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案例頻道一．引言
本文設計的基于DSP的步進電機控制系統是一個獨立的系統，采用的DSP是TI公司的TMS320LF
二．設計方案概述
本測控系統主要分為兩個模塊：一個是串行通信接口SCI同微機的RS-232接口，另一個就是脈寬調制電路PWM控制步進電機。在串行通信接口模塊中使用SCITXD/IOPA0和SCIRXD/IOPA1引腳，電路由Maxim公司的芯片MAX232A和少量的外圍元件構成。PC的串行通信使用的是VB提供的控件MSComm，通過事件驅動方式，利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通信事件。步進電機的驅動器為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，按照收到的脈沖頻率和個數輸出四相電流驅動步進電機的運行。
三．系統硬件設計
圖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標準的驅動芯片
MAX232，進行串行通信。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供電，具有兩個接收和發送通道。由于TMS320LF2407采用+3.3V供電，所以在MAX232與TMS320LF2407之間加了TI公司提供典型電平匹配電路。SCITXD/IOPA0，SCIRXD/IOPA1接DSP控制器SCI串行通信模塊的輸入輸出，RXD，TXD接外部RS-232接口。
圖2所示是DSP和UCN5804B的主要接口電路，UCN5804B是Allegro公司生產的步進電機專用驅動芯片，對四相步進電機提供完全的控制和驅動。其中DSP的IOPA5，IOPA6被設置成通用I/O口輸出，分別控制UCN5804B的使能和方向。T1PWM/T1CMP/IOPB4被設置為PWM功能，提供脈沖輸入。其中運行模式被強制設置為單-雙相勵磁，無須DSP控制。在用PWM信號控制步進電機時，主要是輸出脈沖的頻率決定電機的運行速度，因此只要能實時改變PWM的脈沖輸出頻率，也就是更改相應計時器的周期寄存器的值，就能實時更改電機的運行速度。
系統所使用DSP芯片內部硬件資源包括EVA的通用計時器1，SCI接收器和發送器，以及控制器復位引腳，功率驅動保護中斷輸入引腳，PLL振蕩器輸入引腳。
因為2407A芯片為3.3V供電，而外圍電路接口為+5V，所以對于多電源工作的DSP應用系統，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500mA的DC/DC芯片。由于DSP的外圍器件一般為5V的居多，這就存在一個DSP與外圍器件之間的電平轉換問題。74LVC4245芯片的輸入端可承受5.5V信號，輸出信號的電平為3.3V，可以輕松實現2407A與周圍器件的電平轉換。
四．系統軟件設計
本系統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。主程序調用系統初始化子程序，進行通信接口，定時器等部分及必要中間寄存器的初始化，設置中斷標志，讀取定時器1的計數值。當發生中斷時，調用相應中斷程序，并修改或重置標志位。
通信中斷子程序包括接收中斷和發送中斷，完成數據的接收和發送。由SCI的中斷向量寄存器PIVR的值判斷是接收中斷還是發送中斷，并調用相應服務子程序。再計算定時器周期寄存器的值，結果放入中間寄存器，并把計數器清零。發送中斷時，系統讀取電機電流，轉速和方向等寄存器的值，同時相應寄存器清零，將各結果發送到PC機。
當定時器中計數器與周期寄存器匹配時，即發生輸出中斷，相應標志位置位，脈沖輸出中斷子程序根據標志位讀取相應中間寄存器的脈沖值和方向標志，并輸出到I/O，隨即計數器清零，重新開始計數，同時標志位清零。為增強程序容錯性能，系統使能看門狗定時器。另外，為防止干擾影響控制性能，需增加返回中斷服務子程序，此程序只有一條“return”指令，當發生干擾中斷時，系統直接返回主程序。
LDP #DP_EVA ；指向7400h～7480h單元
SPLK #41H,GPTCONA ；允許定時器比較輸出
SPLK #5H，T1PR ；設置周期寄存器
SPLK #3H，T1CMPR ；設置比較寄存器
SPLK #0H，T1CNT ；設置計數寄存器
SPLK #0F4EH，T1CON ；
以及串行通信初始化程序：
LDP #0E1H
LACL MCRA
OR #03H
SACL MCRA ；設置串行口引腳為特殊功能：TXD，RXD
LDP #DP_PF1
SPLK #000FH，SCICCR ；地址位喚醒模式，8位數據1位停止位
SPLK #0003H，SCICTL1 ；接收，發送，內部時鐘使能
SPLK #0002H，SCICTL2 ；接收中斷使能
SPLK #0001H，SCIHBAUD
SPLK #0038H，SCILBAUD ；波特率為9600
SPLK #0027H，SCICTL1 ；串口初始化完成
LAR AR1，#SCIRXBUF ；接收緩沖寄存器地址
LAR AR2，#SCITXBUF ；發送緩沖寄存器地址
LAR AR3，#RXD_PTR ；接收的數據指針
LAR AR4，#TXD_PTR ；發送的數據指針
LDP #0
SPLK #0001H，IMR ；允許INT1中斷
SPLK #0FFFFH，IFR ；清所有中斷標志
CLRC INTM ；開中斷
RET
在本程序中，DSP從PC接收數據，接收的數據存放到了RXD_PTR，我們就用這個值來改變定時器的周期，從而改變PWM的周期和頻率，也就改變步進電機的運行速度。其中四相步進電機以單極驅動，是脈沖驅動方式。從PC機接收數據的中斷程序為：
GISR1： ；INT1中斷入口
LDP #0E0H ；保護現場
LACC PIVR，1 ；讀取外設中斷向量寄存器
ADD #PVECTORS ；加上外設中斷入口地址
BACC ；跳到相應的中斷服務子程序
SCI_RX_ISR： ；接收中斷服務程序
LDP #DP_PF1
MAR *，AR1
BIT SCICTL1，BIT2
LACC *，AR3 ；讀入數據
SACL *+，AR0 ；保存數據
LAR AR0，#RXD_PTR
ADRK #N
MAR *，AR3
CMPR 00
BCND SCI_RX_END，NTC ；判是否接收完
LAR AR7，#RXD_PTR ；
SAR AR7，T1PR
LAR AR3，#RXD_PTR ；恢復數據指針
SCI_RX_END：
CLRC INTM ；中斷返回，恢復現場
RET
五．結束語
本文所設計的DSP測控系統通過與微機的接口，可以方便的控制四相步進電機的運行。在PC機的接收端，使用Visual Basic編一個簡易的軟件界面，設好通信的波特率，就可以發送不同的數據到DSP，這樣控制就顯得比較簡便。適合于通信距離近的場合，現場控制等。
參考文獻：
[1] 劉和平等。TMS320LF240X DSP結構原理及應用[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[2] 王曉明。電動機的單片機控制[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[3] 王福瑞。單片機測控系統設計大全[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[4] 劉和平等。TMS320LF240X DSP C語言開發應用[M]。北京：北京航空航天大學出版社
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號