周六上午_張高山實(shí)驗(yàn)四

1、實(shí)驗(yàn)四 直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?ARM 本身自帶的，掌握相應(yīng)寄存器的配置。Linux 下編程實(shí)現(xiàn) ARM 系統(tǒng)的了解直流電機(jī)的工作原理，學(xué)會(huì)用輸出，從而控制直流電機(jī)。的方法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配。掌握帶有的 CPU 編程實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能的主要方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)直流電機(jī)的工作原理，了解實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)對于系統(tǒng)的硬件要求。學(xué)習(xí) ARM的生成方法。使用 Redhinux 9.0 操作系統(tǒng)環(huán)境及 ARM 編譯器，編譯直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊和應(yīng)用程序。運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)。三、預(yù)備知識(shí)C 語言的基礎(chǔ)知識(shí)、程序調(diào)試的基礎(chǔ)知識(shí)和方的必要知識(shí)。inux 的基本操作。Linux 關(guān)于module四、

2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具硬件：UP-NETARM2410-S實(shí)驗(yàn)、PC 機(jī)Pentium 500 以上，硬盤10G 以上：PC 機(jī)操作系統(tǒng)REDHINUX 9.0ARM LINUX開發(fā)環(huán)境五、實(shí)驗(yàn)原理1、直流電的電路原理晶體管的導(dǎo)通時(shí)間也被稱為導(dǎo)通角 ，若改變調(diào)制晶體管的開與關(guān)的時(shí)間，也就是說通過改變導(dǎo)通角 的大小，如圖 2.9.1 所示，來改變加在負(fù)載上的平均電壓的大小，以實(shí)現(xiàn)對電的變速控制，稱為脈寬調(diào)制 ()變速控制。在變速控制中，系統(tǒng)采用直流電源，放大器的頻率是固定，變速控制通過調(diào)節(jié)脈寬來實(shí)現(xiàn)。的功率轉(zhuǎn)換電路或者采用H橋式驅(qū)動(dòng)，或者采用T式驅(qū)動(dòng)。由于T式電路要求雙電源供電，而且功率晶體管承受的反向

3、電壓為電源電壓的兩倍。因此只適用率低電壓的電系統(tǒng)。而H橋式驅(qū)動(dòng)電路只需一個(gè)電源，功率晶體管的耐壓相對要求也低些，所以應(yīng)用得較廣泛，尤其用在耐高壓的電系統(tǒng)中。圖 2.9.1 脈寬調(diào)制()變速原理2、直流電的等效電路如圖2.9.2 a所示：是一個(gè)直流電的控制電路的等效電路。在這個(gè)等效電路中，傳送到負(fù)載 (電)上的功率值決定于開關(guān)頻率、導(dǎo)通角度及負(fù)載電感的大小。 開關(guān)頻率的大小主要和所用功率器件的種類有關(guān)，對于雙極結(jié)型晶體管(GTR)，一般為lkHz 至5kHz，小功率時(shí)(100W，5A 以下)可以取高些，這決定于晶體管的特性。對于絕緣柵雙 極晶體管()，一般為5kHz 至l2kHz；對于場效應(yīng)晶體

4、管(MOSFET)，頻率可高達(dá)2OkHz。 另外，開關(guān)頻率還和電電感有關(guān)，電感小的應(yīng)該取得高些。電路中電流和電壓波當(dāng)接通電圖2.9.2 (a) 等效電路兩端加上電壓 UP，電圖2.9.2 (b)源時(shí)，電儲(chǔ)能，電流增加，當(dāng)電源中斷時(shí)，電樞 電感所，而儲(chǔ)藏的能量呈下降的趨勢。 除功率值以外，儲(chǔ)的能量通過續(xù)流二極管電樞電流的脈動(dòng)量也與電時(shí)間常數(shù)有關(guān)。VD 繼續(xù)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，僅與開關(guān)周期、正向?qū)〞r(shí)間 及電機(jī)的電磁3、直流電電路舉例圖2.9.3為直流電電路的一個(gè)例子。它屬于H橋式雙極模式電路。電路舉例 電路主要由四部分組成，即圖 2.9.3 直流電三角波形成電路、脈寬調(diào)制電路、信號(hào)延遲及信號(hào)分配電路和

5、功率電路。電路中各點(diǎn)波形如圖 2.9.4 所示。其中信號(hào)延遲電路是為了防止共態(tài)直通而 設(shè)置的。一般延遲時(shí)間調(diào)整在(1030)ps 之內(nèi)，根據(jù)晶體管特性而定。其原理簡單敘述如下： 功率電路主要由四個(gè)功率晶體管和四個(gè)續(xù)流二極管組成。四個(gè)功率晶體管分為兩組，V1與V4、V2 與V3 分別為一組，同一組的晶體管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷?；鶚O的驅(qū)動(dòng)信號(hào) Ub1= Ub2，Ub3=Ub4。其工作過程為：在t1t2 期間， Ub1 0 與 Ub4 0，V1 與V4 導(dǎo)通，V2 與V3 截止，電樞電流沿回路l 流通。在t2 T+ t1期間，Ub1 0 與Ub4 0 與U b 3 0但此時(shí)由 于電樞電感儲(chǔ)藏著能量，將

6、維持電流在原來的方向上，此時(shí)電流沿回路 2 流通；經(jīng)過跨接于V2 與V3 上的續(xù)流二極管VD4、VD5。受二極管正向壓降的限制，V2 與V3 不能導(dǎo)通。T+ t1之后，重復(fù)前面的過程。反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，具有相似的過程。圖 2.9.4電路中各點(diǎn)波形4、開發(fā)中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)開發(fā)板中的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分如圖 2.9.3 所示；由于 S3C2410自帶定時(shí)器，所以控制部分省去了三角波產(chǎn)生電路、脈沖調(diào)制電路和信號(hào)延遲及信號(hào)分配電路，取而代之的是S3C2410的定時(shí)器0、1組成的雙極性發(fā)生器。發(fā)生器用到的寄存器主要有以下幾個(gè)：TCFG0 定時(shí)器配置寄存器0表 2.9.1 TCFG0 寄存器參考：Dead z

7、one length0；prescaler value2。TCFG1 定時(shí)器配置寄存器1表 2.9.2 TCFG1 寄存器TCFG1位描述初始狀態(tài)31:2400000000DMA mode23:20Select DMA request channel0000 = No select (all0001 = Timer0 errupt)0010 = Timer10011 = Timer20100 = Timer30101 = Timer40110 =0000MUX 419:16Select MUX input forTimer4. 0000 = 1/2 0001 = 1/4 0010 = 1/80

8、011 = 1/16 01xx = External TCLK10000MUX 315:12Select MUX input forTimer3. 0000 = 1/2 0001 = 1/4 0010 = 1/80011 = 1/16 01xx = External TCLK10000MUX 211:8Select MUX input forTimer2. 0000 = 1/2 0001 = 1/4 0010 = 1/80011 = 1/16 01xx = External TCLK10000寄存器地址讀/寫描述復(fù)位值TCFG10 x51000004R/W5-MUX & DMA mode se

9、lecton register0 x00000000TCFG0位描述初始狀態(tài)31:240 x00Dead zonelength23:16These 8 bits determine the dead zone length. The 1 unittime of the dead zone length is equal tot of timer 0.0 x00Prescaler 115:8These 8 bits determine prescaler value for Timer 2, 3 and4.0 x00Prescaler 07:0These 8 bits determine pre

10、scaler value for Timer 0 and 1.0 x00寄存器地址讀/寫描述復(fù)位值TCFG00 x51000000R/WConfigures the two 8-bit prescalers0 x00000000時(shí)鐘輸入頻率PCLK/（prescaler value+1)/（divider value)。prescaler value 有 TCFG0 決定；divider value 由 TCFG1 決定。參考：無DMA 模式，divider value2。本系統(tǒng)中PCLK50.7MHzTCON 定時(shí)器控制寄存器表 2.9.3TCON 寄存器TCON位描述初始狀態(tài)Timer 4

11、 auto reload on/off22Determine auto reload on/oor Timer 4. 0 =One-shot 1 =erval mode (auto reload)0Timer 4 manual update21Determine the manual update for Timer 4. 0 =No operation 1 = Update TCNTB40Timer 4 start/stop20Determine start/stop for Timer 4. 0 = Stop 1 = Start for Timer 40Timer 3 auto reloa

12、d on/off19Determine auto reload on/oor Timer 3. 0 = One-shot 1 =erval mode (auto reload)0Timer 3 output inverteron/off18Determine output inverter on/oor Timer 3. 0 =Inverter off 1 = Inverter on for TOUT30Timer 3 manual update17Determine manual update for Timer 3. 0 = No operation 1 = Update TCNTB3 &

13、 TCMPB30Timer 3 start/stop16Determine start/stop for Timer 3. 0 = Stop 1 =Start for Timer 30Timer 2 auto reload on/off15Determine auto reload on/oor Timer 2. 0 =One-shot 1 =erval mode (auto reload)0Timer 2 output inverteron/off14Determine output inverter on/oor Timer 2. 0 =Inverter off 1 = Inverter

14、on for TOUT20寄存器地址讀/寫描述復(fù)位值TCON0 x51000008R/WTimer control register0 x00000000MUX 17:4Select MUX input forTimer1. 0000 = 1/2 0001 = 1/4 0010 = 1/80011 = 1/16 01xx = External TCLK00000MUX 03:0Select MUX input forTimer0. 0000 = 1/2 0001 = 1/4 0010 = 1/80011 = 1/16 01xx = External TCLK00000參考：dead zone

15、operation enable；Inverter offTCNTB0& TCMPB0 定時(shí)器計(jì)數(shù)緩沖區(qū)寄存器和比較緩沖區(qū)寄存器表 2.9.4TCNTB0& TCMPB0TCMPB0位描述初始狀態(tài)Timer 0 compare bufferregister15:0Set compare buffer value for Timer 00 x00000000寄存器地址讀/寫描述復(fù)位值TCNTB00 x5100000CR/WTimer 0 count buffer register0 x00000000TCMPB00 x51000010R/WTimer 0 compare buffer regis

16、ter0 x00000000Timer 2 manual update13Determine the manual update for Timer 2. 0 = No operation 1 = Update TCNTB2 & TCMPB20Timer 2 start/stop12Determine start/stop for Timer 2. 0 = Stop 1 =Start for Timer 20Timer 1 auto reload on/off11Determine the auto reload on/oor Timer1. 0 =One-shot 1 =erval mode

17、 (auto reload)0Timer 1 output inverteron/off10Determine the output inverter on/oor Timer1.0 = Inverter off 1 = Inverter on for TOUT10Timer 1 manual update9Determine the manual update for Timer 1. 0 =No operation 1 = Update TCNTB1 & TCMPB10Timer 1 start/stop8Determine start/stop for Timer 1. 0 = Stop

18、 1 =Start for Timer 10TCONBitDescriptionInitial s e7:5Dead zone enable4Determine the dead zone operation. 0 = Disable 1 = Enable0Timer 0 auto reload on/off3Determine auto reload on/oor Timer 0. 0 = One-shot 1 =erval mode(auto reload)0Timer 0 output inverteron/off2Determine the output inverter on/oor

19、 Timer 0.0 = Inverter off 1 = Inverter on for TOUT00Timer 0 manual update(note)1Determine the manual update for Timer 0. 0 =No operation 1 = Update TCNTB0 & TCMPB00Timer 0 start/stop0Determine start/stop for Timer 0. 0 = Stop 1 =Start for Timer 00TCNTB0決定了脈沖的頻率，TCMPB0決定了正脈沖的寬度。當(dāng)TCMPB0TCNTB0/2時(shí)，正負(fù)脈沖寬

20、度相同；當(dāng)TCMPB0由0 變到TCNTB0時(shí)，負(fù)脈沖寬度不斷增加。參考：脈沖頻率為1Hz。TCNTO0 定時(shí)器觀察寄存器表 2.9.5 TCNTO0六、程序分析Linux下的直流電機(jī)程序包括模塊驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序兩部分。Module驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)了以下方法：開啟設(shè)備時(shí)，配置IO口為定時(shí)器工作方式：配置定時(shí)器的各控制寄存器：( TCFG0 &= (0 x00ff0000);TCFG0 |= (DCM_TCFG0);TCFG1 &= (0 xf);(GPBCON &= 0 xf;GPBCON |= 0 xa;)s ic struct file_operations s3c2410_dcm_fops

21、 = owner:THIS_MODULE, open: s3c2410_dcm_open, ioctl: s3c2410_dcm_ioctl,release:s3c2410_dcm_release,;TCNTO0位描述復(fù)位值Timer 0 observation register15:0Set count observation value for Timer 00 x00000000寄存器地址讀/寫描述復(fù)位值TCNTO00 x51000014RTimer 0 count observation register0 x00000000TCNTB0位描述初始狀態(tài)Timer 0 count buf

22、fer register15:0Set count buffer value for Timer 00 x00000000在s3c2410_dcm_ioctl 中提供調(diào)速功能接口：應(yīng)用程序dcm_main.c 中調(diào)用：實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的調(diào)整。七、實(shí)驗(yàn)步驟1、編譯直流電機(jī)模塊進(jìn)入Maenu / Character devi菜單，選擇DC MOTOR 為模塊加載：cd /arm2410s/kernel-2410smakeconfigioctl(dcm_fd, DCM_IOCTRL_SET, (set* factor);case DCM_IOCTRL_SET:return dcm_set( )arg);TCNTB0 =TB0; /* lessn 10ms */TCMPB0 =TB0/2;TCON &=(0 xf);TCON |= (0 x2);TCON &=(0 xf);TCON |= (0 x19); )編譯內(nèi)核模塊：直流電機(jī)模塊的編譯結(jié)果為：2、編譯應(yīng)用程序生成dcm_main3、運(yùn)行程序在超級終端中，通過加載 NFS 運(yùn)行編譯結(jié)果（注意：首