基于TMS320F2812的直流电动机控制.doc

1、基于TMS320F2812的直流电动机控制摘要直流电机是最常见的一种电机，与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本低，运行维护困难但是直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转知和过载能力强等许多优点。本文是对直流电机PWM调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。利用DSP芯片实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作，并实现电路的仿真。TMS320F2812是控制电路的核心，为一款最新的电机控制专用DSP芯片，它是使用32位内核的DSP，运行速度可达150MIPS，实时处理能力强，能应用于很多复杂的控制算法设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提

2、高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。关键词：直流电机；PWM调速；TMS320F2812；正反转控制I目录第一章 概述41.1工程训练的目的41.2工程训练的要求4第二章 方案的选择与确定52.1 设计思路52.2 基本原理52.3 总体设计框图5第三章 直流电机单元电路设计与分析73.1 总电路图73.2 总电路功能介绍73.3 直流电机驱动模块73.4 直流电机的中断键盘控制模块9第四章 软件

3、设计124.1 软件流程图124.2 源程序设计12第五章 PCB绘制与电路板制作145.1 PCB板的制作流程图145.2 生成PCB图及制版14第六章 功能的实现与测试报告15总结16参考文献资料16第一章 概述1.1 工程训练的目的：(1) 通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。（2）学习直流电机的控制原理和控制方法。（3）学习用C 语言编制中断程序，控制F2812 DSP 通用I/O 管脚产生不同占空比的PWM 信号。 (4) 通过C 语言编程控制控制I/O 管脚产生不同占空比的PWM 信号。1.2 工程训练的要求：本课程设计主

4、要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，不断给光电隔离电路发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。（1）通过直流电机PWM控制系统实现直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速。（2）、电路

5、图设计标准、完全；（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；第二章 方案的选择与确定2.1 设计思路方案说明：通过C语言编程改变pwm波的占空比，将此pwm波从I/O口输出到直流电动机，从而改变其转速，通过引脚上给出高电平或低电平和逻辑电路来控制直流电机的方向。单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转控制；2.2 基本原理2.2.1 TMS320F2812DSP 的McBSP 引脚通过设置 PWM11 和PWM5 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。2.2.2 直流电机控制直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速

6、的电动机。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制(Puls Width Modulation，简称PWM)控制方式已成为绝对主流。2.2.3 PWM 调压调速原理对于直流电机来说，如果加在电枢两端的电压为2.3所示的脉动电流压（要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数），可以看出，在T不变的情况下，改变T1和T2宽度，得到的电压将发生变化，下面对这一变化进一步推导。 图2.3 施加在电枢两端的脉动电压设电机接全电压U时，其转速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=

7、t1/T，则电枢的平均电压为： U平=UD 式1.4由式1.3得到：n =Ea/CeUD/ Ce=KD ；在假设电枢内阻转小的情况下式中K= U/ Ce，是常数。图2.4 占空比与电机转速的关系由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系（图中实线），原因是电枢本身有电阻，不过一般直流电机的内阻较小，可以近视为线性关系。由此可见，改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成，这就是直流电机PWM调速原理。2.3 总体设计框图光 电路驱动 电荷泵电路电 逻辑 隔 电路 驱动信号放大电路离 H桥功能驱动电路 电路VCC DIR PWM BRACK M VM双极式控制的桥式可逆PWM变换器有以下优点:

8、1)电动机能在四象限运行。2)电流一定连续，波形没有断点。3)电机在低速时平稳性好，每个开关元器件的驱动脉冲仍然较宽，有利于保证器件的可靠导通。误导通的几率低，不会使功率器件直通。4)电动机在停I :的时侯有微震电流，能消除静摩擦死区。第三章 直流电动机单元电路设计与分析3.1 总电路图3.2 总电路功能介绍主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数

9、）、暂停、连续功能。其间是通过单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到TMS2812来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。设计控制部分：主要由单片机的外部中断扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块组成。3.3 直流电动机驱动模块主要由一些二极管、电机和直流电机驱动模块（内含CMOSS管、三太门等）组成。现在介绍下直流电机的运行原理3.3.1 直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能

10、）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。3.3.2 直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。图2.1 直流电动机结构3.3.3 直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋

11、转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。图2.2 直流电动机电路模型3.3.4 直流电动机硬件原理图3.4 直流电机的中断键盘控制模块3.4.1 外部中断设置（1） 外部中断允许设置中断控制寄存器IE的EX0对应INT0，EX1对应INT1，EA为中断的总开关，若要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。如：开放外部中断0的设置：SETB EX0SETB EA开放外部中断0和1的设置：SETB EX0SETB EX1SETB EA（2） 外部中断触发方式设置单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方

12、式，另一种是脉冲触发方式，单片机外部中断触发方式与TCON的IT位有关。 TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0电平触发设置方法：CLR ITX，为低电平触发方式。脉冲触发设置方法：SETB ITX1，为脉冲下降沿触发方式。在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。（3） 外部优先级设置 外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，IP的PX0对应INT0，PX1对应INT1。PX置1为高级中断，PX为0为低级中断。PSPT1PX1PT0PX03.4.2 外部中断扩展方法在图3.3为外部中断扩展方法，设X1、X2、X3、X4、X5为外部警情信号，X

13、1代表是加速信号，X1=0表示加速；X2代表减速信号，X2=0表示减速；X3代表正转信号，X3=0表示正转；X4代表反转信号，X4=0表示反转；X5代表停止信号，X5=0表示停止处理。 图 3.3 外部中断扩展电路当系统检测到有中断请求时，响应如下中断服务流程图3.4。 图3.4中断服务流程第四章 软件设计4.1 软件流程图4.2 源程序设计现单独列举控制PWM的控制程序#include DSP28_Device.hvoid InitEv(void)EALLOW;GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x00ff;EDIS;EvaRegs.GPTCONA.all = 0x1879;Ev

14、aRegs.T1CNT = 0;EvaRegs.T1CON.all = 0x1f42;EvaRegs.T1PR = 0x7fff;EvaRegs.T1CMPR = 0x3fff;EvaRegs.T2CNT = 0;EvaRegs.T2CON.all = 0x1fC3;EvaRegs.T2PR = 0x7fff;EvaRegs.T2CMPR = 0x3fff;如程序，EvaRegs.T1CNT = 0;将定时器1计数器清零 ；EvaRegs.T1CON.all = 0x1f42;让TMODE=连续递增/递减计数，定时器使能，计数器使能；EvaRegs.T1PR = 0x7fff;定时器1周期为0

15、x7fff；EvaRegs.T1CMPR = 0x3fff;定义赋值定时器1比较器。同理，接下来的程序就是对定时器2定义。改变电机转向转速时，只要改变T1CMPR1和 T2CMPR的值就行，如程序，现在每个定时器比较器的值都为0x3fff，这个时候电机就停转。如果想正转，就将T1CMPR1的值改大，T1CMPR2的值改小，但一定要保持两者之和为周期T的值0x7fff，因为是互补的。例如T1CMPR1改为0x7ff0，T2CMPR改为0x000f，反转同理。第五章 PCB板的绘制与电路板的制作5.1 PCB板的制作流程图 设计绘制原理图导成PCB图打印输出（热转印纸） 金属焊盘钻孔 腐蚀（留下电

16、子线路） 利用热转印法将PCB图转到敷铜板 焊接安装元器件 调试 成品5.2 生成PCB图及制板第六章 功能的实现与测试报告 每个模块做好以后，就可以调用程序（直流电动机驱动模块程序已编写好）来调试功能，如果能正常运行那就说明模块做的是正确的，相反，如不能正常实现功能就必须找出其中存在的错误原因。要么是硬件电路错误，要么就是软件调用不当或是I/O口设定存在问题，因此在调试过程中必须仔细，对每一部分加以完善。最重要的是对其整体的调试，因此要对其内部地址进行分配，中断也要集中编写完善，主程序编写相对复杂，所以要先把电机驱动弄好之后让电动机转动起来再添加调速部分。添加键盘程序，使其能设定电机转速和方

17、向。根据串行口调试工具能很好的实现实验设计要求。通过PWM控制使电动机能够正转反转，并实现加速减速的功能。最后，调试成功，交作品。 总结两周的工程训练，这次工程训练我们主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作，并实现电路的仿真。通过这次对TMS2812的直流电动机控制的设计与制作过程，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，也对TMS2812芯片有了更进一步的了解。在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。为实现系统的微机控制，在设计中，将DSP作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机

18、转速参数的显示和测量；由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。在这次工程训练中，也遇到了一些困难，特别是在程序编写的过程中，由于对PWM调速方式没有更深的了解，在编写程序时就有了阻碍。通过这次工程训练使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 这次工程训练能够顺利完成，是离不开老师的辛勤指导和同学们的热情帮助。在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的耐心教导

19、下，问题一一解决。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 参考文献1赵全利、肖兴达等.单片机原理及应用教程（第二版）M.北京:北京机械工业出版社,2007.72熊年禄.数字电路M .北京:北京邮电大学出版社,2010.63康华光. 模拟电子技术基础（第五版）M .北京:高等教育出版社,20064 TMS320F2812开发板PWM示例程序5 TechV5509程序综合示例程序(AM176220)工程训练成绩评定表专业： 班级： 学号：姓名： 项目名称基于TMS320F2812的直流电动机控制设计与制作设计任务与要求作品需达到下列要求：（1）电机要求能正反转，电机转速可通过PWM控制；（2）、电路图设计标准、完全；（3）、元器件安装规范，焊接到位，外观优美；（4）、其它扩展功能，同学自由发挥，可另外加分。指导教师评语 建议成绩： 指导教师：教研组评定意见 评定成绩： 负责人：时间： 年 月 日 .17