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基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)和PC的串行通信
  • 企業(yè):控制網(wǎng)     行業(yè):輸配電    
  • 點(diǎn)擊數(shù):2959     發(fā)布時(shí)間:2006-08-16 17:58:25
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介紹基于TMS320LF2407A的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理,并討論了與PC機(jī)進(jìn)行串行通信的功能;分析步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài),及其在通信控制系統(tǒng)和工控中的應(yīng)用。

 

一.引言

本文設(shè)計(jì)的基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),采用的DSPTI公司的TMS320LF2407A。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)本身可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度調(diào)節(jié),而且微機(jī)可以通過串口通信改變DSP程序中電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向,得以精確的控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。

二.設(shè)計(jì)方案概述

   本測(cè)控系統(tǒng)主要分為兩個(gè)模塊:一個(gè)是串行通信接口SCI同微機(jī)的RS-232接口,另一個(gè)就是脈寬調(diào)制電路PWM控制步進(jìn)電機(jī)。在串行通信接口模塊中使用SCITXD/IOPA0SCIRXD/IOPA1引腳,電路由Maxim公司的芯片MAX232A和少量的外圍元件構(gòu)成。PC的串行通信使用的是VB提供的控件MSComm,通過事件驅(qū)動(dòng)方式,利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通信事件。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器為UCN5804B,它提供有方向和輸出使能控制,STEP IN引腳接DSP輸出的PWM信號(hào),按照收到的脈沖頻率和個(gè)數(shù)輸出四相電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。

三.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1所示是SCI串行通信總線接口電路,該電路采用了符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片

MAX232,進(jìn)行串行通信。MAX232芯片功耗低,集成度高,+5V供電,具有兩個(gè)接收和發(fā)送通道。由于TMS320LF2407采用+3.3V供電,所以在MAX232TMS320LF2407之間加了TI公司提供典型電平匹配電路。SCITXD/IOPA0SCIRXD/IOPA1DSP控制器SCI串行通信模塊的輸入輸出,RXDTXD接外部RS-232接口。                               

2所示是DSPUCN5804B的主要接口電路,UCN5804BAllegro公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片,對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)提供完全的控制和驅(qū)動(dòng)。其中DSPIOPA5IOPA6被設(shè)置成通用I/O口輸出,分別控制UCN5804B的使能和方向。T1PWM/T1CMP/IOPB4被設(shè)置為PWM功能,提供脈沖輸入。其中運(yùn)行模式被強(qiáng)制設(shè)置為單-雙相勵(lì)磁,無須DSP控制。在用PWM信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí),主要是輸出脈沖的頻率決定電機(jī)的運(yùn)行速度,因此只要能實(shí)時(shí)改變PWM的脈沖輸出頻率,也就是更改相應(yīng)計(jì)時(shí)器的周期寄存器的值,就能實(shí)時(shí)更改電機(jī)的運(yùn)行速度。

系統(tǒng)所使用DSP芯片內(nèi)部硬件資源包括EVA的通用計(jì)時(shí)器1SCI接收器和發(fā)送器,以及控制器復(fù)位引腳,功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷輸入引腳,PLL振蕩器輸入引腳。

因?yàn)?SPAN lang=EN-US>2407A芯片為3.3V供電,而外圍電路接口為+5V,所以對(duì)于多電源工作的DSP應(yīng)用系統(tǒng),可以采用TI公司的TPS7333Q芯片。這是輸入電壓+5V,輸出電壓3.3V,輸出電流500mADC/DC芯片。由于DSP的外圍器件一般為5V的居多,這就存在一個(gè)DSP與外圍器件之間的電平轉(zhuǎn)換問題。74LVC4245芯片的輸入端可承受5.5V信號(hào),輸出信號(hào)的電平為3.3V,可以輕松實(shí)現(xiàn)2407A與周圍器件的電平轉(zhuǎn)換。

 

                                   1

 

                                     2

四.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)控制程序主要有初始化子程序,通信中斷子程序,主程序以及脈沖輸出中斷子程序。主程序調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序,進(jìn)行通信接口,定時(shí)器等部分及必要中間寄存器的初始化,設(shè)置中斷標(biāo)志,讀取定時(shí)器1的計(jì)數(shù)值。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí),調(diào)用相應(yīng)中斷程序,并修改或重置標(biāo)志位。

通信中斷子程序包括接收中斷和發(fā)送中斷,完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。由SCI的中斷向量寄存器PIVR的值判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷,并調(diào)用相應(yīng)服務(wù)子程序。再計(jì)算定時(shí)器周期寄存器的值,結(jié)果放入中間寄存器,并把計(jì)數(shù)器清零。發(fā)送中斷時(shí),系統(tǒng)讀取電機(jī)電流,轉(zhuǎn)速和方向等寄存器的值,同時(shí)相應(yīng)寄存器清零,將各結(jié)果發(fā)送到PC機(jī)。

當(dāng)定時(shí)器中計(jì)數(shù)器與周期寄存器匹配時(shí),即發(fā)生輸出中斷,相應(yīng)標(biāo)志位置位,脈沖輸出中斷子程序根據(jù)標(biāo)志位讀取相應(yīng)中間寄存器的脈沖值和方向標(biāo)志,并輸出到I/O,隨即計(jì)數(shù)器清零,重新開始計(jì)數(shù),同時(shí)標(biāo)志位清零。為增強(qiáng)程序容錯(cuò)性能,系統(tǒng)使能看門狗定時(shí)器。另外,為防止干擾影響控制性能,需增加返回中斷服務(wù)子程序,此程序只有一條“return”指令,當(dāng)發(fā)生干擾中斷時(shí),系統(tǒng)直接返回主程序。

   
    在本程序中,使用了眾多的寄存器,現(xiàn)在分別把它們各自的定義說明如下:SCI通信程序部分中,DSP的時(shí)鐘頻率為24M HZ,串行通訊的波特率為96008位數(shù)據(jù)、1位停止位、不設(shè)奇偶校驗(yàn)位。SCSR1設(shè)置為81FESCICCR000FSCICTL10003SCICTL20002SCIHBAUD0001SCILBAUD0038;產(chǎn)生PWM的寄存器設(shè)置中首先不使能看門狗,WDCR0E8IMR0002,再根據(jù)所需的PWM載波周期設(shè)置T1PR,設(shè)置T1CON寄存器以確定計(jì)數(shù)模式和時(shí)鐘源并啟動(dòng)PWM輸出操作,最后將相應(yīng)于PWM脈沖的在線計(jì)算寬度(占空比)的值加載到T1CMPR寄存器中。系統(tǒng)初始化程序包括通用定時(shí)器1的初始化程序:

LDP        #DP_EVA            ;指向7400h7480h單元

SPLK       #41H,GPTCONA       ;允許定時(shí)器比較輸出

SPLK       #5HT1PR          ;設(shè)置周期寄存器

SPLK       #3HT1CMPR        ;設(shè)置比較寄存器

SPLK       #0HT1CNT         ;設(shè)置計(jì)數(shù)寄存器

SPLK       #0F4EHT1CON     

以及串行通信初始化程序:

LDP        #0E1H

LACL       MCRA

OR         #03H

SACL       MCRA               ;設(shè)置串行口引腳為特殊功能:TXDRXD

LDP        #DP_PF1

SPLK       #000FHSCICCR     ;地址位喚醒模式,8位數(shù)據(jù)1位停止位

SPLK       #0003HSCICTL1    ;接收,發(fā)送,內(nèi)部時(shí)鐘使能

SPLK       #0002HSCICTL2    ;接收中斷使能

SPLK       #0001HSCIHBAUD

SPLK       #0038HSCILBAUD   ;波特率為9600

SPLK       #0027HSCICTL1    ;串口初始化完成

LAR        AR1#SCIRXBUF     ;接收緩沖寄存器地址

LAR        AR2#SCITXBUF     ;發(fā)送緩沖寄存器地址

LAR        AR3#RXD_PTR      ;接收的數(shù)據(jù)指針

LAR        AR4#TXD_PTR      ;發(fā)送的數(shù)據(jù)指針

LDP        #0

SPLK       #0001HIMR        ;允許INT1中斷

SPLK       #0FFFFHIFR       ;清所有中斷標(biāo)志

CLRC       INTM               ;開中斷

RET

在本程序中,DSPPC接收數(shù)據(jù),接收的數(shù)據(jù)存放到了RXD_PTR,我們就用這個(gè)值來改變定時(shí)器的周期,從而改變PWM的周期和頻率,也就改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。其中四相步進(jìn)電機(jī)以單極驅(qū)動(dòng),是脈沖驅(qū)動(dòng)方式。從PC機(jī)接收數(shù)據(jù)的中斷程序?yàn)椋?SPAN lang=EN-US>

GISR1                                 INT1中斷入口

LDP        #0E0H              ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

LACC       PIVR1            ;讀取外設(shè)中斷向量寄存器

ADD        #PVECTORS          ;加上外設(shè)中斷入口地址

BACC                          ;跳到相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序

SCI_RX_ISR                            ;接收中斷服務(wù)程序

LDP        #DP_PF1

MAR        *AR1

BIT        SCICTL1BIT2

LACC       *AR3             ;讀入數(shù)據(jù)

SACL       *+AR0            ;保存數(shù)據(jù)

LAR        AR0#RXD_PTR

ADRK       #N

MAR        *AR3

CMPR       00

BCND       SCI_RX_ENDNTC    ;判是否接收完

LAR        AR7#RXD_PTR     

SAR        AR7T1PR

LAR        AR3#RXD_PTR      ;恢復(fù)數(shù)據(jù)指針

SCI_RX_END

CLRC       INTM               ;中斷返回,恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

RET

五.結(jié)束語

    本文所設(shè)計(jì)的DSP測(cè)控系統(tǒng)通過與微機(jī)的接口,可以方便的控制四相步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。在PC機(jī)的接收端,使用Visual Basic編一個(gè)簡(jiǎn)易的軟件界面,設(shè)好通信的波特率,就可以發(fā)送不同的數(shù)據(jù)到DSP,這樣控制就顯得比較簡(jiǎn)便。適合于通信距離近的場(chǎng)合,現(xiàn)場(chǎng)控制等。

參考文獻(xiàn):

[1]  劉和平等TMS320LF240X DSP結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用[M]。北京:北京航空航天大學(xué)出版社

[2]  王曉明。電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社

[3]  王福瑞。單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社                                                              

[4]   劉和平等TMS320LF240X DSP C語言開發(fā)應(yīng)用[M]。北京:北京航空航天大學(xué)出版社

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