ds p_直流电机.doc

C语言实验报告直流电机一直流电机的工作原理1TMS320VC5509DSP 的McBSP 引脚：通过设置McBSP 的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O 引脚使用。2直流电机控制：2.1 直流电机的主流控制方式全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Puls Width Modulation，简称PWM)。 2.2 PWM 调压调速原理直流电动机转速 n 的表达式为：其中，U 为电枢端电压；I 为电枢电流；R 为电枢电路总电阻；为每极磁通量；K 为电动机结构参数。所以直流电动机的转速控制方法可分为两类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢控制法。其中励磁控制法在低速时受磁极饱和的限制，在高速时受换向火花和换向器结构强度的限制，并且励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以这种控制方法用得很少。现在，大多数应用场合都使用电枢控制法。绝大多数直流电机采用开关驱动方式。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM 来控制电动机电枢电压，实现调速。电动机的电枢绕组两端的电压平均值Uo 为：式中为占空比，=t1/T占空比表示了在一个周期T 里，开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为01。由此式可知，当电源电压Us 不变的情况下，电枢的端电压的平均值Uo 取决于占空比的大小，改变值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM 调速原理。2.3 PWM 调速方法在 PWM 调速时，占空比是一个重要参数。以下3 种方法都可以改变占空比的值：定宽调频法：这种方法是保持t1 不变，只改变t2，这样使周期T(或频率)也随之改变。调宽调频法：这种方法是保持t2 不变，只改变t1，这样使周期T(或频率)也随之改变。定频调宽法：这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而改变t1 和t2。前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起震荡，因此这两种方法用得很少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。3实验箱上的ICETEK-CTR 直流电机模块：ICETEK-CTR 即显示/控制模块上直流电机部分的原理图见下图。图中 PWM 输入对应ICETEKVC5509-A 板上P4 外扩插座第26 引脚的S22 信号，DSP将在此引脚上给出PWM 信号用来控制直流电机的转速；图中的DIR 输入对应ICETEKVC5509-A 板上P4 外扩插座第29 引脚的S14 信号，DSP 将在此引脚上给出高电平或低电平来控制直流电机的方向。从DSP 输出的PWM 信号和转向信号先经过2 个与门和1 个非门再与各个开关管的栅极相连。控制原理如下：当电动机要求正转时，S14 给出高电平信号，该信号分成3 路：第1 路接与门Y1 的输入端，使与门Y1 的输出由PWM 决定，所以开关管V1 栅极受PWM 控制；第2 路直接与开关管V4 的栅极相连，使V4 导通；第3 路经非门F1 连接到与门Y2 的输入端，使与门Y2 输出为0，这样使开关管V3 截止；从非门F1 输出的另一路与开关管V2 的栅极相连，其低电平信号也使V2 截止。同样，当电动机要求反转时，S14 给出低电平信号，经过2 个与门和1 个非门组成的逻辑电路后，使开关管V3 受PWM 信号控制，V2 导通，V1、V4 全部截止。二编程结构1程序编制：(1)程序中采用定时器中断产生固定频率的PWM 波，100次中断为一个周期，在每个中断中根据当前占空比判断应输出波形的高低电平。(2)主程序用轮询方式读入键盘输入，得到转速和方向控制命令。在改变电机方向时为减少电压和电流的波动采用先减速再反转的控制顺序。2实验程序流程图：三.算法的具体实现1）初始化程序 该实验需要使用的资源有：键盘，直流电机，多通道缓冲串口，还需要用到定时器和中断，同时，还时钟需要锁相环控制。 下面对主要的寄存器加以介绍：l 显示控制模块有一个全局控制寄存器 CTRGR，地址映射在 DSP 的扩展空间上，具体地址，其各位上的定义如下图所示：bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0GSLEDA2LEDA1LEDA0BUZZEPWMEIOPEDCME各位功能如下：GS：全局控制标志位LEDA2-0：发光二极管阵列列显示控制位BUZZE：蜂鸣器使能PWME：PWM 控制使能IOPE：通用扩展端口(FSX0)直接控制交通灯北方向红灯使能DCME：直流电机使能例如需要使能直流电机，可以用以下 C 语言语句：CTRGR=1;包含文件中对其下：#define CTRGR (*(unsigned int *)0x600800) /port8000l 多通道缓冲串口的编程介绍 串口控制寄存器(SPCR1)位字 段复位值说 明15DLB0数字回环模式使能，0：禁止，1：使能1413RJUST00接收数据符号扩展和调整方式1211CLKSTP00时钟停止模式108Rsvd保留7DXENA0DX引脚延时使能6Rsvd0保留54RINTM00接收中断模式3RSYNCERR0接收帧同步错误标志2RFULL0接收过速错误标志1RRDY0接收就绪标志0RRST0接收器复位串口控制寄存器(SPCR2)位字 段复位值说 明1510Rsvd0保留9FREE0自由运行（在高级语言调式器中遇到断点时的处理方式）8SOFT0软停止（在高级语言调试器中遇到断点时的处理方式）7FRST0帧同步逻辑复位6GRST0采样率发生器复位54XINTM00发送中断模式3XSYNCERR0发送帧同步错误标志2XEMPTY0发送寄存器空标志1XRDY0发送就绪标志0XRST0发送器复位引脚控制寄存器（PCR）位字 段数值说 明15Rsvd保留14IDLEEN省电使能13XIOEN发送GPIO使能12RIOEN接收GPIO使能11FSXM01发送帧同步模式由FSX引脚提供由McBSP提供10FSRM01接收帧同步模式由FSR引脚提供由SRG提供9CLKXM发送时钟模式（发送时钟源、CLKX的方向）8CLKRM接收时钟模式（接收时钟源、CLKR的方向）7SCLKME采样率发生器时钟源模式6CLKSSTAT01CLKS引脚上的电平低电平高电平5DXSTAT01DX引脚上的电平低电平高电平4DRSTAT01DR引脚上的电平低电平高电平3FSXP发送帧同步极性2FSRP接收帧同步极性1CLKXP发送时钟极性0CLKRP接收时钟极性2）键盘输入编程控制 键盘的扫描码由 DSP 的CTRKEY 给出，当有键盘输入时，读此端口得到扫描码，当无键被按下时读此端口的结果为0。CTRCLKEY。读取的方法如下：nScanCode= CTRKEY; nnn= CTRCLKEY; / nScanCode 中为扫描码下面是具体的实现函数：unsigned char GetKey()unsigned char dbReturn;dbReturn=CTRKEY;/键盘的扫描码dbClearKey=CTRCLKEY;return dbReturn;3）直流电机编程控制直流电机需要加上适合的电压(1.5-3.0V)、通过一定的电流(0.12A)才能转动，当电流改变时会使电机转速改变，当电流的方向发生变化时，电机会朝相反的方向转动。通过设置McBSP 的工作方式和状态，可以实现将它们当成通用I/O 引脚使用，分别来控制电机的转向和速度。下面是对串口的初始化：需要设置的寄存器有：SPCR（串口控制寄存器）PCR（引脚控制寄存器）void InitMcBSP()/ IOPin: McBSP2.FSR S22 /SPCR1.RRST_=0,PCR.RIOEN=1,PCR.FSRM=1,PCR.FSRP=0/1SPCR1_2&=0x0fffe;PCR2|=0x1400;/ IOPin: McBSP1.CLKX S14 /SPCR2.XRST_=0,PCR.XIOEN=1,PCR.CLKXM=1,PCR.CLKXP=0/1SPCR2_1&=0x0fffe;PCR1|=0x2200;4）电机控制程序中采用定时器中断产生固定频率的PWM波，100次中断为一个周期，在每个中断中根据当前占空比判断应输出波形的高低电平。/中断初始化void InitInterrupt(void)/ 设置中断控制寄存器IVPD=0x80;IVPH=0x80;IER0=0x10;DBIER0 =0x10;IFR0=0xffff;asm( BCLR INTM);/定时器初始化void TIME_init(void)tim0 = (unsigned int *)0x1000;prd0 = (unsigned int *)0x1001;tcr0 = (unsigned int *)0x1002;prsc0 = (unsigned int *)0x1003; *tcr0 = 0x04f0; *tim0 = 0; *prd0 = 0x0100; *prsc0 = 2; *tcr0 = 0x00e0;/中断响应函数void interrupt Timer()nCount+; nCount%=100;if ( nCountuN )PCR2|=4; /uN为设置的转速elsePCR2&=0x0fffb;nCount1+; nCount1%=5120;5）主函数编写main()unsigned char dbScanCode,dbOld; dbScanCode=dbOld=0; nCount=nCount1=0; PLL_Init(20); /锁相环初始化SDRAM_init(); /同步动态随机存储器初始化InitCTR(); /液晶板初始化InitMcBSP(); /多通道缓冲串口初始化 uN=60; CTRGR=1; /使能直流电机 InitInterrupt(); /中端初始化TIME_init(); /定时器初始化 while ( 1 ) if ( nCount1=0 )dbScanCode=GetKey();if ( dbScanCode!=dbOld )dbOld=dbScanCode;if ( dbScanCode=SCANCODE_9 )break;else if ( dbScanCode=SCANCODE_7 )PCR1|=2;else if ( dbScanCode=SCANCODE_8)PCR1&=0x0fffd;else if ( dbScanCode=SCANCODE_1 )uN=80;else if ( dbScanCode=SCANCODE_2 )uN=60;else if ( dbScanCode=SCANCODE_3 )uN=40;else if ( dbScanCode=SCANCODE_4 )uN=20;else if ( dbScanCode=SCANCODE_5 )uN=0;CloseCTR(); exit(0);四系统调试及演示1实验步骤1)编译并下载程序。2)程序运行结果：开始运行程序后，电机以中等速度转动(占空比=60，转速=2)。在小键盘上按数字15键将分别控制电机从低速到高速转动(转速=15)。在小键盘上按7或8键切换电机的转动方向。如果程序退出或中断时电机不停转动，可以将控制ICETEK-CTR 模块的电源开关关闭再开启一次。有时键盘控制不是非常灵敏，这是因为程序采用了轮询方式读键盘输入的结果，可以多按几次按键。3)结束程序运行：在小键盘上按9键停止电机转动并退出程序。2实验结果1).通过实验可以发现，直流电机受控改变转速和方向。2).改变扫描程序中的速度值，可以改变不同按键对应的电机转速。3).由于惯性原因，开始时电机不转，需要顺着电机转动方向，给一个力，才可转动。3问题与思考1).电动机是一个电磁干扰源。电动机的启停还会影响电网电压的波动，它周围的电器开关也会引发火花干扰。因此，除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外，看门狗的功能就会显得格外重要。看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况，一旦程序“跑飞”，会立刻使DSP复位。2)直流电机，交流电机与步进电机，伺服电机的区别l 直流电机：输出或输入为直流电能的旋转电机l 交流电机：输出或输入