基于ARM的直流電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

1、word 嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用 課程設(shè)計(jì)報告課程設(shè)計(jì)題目：基于ARM的直流電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)專 業(yè) 班 級： 通信工程2班姓 名： 李晨曦學(xué) 號 : 631206040221指 導(dǎo) 教 師： 閆果完 成 日 期 : 2022年7月1日一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求(1 設(shè)計(jì)一個基于ARM系統(tǒng)的直流電機(jī)系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能，并且電機(jī)速度可調(diào)整。(2 要求實(shí)現(xiàn)死區(qū)功能，即防止兩個開關(guān)同時處于開啟狀態(tài)。二、設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)中通過ARM引腳GPIO功能的輸出控制方式，將數(shù)字信號輸出到DAC 0832上，轉(zhuǎn)換為模擬信號，作為直流電機(jī)的電壓供應(yīng)。 電機(jī)速度可調(diào)整是通過ARM引腳的GPIO功能來實(shí)現(xiàn)，將引腳設(shè)為

2、輸入控制方式連接兩個按鍵，用程序檢測兩個按鍵輸入的值，可檢測到是要加速還是減速，然后通過對ARM輸出量的調(diào)整，更改DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量，從而更改直流電機(jī)兩端的電壓值，實(shí)現(xiàn)加速減速。死區(qū)功能的實(shí)現(xiàn)是通過程序，設(shè)定當(dāng)檢測到加速鍵被按下后，就不再檢測減速鍵是否被按下，而是直接執(zhí)行加速的調(diào)整方式，來防止檢測到兩個開關(guān)同時處于開啟狀態(tài)。三、詳細(xì)設(shè)計(jì)一芯片選型本設(shè)計(jì)中，硬件上ARM芯片選用LPC2106款。再選用D/A轉(zhuǎn)換集成芯片DAC 0832連接到ARM芯片上， 芯片說明如下：1LPC 2106 芯片說明ARM7TDMI-S處理器，特性如下：128k字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，具有ISP和IAP功能。

3、Flash編程時間：1ms可編程512字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400ms。64/32/16K字節(jié)靜態(tài)RAMLPC2106/2105/2104，向量中斷控制器，仿真跟蹤模塊，支持實(shí)時跟蹤，RealMonitor模塊支持實(shí)時調(diào)試。標(biāo)準(zhǔn)ARM測試/調(diào)試接口，兼容現(xiàn)有工具，極小封裝：TQFP48(77mm2)，雙UART，其中一個帶有完全的調(diào)制解調(diào)器接口，I2C串行接口，SPI串行接口，兩個定時器，分別具有4路捕獲/比擬通道，多達(dá)6路輸出的PWM單元，實(shí)時時鐘，看門狗定時器，通用I/O口，CPU操作頻率可達(dá)60MHz，雙電源CPU操作電壓范圍：1.65V1.95V(1.8V8.3%)I/O電壓范圍

4、：3.0V3.6V(3.3V10%)兩個低功耗模式：空閑和掉電。通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒，外設(shè)功能可單獨(dú)使能/禁止，實(shí)現(xiàn)功耗最優(yōu)化，片內(nèi)晶振的操作頻率范圍：10MHz25MHz，片內(nèi)PLL允許CPU以最大速度運(yùn)行，可以在超過整個晶振操作頻率范圍的情況下使用。2DAC 0832 芯片說明D AC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。應(yīng)用電路圖編輯采用DAC0832實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。DAC08

5、32引腳功能說明：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：片選信號輸入線，低電平有效。WR1：為輸入存放器的寫選通信號。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。WR2：為DAC存放器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時Iout1最大。Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反響信號輸入線,芯片內(nèi)部有反響電阻.Vcc:電源輸入線 (+5v+15v)Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v)AGND:模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比擬好.3 D/A轉(zhuǎn)

6、換器DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖4-82所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大局部組成。一個8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個輸入端其中每個輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位，有一個模擬輸出端。輸入可有28=256個不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個可能值。圖4-83是DAC0832的邏輯框圖和引腳排列。二電機(jī)選型直流電機(jī)direct current machine是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能直流電動機(jī)或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能直流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)

7、直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在直流電動機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。本設(shè)計(jì)選用的直流電機(jī)是KRPM，即千轉(zhuǎn)每分鐘。三電路連接1ARM芯片與DAC 0832轉(zhuǎn)換器連接DAC 0832 有數(shù)據(jù)鎖存器、選片、讀、寫控制信號線， 故可以和ARM直接接口，DAC 0832是電流型輸出

8、，使用運(yùn)算放大器，將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。當(dāng)數(shù)字量輸入在00FF 范圍變化時， 電壓的輸出量有兩種形式：一種是單極性輸出，電壓的輸出量為0XV 或0XV；另一種是雙極性輸出，電壓的輸出量為XV。只用單極性。電路如下列圖所示，圖10832 片選信號 CS、XFER 為低電平有效，接入ARM的P0.0引腳，即P0.0為低時選中DAC 0832，WR1、WR2同時與P0.1 連接，WR1為輸入存放器的寫信號，低電平有效，WR2為DAC存放器的寫信號，低電平有效。當(dāng) WR2與XFE 同時為低電平時，輸入存放器的數(shù)據(jù)裝入DAC存放器，并同時啟動一次DA轉(zhuǎn)換。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)線上由CS 選通后輸入存放

9、器時，便直接通過8位DAC 存放器，并且由8位D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換，此電路為異步輸出結(jié)構(gòu)方式。 由于DAC 0832 具有數(shù)字量的輸入鎖存功能，故數(shù)字量可以直接從P0 口送入，DAC 0832的數(shù)字量輸入引腳為D7D0，連接LPC 2106的P0.12P0.19引腳，改變這8個引腳的輸出值便可改變DA轉(zhuǎn)換器的電流輸出。DAC 0832 內(nèi)部沒有參考電壓，8 腳VREF 單獨(dú)接參考電壓也行，直接接5V 也行，但應(yīng)8 腳接負(fù)的參考電壓，輸出為正電壓。8 腳接正的參考電壓，輸出為負(fù)電壓。本設(shè)計(jì)將8腳VREF直接接了+5V，故輸出為負(fù)電壓。2DAC 0832轉(zhuǎn)換器與運(yùn)算放大器連接在連接輸出與運(yùn)

10、算放大器時，運(yùn)算放大器有兩個輸入端a反相輸入端，b同相輸入端和一個輸出端o，為了區(qū)別起見，a端和b 端分別用“-和“+號標(biāo)出。也分別被稱為倒向輸入端、非倒向輸入端和輸出端。當(dāng)電壓U-加在“-端和公共端公共端是電壓為零的點(diǎn)，它相當(dāng)于電路中的參考結(jié)點(diǎn)。之間，且其實(shí)際方向從“-端高于公共端時，輸出電壓U實(shí)際方向那么自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。故本設(shè)計(jì)中，將運(yùn)算放大器的“+接地，DAC轉(zhuǎn)換器輸出的負(fù)電壓加在運(yùn)算放大器的“-端和公共端。3運(yùn)算放大器連接直流電機(jī)圖2將運(yùn)算放大器的輸出端連接到直流電機(jī)上，另一端接地。輸出電壓為負(fù)。四程序說明本程序通過使用I/O口輸入方式對ARM芯片的P0.21，

11、P0.22兩口進(jìn)行掃描，對輸出進(jìn)行控制。當(dāng)兩輸入口其中一個為高電平時，對輸出的數(shù)字量進(jìn)行更改。需存儲當(dāng)前速度量，對速度進(jìn)行判斷，得到速度已到達(dá)最大或最小的情況。輸出到DAC的數(shù)字量初始值為0X0000F000，即在1219中有四個低位引腳1215輸出高電平，后四個高位引腳輸出低電平。當(dāng)檢測到加速鍵連接的輸入引腳被置為一次高電平時，將當(dāng)前速度量加一個十六進(jìn)制位的輸出，這樣可更加直觀的從電路仿真中看出按下按鍵的效果，即下一個高位的引腳會輸出高電平。當(dāng)減速鍵的輸入口檢測到一次高電平時，將當(dāng)前速度量減一個十六進(jìn)制位，也就是將當(dāng)前最高位的高電平引腳置為低電平。程序流程圖如下：圖3四、調(diào)試過程1執(zhí)行程序：

12、圖42加速 圖5 圖6說明：按下兩次加速鍵后P0.16、P0.17引腳輸出高電平，更新DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量為3FH，進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后，加到直流電機(jī)兩端的電壓加大，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增大得越來越快。2減速圖7說明：按下5次減速鍵后只剩P0.12引腳輸出高電平，更新DA轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量為01H，進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后，加到直流電機(jī)兩端的電壓減小為，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速開始減小。五、關(guān)鍵程序代碼六、總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)參照以前做過的基于8051的控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的實(shí)驗(yàn)改造完成。在改造過程中，將CPU 單片機(jī)8051換成了ARM芯片 LPC 2106，然后將DA轉(zhuǎn)換器DAC 0832 連接到ARM上。在實(shí)驗(yàn)過程中，遇到許多問題，通

13、過上網(wǎng)查閱資料，一一解決了這些問題。在連接好電路圖并將hex文件加到LPC上后，運(yùn)行提示電源電壓錯誤，查閱資料得知是未設(shè)定電源范圍，于是通過“設(shè)定電源電壓，將3.3V和1.8V電壓添加到電源網(wǎng)絡(luò)，對應(yīng)選擇了電源電壓再去添加電源時，又出現(xiàn)3.3V、1.8V連接不到電源網(wǎng)絡(luò)的問題，我疑心是電源電壓選擇了沒應(yīng)用上，就采用直接在電源標(biāo)簽上寫+3.3V、+1.8V的方式終于設(shè)置成功，執(zhí)行了程序。程序一開始沒寫對，if語句中的比擬寫的是IO0PIN != key_up，key_up是加速鍵的屏蔽字，按鍵按了沒反響，后面改成了(IO0PIN & key_up)!=key_up，就成功進(jìn)入了if語句的語句體。設(shè)置ARM輸出引腳的值時，忘記了IOxSET、IOxCLR是針對每一位引腳來設(shè)置的，所以程序修改了很多遍，后面才想起0x00000000的二進(jìn)制值每一位代表了一個引腳，哪一位為1，就將該引腳置1或清零，單用IOxSET是不能設(shè)0值的，改正了這個錯誤后，程序得以成功運(yùn)行。