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毕业论文成稿范文 摘要随着数字信号处理（DSP）芯片性能价格比和开发手段的不断提高，DSP芯片已经在社会生活各个领域得到广泛应用，除了通信、网络、雷达等领域外，近年来在电机控制、数码相机等领域也得到了不断的拓展。 本次设计的题目是“采用双折射式滤波的激光自动调谐系统设计”，是以激光侦查军事对抗为背景的，主要任务是用DSP芯片对步进电机进行控制从而实现掺钛蓝宝石激光器的自动调谐。 数字信号处理(DSP)芯片比模拟处理芯片运算速度更快，抗干扰性更强，稳定性更好。 其中TI公司生产的TMS320F240系列是专用于工程的，以TMS320F240位核心芯片连接外围设备很容易来完成控制功能。 由于以上优点本次设计是用数字信号处理(DSP)TMS320F240为核心芯片来组成控制系统的。 本设计的预期目标是通过对TMS320F240DSP的基本工作原理及接口技术进行系统地、深入地学习，实现TMS320F240DSP对步进电机的控制。 为了实现这一目标，本文首先介绍了激光调谐和步进电机的发展情况，对DSP芯片及它在电机控制方面的应用作了较为详尽的综述。 随后给出了系统的总体设计方案，对其进行方案论证。 重点就在硬件系统这部分，对TMS320F240芯片及其各功能模块作了详细介绍，以TMS320F240芯片为核心，进行了存储器、时钟电路、复位电路等电路的设计，以及TMS320F240的其它外围设计和串行通信设计。 对系统的软件方面也作了简单的设计，设计应用程序的流程图。 最后对全文做了全面的总结，展望了DSP的发展方向。 随之微电子技术和数字信号处理技术的飞速发展,DSP的性能价格比不断提高，正在受到业界越来越广泛的关注。 目前，数字信号处理器作为数字信号处理的核心技术，其应用已深入到涉及信号处理的航空、航天、通信、自动控制、马达控制、家用电器等各个领域，成为电子系统的心脏。 本课题是以激光侦查军事对抗为背景的，预期目标是通过对TMS320F240DSP的基本工作原理及接口技术进行系统地、深入地学习，实现TMS320F240DSP对步进电机的控制。 TMS320F240DSP是德州仪器公司为满足复杂的电机数字控制需求而设计的。 而步进电机和掺钛蓝宝石激光器连接，用TMS320F240DSP来控制步进电机就可以实现双折射滤波激光自动调谐功能，实际上就是用步进电机来进行激光调谐器的调谐自动化。 1.2可调谐激光技术发展状况自1960年发明红宝石激光器以来，人们就开始探索可调谐激光介质，20世纪60年代中P.P.Sorokin和F.P.Schafer发明了染料激光器，实现了由近紫外到近红外光谱区连续可调谐激光运转。 此后近20年，液态燃料激光器在可调谐激光领域，一直占据着绝对垄断地位。 直到20世纪80年代初，P.F.Moulton发明了固态掺钛蓝宝石激光器，才开始打破染料激光器对可调谐激光一统天下的局面，它标志着可调谐激光器技术进入了一吉林大学本科毕业论文第一章绪论个新的发展阶段，向固体化和全国化发展的新阶段。 染料激光器早期的发展为可调谐激光技术发展奠定了坚实基础，可调谐激光的基础理论和主要技术都已基本成熟。 因此，固体可调谐激光器一登上舞台，就能获得迅猛发展，并出现了以固体可调谐激光器取代液态染料激光器的趋势。 目前，固态可调谐激光介质，主要是各种掺过渡金属离子激光晶体，除掺钛晶体外，还有掺铬、掺钴等过渡金属离子晶体，以及钵等少数稀土离子激光晶体，同时也推动了染料激光的固态化研究。 20世纪80年代末，激光二极管泵浦技术引入可调谐激光器，从此可调谐激光技术进入了全固态化发展大趋势中。 今日固体可调谐激光技术，已成为当今激光高新技术领域发展的热点之一。 固定波长激光器的基本结构是由三部分组成具有光受激放大作用的工作介质（气体，或晶体，或半导体等），由输出耦合镜与全反射镜组成的谐振腔（法布里珀罗腔），以及激励激光工作介质的泵浦源（光激励或电激励等）。 对可调谐激光器1，由于需要有波长选择、调谐功能、则必须在谐振腔中插入一定的选频元件，以便实现激光波长的调谐。 如掺钛蓝宝石激光器，它与固定波长激光器比较，除同样有激光介质，谐振腔和泵浦源外，谐振腔内又多了选频、调谐元件，如光栅、棱镜等。 可调谐激光器应用的激光介质，必须具有宽带荧光光谱，荧光光谱带宽越宽，可调谐波长范围越宽。 可调谐激光器的泵浦，往往采用其它激光器作为泵浦光源。 泵浦形式可采用横向泵浦，也可采用纵向泵浦。 掺钛蓝宝石激光器就采用的纵向泵浦。 本设计中用到的是掺钛蓝宝石激光器，下面对它加以介绍1掺钛蓝宝石激光器这是一种以Ti:Al2O3晶体为激光介质的固体激光器(简称Ti:S激光器)。 它以调谐范围宽(670nm1200nm)、输出功率(或能量)大、转换效率吉林大学本科毕业论文第一章绪论高、运转方式多等诸多优异特性而倍受青睐，成为固体可调谐激光器中迄今为止发展最为迅速、最为成熟、最为实用，而且应用也最为广泛的一种。 可调谐钛宝石激光器通过对钛宝石激光器的频率变换可将其调谐范围扩展到蓝光和紫外波段。 目前使用的变频晶体多为LiIO 3、KNbO 3、LBO、BBO等。 通过OPO和倍频等手段可将激光输出波长范围扩展到200nm510nm，转换效率可达到40%以上。 特别是近来提出的准相位匹配技术，它可能实现超宽范围、并具高效率的波长调谐，因此倍受关注。 窄线宽钛宝石激光器也在深化研究，目前已能获得动态单模激光输出，其频率稳定性达1kHz。 可调谐激光器谐振腔内，必须插入适当的选频、调谐元件，以组成“选频调谐腔”。 可调谐激光器，主要根据激光调谐特性和线宽要求，选用选频、调谐元件，并考虑到谐振腔结构和激光功率等因素。 选频元件除棱镜外，还可用光栅、标准具和双折射滤光片等色散、干涉元件。 下面就介绍一下双折射滤波器。 2双折射滤波器双折射滤波器，或称双折射滤光片，也称利奥特滤波器（Lyot过滤器）。 它是一种偏振光干涉元件，是连续波可调谐激光器中，最常用的一种调谐，线宽压窄元件。 双折射滤波器具有色散大，调谐范围大，损耗小，尺寸小，损伤阈值高，工作可靠和价格适中等优点。 可调谐激光技术，在科学技术和国防建设上具有十分重要的意义。 可调谐激光器是各种激光光谱技术研究的主要技术设备，也是光学、光电子学、医学、生物学等研究的重要光源。 在军事上，可调谐激光器将是未来光电子对抗的重要激光光源之一，如激光雷达，激光通信，激光水下探测和通信，激光遥感，激光致盲等。 随着激光在军事上的应用和发展，激光对抗和反对抗问题便应运而生。 所谓激光对抗，就是交战双方采用专门的技术措施干扰对方使对方吉林大学本科毕业论文第一章绪论的激光军事装备丧失功能和战斗力(如侦察迷盲、通信中断、制导失望、引信失灵等)。 当然被干扰的一方决不会熟视无睹，而要设法排除干扰。 以保证自己激光军事装备削正常工作，这样就必然产生了激光反对抗。 采取激光对抗措施之前必须首先侦察和探测敌方的激光装备特性，比如方位、距离、所发射激光的频率、调制或编码特点、脉冲灾度和重复率等。 在获得有关敌方的激光辐射的详情细节后，制定出最佳的激光对抗战术并实施之。 显然，激光侦察对激光对抗和反对抗来说至关重要。 激光侦察在军事上占有十分重要的地位。 利用激光技术进行多光谱摄影(全息摄影)，可以识别伪装目标。 由于各种物体对各种光的吸收和反射能力不同，可以在底片上引起不同感光反应而实现对目标的侦察。 海湾战争中，美国利用这一技术，发现了伊拉克严密伪装在树林里的坦克和导弹发射架。 激光对抗可对激光测距进行欺骗，使其无法测定其真实距离或使导弹改变弹道。 激光对抗还可对激光进行干扰。 1.3步进电机控制系统发展历史与现状步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。 随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。 不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。 步进电动机的结构设计和运行原理6决定了它需要与驱动/控制环节组成伺服单元，以应用于相应的场合。 严格来讲，驱动与控制是两个不同的单元，但它们又是密不可分的。 步进电动机在近代的发展使原来单一驱动器加电机组成的开环系统逐渐演变为控制器、驱动器加电机组成的闭环吉林大学本科毕业论文第一章绪论系统，无论是驱动还是控制的变化，必然带来另一单元的相应改变。 以下的论述将驱动与控制统称为步进电机的控制。 步进电动机的最早应用是开环系统，现在工业大量使用的也是开环系统。 步进电动机的设计思想是它开环运行的精度高与通常种类的电机，其运行速度与控制脉冲频率成严格的正比关系，转过的角度与控制脉冲的个数成严格的正比关系。 现代的步进电动机系统通常都有绕组电流的简单闭环控制，如常见的微步、恒总流、恒相流驱动器。 这些系统中电流的给定值是事先设定的，不是由外环控制器实时给定的。 步进电动机开环和闭环控制的差别在于保持恒定的变量不同。 在开环控制中电机的转速由控制脉冲的频率决定。 电机的超前角一直在自动调节中，直至电机的电磁力矩和负载转距相平衡。 对于闭环控制，超前角由控制器根据转速大小及负载情况给定。 现代电力电子器件和微处理器水平的提高为步进电动机闭环控制的进步提供了物质基础；而现代智能控制理论日新月异的变化则大大推动了步进电动机闭环控制理论的研究。 步进电动机的闭环控制正逐渐向数字化、智能化、模块化方向发展。 从系统结构上，步进电动机的闭环控制可以分为两类。 一类是以现有的驱动器开环控制系统为基础，加上控制器和位置传感器构成的闭环控制系统。 这类系统中控制器发出控制脉冲作用于驱动器，一个脉冲对应电机转过一步。 控制上的研究主要是如何时时给出适当的超前角。 比较典型的控制方式是高速时电压控制，低速时超前角控制；既驱动器升频升压和控制超前角控制的结合。 另一类系统是完全的闭环控制。 即由控制器直接控制绕组电流，可能达到更高的性能。 这类控制的设计是基于步进电动机的瞬时转距表达式，以电流控制为手段，转距控制为目的的。 在正弦电流驱动下，步进电动机气隙磁导变化的基波分量产生平均转距，谐波分量导致相应的谐波转距。 研究者根据电机的线性或近似线性模型推导出了全局稳定的自适应控制算法、反馈线性化控制算法。 吉林大学本科毕业论文第一章绪论这些控制算法都严重依赖于电机模型参数。 模糊控制作为一种直接模拟人类思维结果的控制方式，已广泛应用于工业控制领域。 模糊控制在步进电动机闭环控制中的应用简化了控制器结构，组成的系统对电机非线性不敏感。 但目前模糊控制器的设计理论还很不完善。 一般来说，模糊控制器是对人的控制思想的模拟。 要使之达到较高的性能仍需设计者有对电机非线性的正确认识，并在此基础上建立恰当的模糊控制器结构和控制规则。 矢量控制是现代电机高性能控制的理论基础，它可以实现对电机转距的高效控制。 由于混合式步进电动机不仅存在主电磁转距，还有由于双凸结构产生的磁阻转距；且内部磁场结构复杂，非线性较一般电动机严重的多。 所以它的矢量控制也较为复杂。 矢量控制是基于电机精确数学模型的控制方式。 如何处理混合式步进电动机参数的高度非线性，真正实现矢量控制的效果，仍是有待解决的问题。 1.4DSP芯片及其在电机控制方面的应用1.4.1DSP芯片的简介DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。 DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法12。 自20世纪80年代初第一片DSP芯片诞生以来，DSP芯片在短短的十多年时间里得到了飞速发展。 DSP芯片以数字器件特有的稳定性，可重复性，可大规模集成，特别是可编程性和易于实现自适应处理特点，给数字信号处理的发展带来了巨大机遇，并使得信号处理手段更灵活，功能更复吉林大学本科毕业论文第一章绪论杂，随着DSP芯片性能价格比和开发手段的不断提高，DSP芯片已经在社会生活各个领域得到广泛应用，除了通信、网络、雷达等领域外，近年来在电机控制、数码相机等领域也得到了不断的拓展。 DSP芯片可分为通用型和专用型两大类.通用型DSP芯片是一种软件可编程的DSP芯片，适用于各种DSP应用场合.专用型DSP芯片则将DSP处理的算法集成到DSP芯片内部，一般适用于某些专用的场合。 目前，DSP芯片的主要供应商包括美国的德州仪器公司(TI),AD公司、AT&T公司和Motorola公司等。 其中，TI公司的DSP芯片占世界DSP芯片市场近50%,在国内也被广泛地采用。 本文所论述的数字控制系统即是采用TI的TMS320F240芯片作为控制核心的。 1.4.2DSP在电机控制方面的应用DSP在电机控制方面的应用是一个新领域。 DSP是应用高性能的处理器提高对电机控制精度的一种芯片。 高速的DSP主要用在电机无传感器控制和磁场定向控制中，因为在无传感器控制中需要用己知的电流和电压实时计算速度和位置，而在电机磁场定向控制中，需要把所有的变量以矢量形式转化到与定子旋转磁场同步的坐标系中，这些都需要进行大量的运算，高速的DSP可以实时完成这些工作。 在价格上DSP己经从最初期的几百美元降到了几美元。 16位的DSP的性能也从5MIPS(百万次侮秒)提高到了2000MIPS。 包括大容量片内存储器，还在片上集成多种外围设备。 1、DSP控制器的特点在DSP问世之前，设计者进行传统的电机控制主要使用2种组合:用便宜的控制器控制昂贵的直流有刷电机或用复杂的控制器控制交流电机。 复杂的速度变量控制器必须克服转矩耦合，这些非线性电机要求更精确的控制算法以达到直流机的性能。 因此，直流机以其简单的线性控制结构成吉林大学本科毕业论文第一章绪论为早期电机控制的首选。 然而，随着DSP在电机控制领域的应用，己经可做出性价比很高的无刷电机控制器。 该控制器的计算速度超过s级达到了高效、低成本、安静、高可靠的生产要求，且在系统中不需要大量的支持电路。 数字系统通常包括1套响应说明(传递函数)、受控过程、计算单元、测量系统参数变量的传感器、A/D,D/A等。 并且它的计算单元必领足够快，以在采样结束前完成算法计算。 控制器的采样速率一般为受控系统带宽的10到20倍。 实际中，运动控制要求处理器执行8-20MIPS。 这些要求使对电机进行控制的处理器从C s(微秒级的微处理器)向DSP过渡，DSP的制造商也开发出了适于电机控制应用的产品。 DSP控制器的性价比要优于用在传统高端控制器的C s，DSP的单周期乘法指令和结果累加器大大加强了其性能。 TI公司的16位定点处理器TMS320F240,就是经过优化专为电机控制开发的。 该芯片包括1个20MIPS的处理器，2个10位的A/D转换器，1个特别用来做控制的事件管理器。 采用哈佛结构的双总线形式，TMS320F240可以在1个周期内同时取指令和操作数，使DSP的速度提高到C s的2倍以上。 2、DSP的控制任务早期DSP主要用做控制算法的运算，现在设计者让控制功能也由DSP来实现，则在数字控制系统中DSP可以处理所有的工作。 如DSP通过对输入和反馈信号进行处理来改善噪声和不准确的信号。 该过程对所有的传感器操作都有改善作用，被誉为“智能传感器”。 智能传感器价格低、重量轻、可靠性高，并且和DSP或微处理器紧密联系。 因为DSP可以通过精确的算法产生1个变量估计值，如转子位置和磁通，使系统省去不可靠的传感器，节约了资金，可在一些控制中实现无传感器控制。 DSP还可以在高级算法的实时应用上改善系统控制的性能。 许多控制算法包括自适应、多变量寻优、学习、自校正、神经网络、遗传算法和模糊逻辑，都需要由DSP的速度和性能来实现。 对于许多系统，在一般操作之前或当中必须估吉林大学本科毕业论文第一章绪论计一些系统的参数，DSP有足够的能力在处理其他任务的同时进行辨识和参数估算。 许多电机数字控制系统包括电源信号调节和功率因数校正。 控制电机的系统，通常都采用PWM方法控制能量转换器，DSP带有PWM的产生功能。 PWM产生单元消除了DAC,提高了供电量。 先进的算法，如空间矢量PWM等需进行的大量运算，由于采用了快速DSP控制器，这些运算都可以在lm s之内完成。 这些算法提高了电能的利用率并且消除了不必要的电流谐波，使电能的质量和信号的环境得到提高。 在系统运行过程中，故障的诊断和保护功能是必不可少的，由DSP作控制器的系统能够轻松地实现这些功能。 另外在许多控制系统中DSP还可以实现非控制的功能，包括与上位机的通信、数字滤波和数据总线的控制协议(如SCSI)等。 DSP可以实现快速精确的变速度和转矩控制，增大了调速器的调速范围。 在某些场合负载可直接连在电机上而不需要其他的液压子装置。 该特点在汽车上非常有用。 汽车上液压装置占用了许多宝贵的空间并且消耗了发动机至少5%的能量，动力转向系统就是其中的一例。 用DSP控制电子装置实现这些功能，不但可以节省空间能量和消耗，而且可以得到更快的响应。 在汽车上的其他应用还包括防抱死刹车系统、无级变速装置、悬挂系统等。 DSP在无刷电机控制方面的优越性使其不仅在工业自动化方面的应用剧增，而且在白色家电市场(如洗衣机和甩干机等)、办公用品和加热、空气调节器上也大量使用。 例如在吹风机和压缩机上DSP可以用来实现节能降噪，通过编程控制电机软启动以减小震动、噪音和磨损。 办公产品如打印机、复印机等的生产者也用DSP控制电机实现低成本、高可靠性、低噪声的产品。 现在，在交流感应电机的控制，开关磁阻电机的驱动，功率因数的校正等方面，DSP发挥着越来越重要的作用。 DSP有许多专用的外围设备和高的执行特性，使其成为了电机控制系统最好的芯片。 随着DSP的不断发展使电机的无速度传感器控制器、智能控制器的性能越来越好，以及机械吉林大学本科毕业论文第一章绪论和液压装置的去除都可以成为现实。 综上所述，DSP非常适用于电机控制，随着对DSP功能的不断开发，在电机控制上将取代单片机而获得巨大的发展。 1.5课题内容和主要工作随着DSP芯片性能价格比和开发手段的不断提高，DSP芯片已经在社会生活各个领域得到广泛应用，除了通信、网络、雷达等领域外，近年来在电机控制、数码相机等领域也得到了不断的拓展。 本课题的主要内容就是采用TMS320F240系列的DSP控制步进电机实现双折射滤波激光自动调谐功能，双折射滤波激光是激光器的一种，实际上就是用步进电机来进行激光调谐器的调谐自动化。 针对激光自动调谐系统的设计，本文主要进行了以下几方面的工作1.了解了激光调谐和步进电机的发展情况，对DSP芯片及它在电机控制方面的应用有了深刻的认识。 2.选择合适的控制方式、控制器以及反馈装置，对其进行方案论证。 3.详细了解了TMS320F240芯片及其各功能模块，以TMS320F240芯片为核心，进行了控制系统的硬件电路设计。 4.针对实时控制系统的要求结合TMS32OF240芯片特点，进行了控制系统的软件设计。 5.对本文所做的工作做了全面总结，并对DSP的发展方向做了展望。 吉林大学本科毕业论文第一章绪论吉林大学本科毕业论文第二章方案论证第二章方案论证2.1设计方案及电机的选取2.1.1系统设计的总体方案通过调节滤波镜片的转动角度实现调谐。 镜片在较小的角度范围内准确变化,选择步进电机来控制齿轮转动。 齿轮转动转换或位移的微小变化，通过与齿轮同轴的精密电位计读取位置反馈后，实现闭环负反馈控制。 2.1.2步进电机及其驱动器的选择在选择步进电机型号时，要根据各参数（如重量、扭矩、转速、频率等）来选择，还要考虑到价格问题。 首先要确定用哪个系列的电机。 永磁式(PM)步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式(VR)步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。 混合式(HB)步进是指混合了永磁式和反应式的优点。 它又分为两相和五相两相步进角一般为1.8度而五相步图2-1系统组成框图调节器驱动器步进电机电位计齿轮吉林大学本科毕业论文第二章方案论证进角一般为0.72度。 这种步进电机的应用最为广泛。 根据本设计的要求，考虑到步进角的大小，应该选择两相混合式的步进电机，它的步进角为1.8度。 本设计中选择的步进电机型号是23HSxx。 它的相电流为1.7A，较其它型号电机的相电流要小一些；驱动电压为DC(24-40)V，相比之下也是比较小的。 同一系列中的57BYG096型号的电机也是混合式的，相电流为3.0A，但最大静转距只有0.78Nm。 由于本设计中，步进电机是要与激光器相连的，尺寸不能太大，重量也不能太重，否则会压坏激光器的。 而23HSxx的外形是方形的，尺寸较其它电机来说是小很多的；重0.65kg，这个重量也非常小的了，完全可以符合本设计的要求。 23HSxx的具体技术指标如下表所示电机型号相数步距角相电流驱动电压最大静转距21.8?1.7A DC(24-40)V0.88Nm23HSxx相电阻相电感重量空载启动频率/转速配套驱动器2.0?6.2mH0.65kg6.5kHz/390转/分SH-2H042Ma(b)说明“空载启动频率/转速”为实测值，测试条件使用配套驱动器，额定相电流、推荐驱动电压、5细分状态。 还有一点，在考虑到系统设计的实际可行性，电机的价格也应是考虑到其中的因素之一。 在价格方面，23HSxx只售220元，这个价格在步进电机中算是比较便宜的，有很多电机的价格要是这个价格的好几倍。 下面介绍一下电机的接法和驱动器表2-123HSxx的电气技术指标吉林大学本科毕业论文第二章方案论证1.电机接线图2.与23HSxx步进电机配套的驱动器是SH-2H042Ma(b)。 此两种型号的驱动器为微型结构，厚度仅为19mm，长度和宽度分别为84mm和59mm（不包括安装部分），重量为105克。 两者只是可选择的细分数不同（SH-2H042Ma的细分数为 2、 4、8；SH-2H042Mb的细分数为 2、 5、 10、 20、40），其它指标相同。 尽管体积小巧，“能量”却很巨大，内部采用8支14A-30A的分立大功率器件(完全不同于常用的1A左右的集成功率器件)，控制部分采用美国最新推出的细分驱动专用芯片，接线端子采用高性能可插拔式端子。 本品经过严谨的技术、工艺设计，由流水线大批量生产。 2.2控制方式的选择本次设计的题目是采用双折射滤波激光自动调谐系统设计，主要是采用TMS320F240系列的DSP控制步进电机实现双折射滤波激光自动调谐功能，双折射滤波激光是激光器的一种，实际上就是用步进电机来进行激光调谐器的调谐自动化。 激光器最初的调谐是手动的，但由于人工手动调谐会出现误差问题，因此要采用自动调谐。 本设计选用掺钛蓝宝石脉冲可调谐激光器进行调图2-2电机连线图吉林大学本科毕业论文第二章方案论证谐，其中用双折射滤波器作为选频元件。 将步进电机和激光器连在一起，用控制器对步进电机进行控制来完成激光的自动调谐。 通过调节滤波镜片的转动角度实现调谐。 镜片在较小的角度范围内准确变密电位计读取位置反馈后，实现闭环反馈控制。 化，选择步进电机来控制齿轮转动。 齿轮转动转换或位移的微小变化，通过与齿轮同轴的精密电位计读取位置反馈后，实现闭环负反馈控制。 2.3控制器的选择步进电机是较早实用的典型的机电一体化元件组件。 步进电动机本体、步进电动机驱动器和控制器构成步进电机系统不可分割的三部分。 这个设计要选择双轴身的步进电机与激光器连接，不带控制器的，要自己设置控制器，这样可以根据自己的要求来选择合适的，还可以降低成本。 步进电机的工作过程一般由控制器控制。 控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使驱动器按照要求的规律驱动步进电动机运行。 本设计的关键在于选择合适的控制器对步进电机进行控制。 简单的控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但线路一般较复杂，成本高，而且一旦成型，欲想改变控制方案就必须重新设计电路。 自从微处理器问世以来，给步进电机控制器设计开辟可新的途径。 单片机则是为低成本控制领域而设计和开发的。 用单片机可以用很低的成本实现很复杂的控制方案，由于单片机编程的灵活性，使修改控制方案成为轻而易举的事情。 单片机体积小、功能强、可靠性高、价格低。 单片机位控能力强，I/O接口种类繁多，但处理速度较慢。 这些也就是它们在控制方面的局限性。 而DSP芯片除了具有单片机所有的优点外，最主要的一个优点就是实时性15。 DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。 DSP芯片的吉林大学本科毕业论文第二章方案论证内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。 DSP信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部特点1.接口方便。 DSP系统与其它以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容，这样的系统接口要实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易的多。 2.编程方便。 DSP系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。 3.稳定性好。 DSP系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。 4.精度高。 16位数字系统可以达到的精度。 5.可重复性好。 模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本上不受影响，因此数字系统便于测试，调试和大规模生产。 6.集成方便。 DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 DSP内部结构是专为数字信号处理所设计的。 所以它和通用计算机比，体积小、成本低、功耗小，并且容易开发，易于实现嵌入式和便携式应用。 基于DSP以上的这些优点，本设计中选用DSP芯片对步进电机进行控制。 2.4反馈装置的选择电位计是一种常用的电子元件，广泛应用在电器和电子设备中。 它也可以作为一种传感元件，把直线位移或角位移转换成与之成一定函数关系的电阻和电压输出。 它除了用于线位移和角位移测量外，还用于测量压力、吉林大学本科毕业论文第二章方案论证加速度等物理量。 工业用测量及控制设备上广泛使用以脉冲变线位移和角位移的绕线，电位计占有重要位置。 光电编码器通过观点转换，将输至轴上的机械、几何位置量转换成脉冲数字量，它是目前应用最多最广的位置传感器。 在本次设计中测量位置信息的反馈装置采用的是精密电位计。 实际上测量位置信息时也常常采用光电编码器。 编码器能测位移，作反馈装置，但本次设计中位移测量比较简单，精密电位计也可以完成，且它从价格上较编码器有优势，性价比相对较高，所以选用电位计来做反馈装置。 吉林大学本科毕业论文第三章硬件设计第三章硬件设计3.1TMS320F240芯片简介TMS320F240芯片13是Texas Instruments（德州仪器）公司生产的16位定点数字信号处理器TMS320C2xx家族中的一种，TMS320F240DSP芯片作为微处理器。 TMS320F240是德州仪器公司为满足复杂的电机数字控制需求而设计的。 由于具有硬件乘法器及多总线结构，DSP支持高速指令周期及单周期乘法，这样就可以采用先进的控制算法来估计参数以适应复杂的控制要求。 作为TMS320C2xx产品系列中的一员，专门为电机及运动控制设计的F240在单片处理器上集成了高性能的TMS320C2xx DSP内核、为电机控制而优化的事件管理器(Event manager)可同时采样的双工A/D转换器、并行通讯接口、外围传感器接口及ROM等。 这种高度集成的单片控制方案比现存的多片方案具有更高的电机驱动性能和更高的系统稳定性。 TMS320F240芯片内部有544字的双端口数据/程序RAM,16K的FLASH E2PROM:由于采用哈佛结构，三级流水线操作，TMS320F240大大提高了指令执行速度，在内部时钟20MHz时，指令周期为50ns:优化的CPU结构，更加快了指令执行速度，达到20MIPS.一次32位的计算只需一个指令周期，即50ns，这为复杂控制算法的实现提供了良好的条件。 同时，TMS320F240的指令系统是与其它数字信号处理器一脉相承的，它提供了丰富的“乘累加”指令，这使电机控制中的数字滤波，如IIR,FIR等，可以方便快速的实现。 下面给出了TMS320F240的引脚封装图，如图3-1所示吉林大学本科毕业论文第三章硬件设计TMS320C240是C24X系列DSP控制器推出的第一个标准器件。 它确立了单片数字电机控制的标准。 TMS320F/C240的指令执行速度是20MIPS，几乎所有的指令都可以在一个50ns的单周期内执行完毕。 这种高性能使复杂控制算法的实时执行成为可能。 TMS320F/C240有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且它有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备.以下应用可以获益于TMS320F/C240增强的处理能力:工业电机驱动图3-1TMS320F240引脚封装图吉林大学本科毕业论文第三章硬件设计能量变换器和控制器自动化系统，例如电力控制，气候控制等仪表和鼓风机/压缩机的电机控制打印机、复印机和其他办公产品机器人和C钻井机械作为一个系统的管理者，DSP必须具有强大的片内I/O端口和其他外围设备。 TMS320F/C240的事件管理器(应用优化的外围设备单元)与高性能的DSP内核一起，使在所有类型电机的高精度、高效、全变速控制中使用先进的控制技术成为可能。 以下是TMS320F/C240的特点11:1.TMS320C2XX核心CPU32位的中央算术逻辑单元(CALU)32位加法器16位16位并行乘法器，32位乘积三个定标