《DSP原理及电机控制应用》课程设计-DSP直流电机调速课程设计

1、直流电机PWM调速原理介绍：调节PWM信号占空比。

可以调节直流电机速度（1）、直流电机调速原理：当改变励磁电流时，可以改变磁通量的大小，从而达到变磁通调速的目的。

但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流和磁通量只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。

而对于调节电枢外加电阻R 时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。

当改变电枢电压，理想空载转速随电枢电压升降而发生相应的升降变化。

不同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定。

当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。

（2 ）、PWM基本原理：PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。

PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。

在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。

通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。

只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。

设电机始终接通电源时，电机转速最大为V ,当我们改变占空比D：t／T时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。

严格地讲，平均速度与占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。

（3）、实现方法：PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。

硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。

本文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。

2、电路的工作原理及主要芯片的性能：（1）电路的工作原理图为：（2）L298N 的工作原理：L298N 是SGS公司的产品，其内部包含4通道逻辑驱动电路，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A 以下的电机口。

由L298N构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式，2个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，其引脚排列如图1所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传号。

L298可驱动2个电机，OUTlOUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。

5、7、10、12脚接输人控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转。

这些特性使得L298N 很适合用作小型直流电机控制芯片。

下面图1为L298N的外部引脚图：图1：L298N的外部引脚3、脉宽可调的PWM方波程序：（1）程序软件流程图：（2）程序代码（加注释）：#include "f2407_c.h" // 屏蔽中断程序void inline disable(){asm(" setc INTM");} // 系统初始化子程序int initial(){asm(" setc SXM"); // 符号位扩展有效asm(" clrc OVM"); // 累加器中结果正常溢出asm(" clrc CNF"); // B0被配置为数据存储空间SCSR1=0x81FE; // CLKIN=6M，CLKOUT=4CLKIN=24MWDCR=0x0E8; // 不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE// 即WD复位后的缺省值为1，故可以用软件禁止看门狗IMR=0x0000; // 禁止所有中断IFR=0x0FFFF; // 清除全部中断标志，"写1清0"WSGR=0x00; // 禁止所有的等待状态}// EVB模块的PWM初始化程序int pwminitial(){MCRC=MCRC|0x007E; // IOPE1-6被配置为基本功能方式，PWM7-12ACTRB=0x0666; // PWM12，10，8低有效，PWM11，9，7高有效DBTCONB=0x00; // 不使能死区控制CMPR4=0x1000;CMPR5=0x3000;CMPR6=0x5000;T3PR=0x6000; // 设置定时器3的周期寄存器，并设置CMPR4-6，//以确定不同的输出占空比COMCONB=0x8200; // 使能比较操作T3CON=0x1000; // 定时器3为连续增计数模式}// 该中断服务程序主要是为了防止干扰，不做任何其它操作void interrupt nothing(){return; // 中断直接返回}// 主程序main( ){disable(); // 总中断禁止initial(); // 系统初始化pwminitial(); // PWM输出初始化T3CON=T3CON|0x9040; // 启动定时器3while(1){;}}（3）调试方法、过程及结果：将示波器的红色表笔分别与DSP的J8-1、J8-3、J8-5相连，观察示波器上的输出波形，然后改变方波的占空比，看示波器上输出方波是否改变。

上述的程序运行的结果可以从示波器上看出来，当红色表笔与J8-1相连时，示波器上的显示图形为：T3=T1+T2，T2=5T1，由此可见，该方波的占空比为1:5。

当红色表笔与J8-3相连时，示波器上的显示图形为：T3=T1+T2，T2=T1，由此可见，该方波的占空比为1:1。

当红色表笔与J8-5相连时，示波器上的显示图形为：T3=T1+T2，5T2=T1，由此可见，该方波的占空比为5:1。

结果分析：由CMPR4=0x1000;CMPR5=0x3000;CMPR6=0x5000;T3PR=0x6000; 四条语句可以看出DSP上J8-1、J8-3、J8-5输出的方波占空比理论值应该分别为1:5、1:1、5:1，与真实输出一致，说明输出方波的占空比与CMPR4、CMPR5、CMPR6、T3PR的赋值有关，改变这些值，就可以改变输出方波的占空比。

4、CAN总线通信程序：（1）程序软件流程图：发送流程图接收流程图（2）程序代码（加注释）：发送程序代码（加注释）：#include "f2407_c.h" //引用头部文件int CAN_FLAG; //定义标志寄存器void system_init(); //声明在程序中需要用到是函数void CANMBX_ISR();void CAN_INIT();void inline disable(){asm(" setc INTM");}void inline enable(){asm(" clrc INTM");} // 系统初始化子程序//(1)主程序main(){system_init(); //系统初始化子程序CAN_FLAG=0x00; //清CAN用户标志,CAN_FLAG=0表示收到数据 CAN_INIT(); //CAN初始化子程序enable();for(;;){TCR=0x20; //MBX3请求发送while(TCR&0x2000==0) //等待发送应答continue;TCR=0x2000; //清TA3和MIF3标志位CAN_FLAG=0x0000; //清接收到标志MDER=0x0000; //邮箱不使能MCR=0x0140; //CDR=1,数据改变请求MBX3A=MBX2A; //用邮箱2中数据更新3中的数据MBX3B=MBX2B;MBX3C=MBX2C;MBX3D=MBX2D;MCR=0x0480; //DB0=1,AB0=1,STM=0设置为正常工作模式 MDER=0x04C;}}//(2) 系统初始化子程序void system_init(){asm(" setc SXM"); // 抑制符号位扩展asm(" clrc OVM"); // 累加器中结果正常溢出asm(" clrc CNF"); // B0被配置为数据存储空间asm(" setc INTM"); // 禁止所有中断SCSR1=0x81FE; // CLKIN=6M，CLKOUT=4CLKIN=24M WDCR=0x0E8; // 不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE// 即WD复位后的缺省值,故可以用软件禁止看门狗IMR=0x0010; // 开中断优先级5IFR=0x0FFFF; // 清除全部中断标志，"写1清0"}//(3)CAN初始化子程序void CAN_INIT(){MCRB=MCRB|0x0C0; //设置IOPC6、IOPC7为CANRX，CANTXCAN_IFR=0x0FFFF; //清所有中断标志LAM1_H=0x7FFF; //设置邮箱3、2的屏蔽ID寄存器LAM1_L=0x0FFFF; //0则ID必须匹配MCR=0x1000; //CCR=1改变配置请求while(GSR&0x0010==0) continue; //CCE=1时即可配置BCR2、BCR1寄存器 BCR2=0x01; //波特率预分频寄存器BCR1=0x033; //波特率设置为500KbpsMCR=MCR&0x0EFFF; //CCR=0改变配置请求while(GSR&0x0010!=0)continue; //只有当CCE=0时,配置BCR2、BCR1寄存器成功MDER=0x040; //不使能邮箱2,邮箱2改为接收方式MCR=0x0103; //CDR=1,数据区改变请求MSGID2H=0x2447; //设置邮箱2的控制字及ID ,IDE=0,AME=0,AAM=0//标准方式为MSGID2H[12~2]MSGID2L=0x0FFFF;MSGCTRL2=0x08; //设置控制，数据长度DCL=8,RTR=0数据帧MBX2A=0x1000; //邮箱2信息初始化MBX2B=0x3000;MBX2C=0x0000;MBX2D=0x0000;MSGID3H=0x2447; /设置邮箱3的标识符MSGID3L=0x0FFFF;MSGCTRL3=0x08; //RTR=0,DCL=8MBX3A=0x1500; //邮箱3信息初始化MBX3B=0x2000;MBX3C=0x5500;MBX3D=0x6000;CAN_IMR=0x0F7FF;CAN_IFR=0x0FFFF;MCR=0x0480; //DB0=1,AB0=1,STM=1设置为自测试模式MDER=0x04C; //使能邮箱2和3,邮箱2为接收方式//Counter=0;}//(4)中断程序void interrupt GRIS5(){switch(PIVR){case 64:CANMBX_ISR();break;}enable();return;}void CANMBX_ISR(){RCR=0x040; //复位RMP2和MIF2CAN_FLAG=1; //置用户接收标志}// 直接返回中断服务程序void interrupt nothing( ){return;}接收程序代码（加注释）：#include "f2407_c.h" //引用头部文件int CAN_FLAG; //定义标志寄存器void system_init(); //声明在程序中需要用到是函数void CANMBX_ISR();void CAN_INIT();void inline disable(){asm(" setc INTM");}void inline enable(){asm(" clrc INTM");}// EVB模块的PWM初始化程序int pwminitial(){MCRC=MCRC|0x007E; // IOPE1-6被配置为基本功能方式，PWM7-12 ACTRB=0x0666; // PWM12，10，8 低有效，PWM11，9，7 高有效DBTCONB=0x00; // 不使能死区控制CMPR4=MBX2A;CMPR6=MBX2B;T3PR=0x6000;// 设置定时器3的周期寄存器，并设置CMPR4-6，以确定不同的输出占空比COMCONB=0x8200; // 使能比较操作T3CON=0x1000; // 定时器3为连续增计数模式}//(1)主程序main(){disable(); // 总中断禁止system_init(); //系统初始化子程序CAN_FLAG=0x00; //清CAN用户标志,CAN_FLAG=0表示收到数据CAN_INIT(); //CAN初始化子程序enable();for(;;){while(CAN_FLAG==0)continue; //等待接收数据CAN_FLAG=0x0000; //清接收到标志MDER=0x0000; //邮箱不使能MCR=0x0140; //CDR=1,数据改变请求pwminitial(); // PWM输出初始化T3CON=T3CON|0x9040; // 启动定时器3MCR=0x0480; //DB0=1,AB0=1,STM=0设置为正常工作模式MDER=0x044;}}//(2) 系统初始化子程序void system_init(){asm(" setc SXM"); // 抑制符号位扩展asm(" clrc OVM"); // 累加器中结果正常溢出asm(" clrc CNF"); // B0被配置为数据存储空间asm(" setc INTM"); // 禁止所有中断SCSR1=0x81FE; // CLKIN=6M，CLKOUT=4CLKIN=24MWDCR=0x0E8; // 不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE// 即WD复位后的缺省值,故可以用软件禁止看门狗IMR=0x0010; // 开中断优先级5IFR=0x0FFFF; // 清除全部中断标志，"写1清0"WSGR=0x00; // 禁止所有的等待状态}//(3)CAN初始化子程序void CAN_INIT(){MCRB=MCRB|0x0C0; //设置IOPC6、IOPC7为CANRX，CANTXCAN_IFR=0x0FFFF; //清所有中断标志LAM1_H=0x7FFF; //设置邮箱3、2的屏蔽ID寄存器LAM1_L=0x0FFFF; //0则ID必须匹配MCR=0x1000; //CCR=1改变配置请求while(GSR&0x0010==0) continue; //CCE=1时即可配置BCR2、BCR1寄存器BCR2=0x01; //波特率预分频寄存器BCR1=0x033; //波特率设置为500KbpsMCR=MCR&0x0EFFF; //CCR=0改变配置请求while(GSR&0x0010!=0) continue; //只有当CCE=0时,配置BCR2、BCR1寄存器成功 MDER=0x040; //不使能邮箱2,邮箱2改为接收方式MCR=0x0103; //CDR=1,数据区改变请求MSGID2H=0x2447; //设置邮箱2的控制字及ID//IDE=0,AME=0,AAM=0，标准方式为MSGID2H[12~2]MSGID2L=0x0FFFF;MSGCTRL2=0x08; //设置控制，数据长度DCL=8,RTR=0数据帧MBX2A=0x3000; //邮箱2信息初始化MBX2B=0x3000;MBX2C=0x0000;MBX2D=0x0000;MSGID3H=0x2447; //设置邮箱3的标识符MSGID3L=0x0FFFF;MSGCTRL3=0x08; //RTR=0,DCL=8MBX3A=0x1234; //邮箱3信息初始化MBX3B=0x5678;MBX3C=0x9abc;MBX3D=0x1111;CAN_IMR=0x0F7FF;CAN_IFR=0x0FFFF;MCR=0x0480; //DB0=1,AB0=1,STM=1设置为自测试模式MDER=0x04C; //使能邮箱2和3,邮箱2为接收方式}//(4)中断程序void interrupt GRIS5(){switch(PIVR){case 64:CANMBX_ISR();break;}enable();return;}void CANMBX_ISR(){RCR=0x040; //复位RMP2和MIF2CAN_FLAG=1; //置用户接收标志CMPR4=MBX2B;}// 直接返回中断服务程序void interrupt nothing( ){return;}（3）调试方法、过程及结果：将两台DSP试验箱用两根导线连接起来，一台电脑作为发送端，运行发送程序，一台电脑作为接收端，运行接收程序，通过改变发送程序中MBX2A、MBX2B的赋值，间接改变CMPR4、CMPR6的值，因此，输出的方波的占空比改变了，从而影响了电机的转速和旋转的方向，即实现了通过改变发送信息，控制电机的转速和正反旋转。