（LED），顯示電路如圖4-4所示，LED顯示器采用兩片74LS273動(dòng)態(tài)掃描方式驅(qū)動(dòng)，其中U2作為段碼驅(qū)動(dòng)，U3作為位碼驅(qū)動(dòng)，DSP通過動(dòng)態(tài)掃描的方式使數(shù)碼管顯示需要的字母或數(shù)字。圖中D0、D1……D14、D15為總線隔離器數(shù)據(jù)線。數(shù)碼管缺省時(shí)，顯示設(shè)置的電機(jī)轉(zhuǎn)速；電機(jī)運(yùn)行時(shí)，顯示電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。74LS273-■■1寸1 <|?"|寸|?"|如74LS273-■■1寸1 <|?"|寸|?"|如13D433[032373433[13253433[2D237D433[3D2U274LS273U3VCCVCC圖4-4顯示電路4.4直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4-5所示。系統(tǒng)采用四個(gè)2N5551NPN管構(gòu)成橋式驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的運(yùn)行，其中ZH0，ZH1，ZH2，ZH3分別于DSP的引腳相連。當(dāng)ZH0和ZH2為高電平而ZH1和ZH3為低電平時(shí)，Q1、Q4導(dǎo)通而Q2、Q3截止，此時(shí)，直流電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)ZH0和ZH2為低電平而ZH1和ZH3為高電平時(shí)，Q1、Q4截止而Q2、Q3導(dǎo)通，此時(shí)，直流電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。DSP通過PWM對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。+12圖4-5直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.5直流電機(jī)速度測量電路1、 速度的測量方法有光電法、磁電法等。光電法測速優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡單、易用；但是，其抗外界光線干擾能力差，而且易受外界灰塵污染，使得測量的準(zhǔn)確性大幅度降低。磁電法測速不但不怕污染，而且器件的壽命長，對外界環(huán)境要求低，電路實(shí)現(xiàn)簡單，體積小，易于將磁電式傳感器與外圍器件封裝在一起，使得速度傳感器的體積大為減小。由于磁電式傳感器以上的優(yōu)點(diǎn)，我們選用霍爾集成傳感器（磁電式傳感器的一種）構(gòu)成速度傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速。2、 霍爾傳感器的選擇由于霍爾集成式傳感器具有可靠性高、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在速度傳感器中我們選用開關(guān)型霍爾集成式傳感器?；魻杺鞲衅魇潜鞠到y(tǒng)的重要組成部分，在選擇霍爾傳感器時(shí)，一定要選擇工作溫度范圍寬，壽命長，穩(wěn)定性好的霍爾集成式傳感器。在本系統(tǒng)中我們選用了UGS-3040T霍爾集成式傳感器。UGS-3040T的特性電源電壓4.5V?24V；工作溫度范圍-40°C?125°C；閾值（工作點(diǎn)）磁通典型值150G；釋放點(diǎn)磁通典型值100G；最大輸出電流25mA。環(huán)境溫度對工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的影響的特性曲線如圖4-6所示。圖4-6環(huán)境溫度對工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的影響UGS-3040T的輸出特性曲線如圖4-7所示?！草敵鲭妷海﹫D4-7UGS-3040T的輸出特性3、電機(jī)測速原理速度傳感器是由霍爾集成式傳感器、一個(gè)磁屏蔽葉輪、一個(gè)永久磁鐵或磁極組成。當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)葉片轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時(shí)，磁場就中斷了；當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)窗口轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時(shí)，允許磁

場通過，并不受阻礙的傳到霍爾集成式傳感器上。磁屏蔽葉輪的窗口開和閉遮斷磁場，導(dǎo)致霍爾集成式傳感像開關(guān)一樣接通和關(guān)斷。其原理圖如圖4-8所示。圖4-8電機(jī)轉(zhuǎn)度傳感器的原理圖4、電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)測速電路原理圖如圖4-9所示，由于UGS-3040T為集電極開路輸出，因此集電極需加上拉電阻R1。為增強(qiáng)霍爾集成式傳感器輸出級(jí)的帶負(fù)載能力及保護(hù)傳感器，電路中增加小功率管Q1。整個(gè)電路采用車載+5V電源供電，為配合與DSP接口電路，采用穩(wěn)壓管D1將信號(hào)限制在0?3.3V之間。4-9電機(jī)測速電路

第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 鍵盤程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鍵盤程序流程圖如圖5-1所示:圖5-1鍵盤程序流程圖5.2顯示程序設(shè)計(jì)點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。顯示器位數(shù)較少時(shí)，采用靜態(tài)顯示的方法是合適的。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的I/O太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示。顯示流程圖如圖5-2所示：

圖5-2顯示程序流程圖5.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要控制器件為TMS320LF2407，由它控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過對TMS320LF2407的軟件編程可實(shí)現(xiàn)脈沖寬度可調(diào)方波的輸出、反饋轉(zhuǎn)速的測量以及調(diào)整，轉(zhuǎn)速檔位的顯示和上升，下降，停止命令的輸入功能，系統(tǒng)程序主流程圖如圖5-3所示。圖5-3系統(tǒng)程序主流程圖結(jié)論緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活結(jié)束了