基于数字信号处理器DSP的电机控制方案设计

基于数字信号处理器DSP的电机控制方案设计专业：班级：学号：姓名：指导教师：一、训练任务和目标1、训练任务通过对PWM控制直流电机器的原理及构成的分析，设计一个采用数字信号处理器DSP5000系列结合LM298直流电机驱动器实现对电机的控制器。控制系统的功能为：根据键盘设定的电机转速和方向，自动控制电机的转速和正反转，现实电机转速的跟踪，显示，实现电机的手动控制，点动控制，正反转控制。掌握DSP编程技术和调试方法。2、训练目标通过项目的训练，使学生对项目设计有一个系统、全面的认识，养成良好的产品设计习惯，能独立或在教师的指导下，分析实际问题，查阅相关的技术资料，提出设计方案；掌握一些常用电子仪器、设备的使用，能进行电子元器件的分析、选择，能独立设计、装配、调试、检测电路。在此过程中，可以将模电、数电、自动检测技术、电子测量、DSP原理等课程的知识，有体地结合在一起，加强学科知识的联系，拓宽设计思路，还可以强化对PROTEL99、电子材料与元器件、电子装配工艺等实践性课程的训练二、设计原理1.CCS的概述CCS集成开发环境是针对TMS320系列DSP工作于Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具集成开发环境。它的工作模式有两种：软件仿真器模式和硬件在线编程模式。软件仿真器模式：可以脱离DSP芯片，在PC机上模拟DSP的指令集和工作机制，主要用于前期算法实现和调试。硬件在线编程模式：可以实时运行在DSP芯片上，与硬件开发板相结合在线编程和调试应用程序CCS的主要构成：C55x集成代码产生工具以及集成开发环境。C55x集成代码产生工具：用来对C语言、汇编语言或混合语言编程的DSP源程序进行编译汇编，并链接成为可执行的DSP程序，它主要包括汇编器、链接器、C/C++编译器和建库工具等。集成开发环境：集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试和实时跟踪等功能于一体，主要包括编辑工具、工程管理工具和调试工具等。CCS的主要功能：1)具有集成可视化代码编辑界面，用户可通过其界面直接编写C、汇编、.cmd文件等2)含有集成代码生成工具，包括汇编器、优化C编译器、链接器等，将代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能集成到一个软件环境中3)高性能编辑器支持汇编文件的动态语法加亮显示，使用户很容易阅读代码，发现语法错误4)工程项目管理工具可对用户程序实行项目管理。在生成目标程序和程序库的过程中，建立不同程序的跟踪信息，通过跟踪信息对不同的程序进行分类管理5)基本调试工具具有装入执行代码、查看寄存器、存储器、反汇编、变量窗口等功能，并支持C源代码级调试6)断点工具，能在调试程序的过程中，完成硬件断点、软件断点和条件断点的设置7)探测点工具，可用于算法的仿真，数据的实时监视等8)分析工具，包括模拟器和仿真器分析，可用于模拟和监视硬件的功能、评价代码执行的时钟9)数据的图形显示工具，可以将运算结果用图形显示,包括显示时域/频域波形、眼图、星座图、图像等，并能进行自动刷新10)提供GEL工具。利用GEL扩展语言，用户可以编写自己的控制面板/菜单，设置GEL菜单选项，方便直观地修改变量，配置参数等11)支持多DSP的调试12)支持RTDX技术，可在不中断目标系统运行的情况下，实现DSP与其他应用程序的数据交换13)提供DSP/BIOS工具，增强对代码的实时分析能力2.LM298概述L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298，如图1，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。图1LM298封装可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。图2.L298内部原理图图2L298的内部原理图IN1IN2ENAOUT1OUT2OUT3OUT4IN3IN4ENB6V动力电源In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。ENAIN1IN2电机状态0XX停止110正转101反转111刹停100停止表1L298的逻辑功能3.5509简介5509原理框图、器件布局图分别如图4、图5所示：图4ITECEK-VC5509-A原理框图图5ITECEK-VC5509-A器件布局图外围控制接口Ｐ１、P4分别如表2和表3所示表2外围控制接口P1表3外围控制接口P4三．PWM直流电机控制总体方案设计1.控制方案系统框图设计实现系统功能的控制系统框图，参考系统结构框图如图3所示,控制系统框图如图4所示，模块任务分类流程如图5所示。图3系统结构框图图4控制系统框图控制器直流电机测速传感器给定nDSP数字信号处理器LM298直流电机驱动器PWM方向键盘与显示信号调理电路反馈图5模块任务分类流程2.控制系统硬件连接原理图电源模块按键控制模块LM298模块系统功能模块化分初始化模块PWM模块键盘模块控制模块显示模块文档归类联合测试结束DSP连接模块心得体会通过本次试验，我学会了CCS软件的安装方法，并且使用它进行了DSP试验箱的硬件仿真完成了对直流电机的调试，并且基本掌握了该系统的结构、原理以及怎么对已有的系统进行硬件调试、差错处理。参考文献DSP用户手册LM298用户手册实验箱用户手册