电机调速控制设计2

1、系统设计专题姓 名 * 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 控制科学与工程 班 级 * 学 号 * 指导老师 * 二一六年五月三十嵌入式系统设计专题1 嵌入式系统简介1.1 嵌入式系统的定义 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可裁减，功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它是一种将计算机硬件和软件结合起来构成的一个专门的装置，这个装置可以完成一些特定的功能和任务，能够在没有人工干预的情况下独立地进行实时监测和控制。另外，由于被嵌入对象的体系结构、应用环境不同，所以各个嵌入式系统也可以由各种不同的结构组成。总之，嵌入式系统采用“量体裁衣”的方式把所需的功

2、能嵌入到各种应用系统中。1.2 嵌入式技术的应用领域及发展趋势在硬件方面，市场上不仅有各大公司生产的各种微处理器芯片,还有用于学习和进行研发的各种配套的软件开发包和开发工具。在软件方面，也有相当多的成熟软件系统。国外的嵌入式操作系统有Windows CE、Linux、ucOS、VxWorks等。嵌入式系统技术的发展，大致经历了以下四个阶段：无操作系统阶段，如单片机；简单操作系统阶段，如Power PC；实时操作系统阶段，如DSP；面向Internet阶段。嵌入式技术可应用在：工业控制；交通管理；信息家电；家庭智能管理；网络及电子商务；环境监测；机器人等领域。1.3 嵌入式系统的组成嵌入式系统的

3、硬件是以嵌入式处理器为核心，配置必要的外围接口部件。一般包括有 ：嵌入式处理器; 存储器; I/O系统和外设。嵌入式系统的软件系统包括操作系统、应用软件、驱动层软件。1.4 嵌入式系统的特点（1）系统内核小。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 （2）专用性强。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。 （3）系统精简和高实时性OS 。很多

4、嵌入式系统都需要不断地对所处环境的变化做出反应，而且要实时地得出计算结果，不能延迟。 （4）高效率的设计。嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。 2 系统设计2.1设计目的 根据已学的嵌入式的相关知识，结合硬件和软件，编程实现电机的正转反转，加速和减速，并进行仿真。2.2设计原理图2.1桥式电路图 图2.1为电机控制的桥式图。当G1和G4导通时，电机输出正的电压值，导通一段时间后，令G4截止，由于电机中存在电感，电流不能突变，电流经G1和Q3导通，此时电动机两端的变压为零，输出电压的均值为电动机的电压。这样就实现了电机的正转。 在周

5、期不变的情况下，输出电压的占空比，就改变了输出电压均值，也就改变了电机的转速。当输出高电平的时间增大，而低电平所占的时间减小时，此时实现的是加速，反之就是减速。当G2和G3导通，电机输出负的电压值，导通一段时间后，令G2截止，由于电机中存在电感，电流不能突变，电流经G3和Q1导通，此时电动机两端的变压为零，与正转类似，这样就实现了电机的反转。反转时也能实现加减速，与正转一样。图2.2 PWM调速原理图图2.2为PWM调速原理图。平均电压为。为PWM脉冲的占空比，决定平均电压的大小。占空比越大，电路开通时间越长。2.3硬件原理图2.2 硬件原理图分析：NE555N是对芯片输入脉冲。BTN8982

6、TA作用是输出PWM波形。PWMINHL和PWMINHR是始能控制端，当其有效时，芯片输出有效。PWMR和PWML为波形控制端，上下两个晶闸管导通的情况，当PWMR=1时，该芯片所涉及到的上一个晶闸管导通，由于存在一个反相器，下一个晶闸管是截止的。同理PWML是一样的原理。2.4软件分析2.4.1 编程软件图2.3 编程软件图 该软件的使用与其他的软件应用类似。首先需要建立一个工程，包括项目名称，以及保存路径。图2.3所示的项目名称为PWM。在建立这个工程的过程中，需要配置的包括使用的语言以及所应用到的芯片。在这里我们使用的是verilog语言，所使用的芯片为ispLSI1016E,其他的均为

7、默认值。芯片选择如图2.4所示图2.4 硬件芯片选择 项目建立完成后，需要建立一个文件，点击菜单栏中的Source，新建一个文件，选择Verilog Module,如图2.5所示。完成后写好自己的文件明。图2.3的文件明为PWMshixian。这样，所有的配置就完成了，就可以在这个文件中编程了。图2.5模型选择2.4.2 程序编写思路 该程序有五个输入，四个输出。y0为脉冲输入，SW1控制电机的正转，SW4控制电机的反转，SW2和SW3实控制电机的加速和减速。首先对脉冲上升沿检测，当有脉冲输入时，设定一个4位寄存器，记录脉冲个数。同时判断四个按键的情况，当正转按键被按下，比较记录脉冲和参考值的

8、大小，当脉冲的个数小于等于设定参考值时，输出为高电平，当脉冲的个数大于该设定值时，输出为低电平，这样就实现了电机的正转。当反转按键按下时，编程思路与正转类似。加减速的控制是通过改变参考值，也就改变了输出占空比，改变了电压的均值，实现了调速。2.4.3 编程语言Verilog HDL是一种硬件描述语言（HDL:Hardware Description Language），以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。使用Verilog描述硬件的基本设计单元是模块（module）。构建复杂的电子电路，主要是通过模块的相互

9、连接调用来实现的。模块被包含在关键字module、endmodule之内。实际的电路元件。Verilog中的模块类似C语言中的函数，它能够提供输入、输出端口，可以实例调用其他模块，也可以被其他模块实例调用。模块中可以包括组合逻辑部分、过程时序部分。在这个程序中，包括了initial块和always块，在always块中用到了上升沿检测。对y0的上升沿检测，如下所示always (posedge y0)在对正反转和加减速的控制中，主要用到的是if和else语句。在编写条件语句时，if和else中如果含有多个语句，为了防止混乱，需要在if和else中加入begin和end语句，使之成为一个复合块语

10、句。If嵌套语句中，else不能单独使用，需要if和else的搭配才能使用。2.4.4 程序module PWMshixian(y0,sw1,sw2,sw3,sw4,pwml,pwminhl,pwmr,pwminhr);input y0,sw1,sw2,sw3,sw4;output pwml,pwminhl,pwminhr,pwmr;reg3:0 counter;reg3:0 change;reg pwml,pwminhl,pwminhr,pwmr,statue;initialbegin counter=0; statue=0;endalways (posedge y0) begin coun

11、ter=counter+1; if(sw1=1) begin if(counter<=change) begin pwminhl<=1; pwml<=1; /左边PWM的设置情况 pwminhr<=1; /右边PWM的始能控制 pwmr<=0; end else begin pwminhl<=1; /左边PWM的始能控制 pwml<=1; /左边PWM的设置情况 pwminhr<=1; pwmr<=1; end end if(sw2=1)& (statue=0) begin change=change+1; statue=1; en

12、d else if(sw2=0)& (statue=1) begin statue=0; end if(sw3=1)& (statue=0) begin change=change-1; statue=1; end else if(sw3=0)& (statue=1) begin statue=0; end if(sw4=1) /反转控制按键 begin if(counter<=change) begin pwminhl<=1; /左边PWM的始能控制 pwml<=0; /左边PWM的设置情况 pwminhr<=1; /右边PWM的始能控制 pw

13、mr<=1; end else begin pwminhl<=1; /左边PWM的始能控制 pwml<=0; /左边PWM的设置情况 pwminhr<=1; /右边PWM是截止的 pwmr<=0; end end endendmodule3、仿真与测试 3.1 程序测试图3.1 程序测试显示该测试的目的是对程序的编译语法进行测试，也就是说，当测试过程中，如果出现语法错误，该测试就会提示错误的位置，以便于修改。 在对以上程序测试中，最常出现的问题是分号没有使用英文格式下，另一种错误就是if与else的搭配出现的问题。经过修改以后，编译正确。3.2 仿真测试 图3.2

14、 测试过程图如果对该程序进行仿真，需要编写一个仿真程序。在ispLSI016E的位置，单击右键，选择new，出现如图3.1所示的情况，选择ABEL Test Vector，设置文件名。出先编写的界面，编写程序如下所示module PWMshixianc,x=.c.,.x.;y0,sw1,sw2,sw3,sw4,pwml,pwminhl,pwmr,pwminhr PIN;TEST_VECTORS(y0,sw1,sw2,sw3,sw4->pwml,pwminhl,pwmr,pwminhr)repeat 20 c,1,0,0,0->x,x,x,x;c,1,1,0,0->x,x,x,

15、x;c,1,1,0,0->x,x,x,x;c,1,1,0,0->x,x,x,x;c,1,1,0,0->x,x,x,x;END3.3 仿真结果及分析图3.3正转仿真波形图图3.4反转仿真波形图 该图显示的是电机的正、反转加速的情况。根据图3.3.可以确定PWMR的周期是一定的，占空比发生了变化。满足正转加速的条件。4 总结 通过本课程的学习，我对嵌入式有了深刻地了解，体会到了学习嵌入式的重要性，同时也使我感觉学习嵌入式是非常有趣的事情。 在本次课程中，我体会到基础学习的重要性，包括编程语言、电路设计以及数据结构等基础课程的学习，这些都是非常有用的课程。学习理论知识的同时，也要注重自己实际动手能力，很多东西只有自己亲手动手去做，去设计，才能真正体会到