多功能電機(jī)控制器使用說(shuō)明書(shū)

多功能電機(jī)控制器使用說(shuō)明書(shū)目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"多功能電機(jī)控制器使用說(shuō)明書(shū)1\o"CurrentDocument"主要技術(shù)參數(shù)1\o"CurrentDocument"系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)2\o"CurrentDocument"伺服軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6\o"CurrentDocument"PID算法設(shè)計(jì)思路6\o"CurrentDocument"PID濾波器C語(yǔ)言代碼7\o"CurrentDocument"系統(tǒng)通信部分軟件設(shè)計(jì)9\o"CurrentDocument"使用快速原型系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)的基本思路10\o"CurrentDocument"驅(qū)動(dòng)器外殼加工問(wèn)題11主要技術(shù)參數(shù)輸入電壓：直流18-60V最大輸出電流：10A最大峰值輸出電流：20A限位輸入形式：霍爾開(kāi)關(guān)限位滑動(dòng)變阻器限位開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口電平：5VTTL開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口數(shù)量：8個(gè)編碼器輸入接口種類(lèi)：相位相差90度的雙路方波信號(hào)編碼器輸入接口電平：兼容3.3V,5VTTL電平電機(jī)驅(qū)動(dòng)PWM頻率：1K-72K可調(diào)10.通信接口形式：CAN總線RS232總線

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)核心控制電路硬件結(jié)構(gòu)USB和以太網(wǎng)由于空間現(xiàn)在本系統(tǒng)中功能被屏蔽。USB接口可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的在線更新和維護(hù)?；趯?shí)時(shí)以太網(wǎng)的高速控制器為伺服電機(jī)控制器發(fā)展的趨勢(shì)（西門(mén)子和法蘭克的數(shù)控系統(tǒng)都采用這種方式），對(duì)于分散式控制系統(tǒng)，這種控制方式可以省略掉入安陽(yáng)控制系統(tǒng)中購(gòu)買(mǎi)多串口卡的成本；并且，由于網(wǎng)絡(luò)變壓器的隔離特性，即使下層電路在未來(lái)的設(shè)計(jì)中不采用隔離設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)仍然是隔離的，實(shí)用此種方法可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)固件庫(kù)的在線遠(yuǎn)程更新。以上兩種功能可以在新的電路板設(shè)計(jì)中增加。系統(tǒng)的多功能輸入輸出結(jié)構(gòu)中預(yù)留絕對(duì)式磁柵編碼器的接口單元。啟動(dòng)模式根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)Table1.BootmodesBOOTmodeleelionipinsBootmodeAliasingBOOT1BOOTOX0MainFlashm^nnoryMainFlashmemoryisselectedasbootspace01Sy$l€!mmemorySystemm^nnoryiss^l@ctedbootspace11EmbeddedSHAMEmb^ddodSRAMis昧bootspace

在系統(tǒng)的默認(rèn)條件下，從主儲(chǔ)存器啟動(dòng)，即BOOT0引腳位低，這種情況適合系統(tǒng)通過(guò)仿真器調(diào)試時(shí)使用。這種啟動(dòng)模式也是默認(rèn)值。即在電路板中左部的BOOT0和BOOT1不連接任何短路冒。這樣設(shè)計(jì)的目的是要早工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合避免使用短路冒造成系統(tǒng)在震動(dòng)工況下不穩(wěn)定的情況。如圖1.1所示。??如??如(BOOTS圖1.1從主FLASH啟動(dòng)的默認(rèn)設(shè)置如果系統(tǒng)需要有在線更新功能，本主控板可以通過(guò)USART2，USBOTGFS對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新。這時(shí)，要將系統(tǒng)的啟動(dòng)模式設(shè)置為系統(tǒng)儲(chǔ)存器啟動(dòng)，即BOOT0短路冒連接。這方面的具體信息參考ST公司的“STM32F105xxandSTM32F107xxsystemmemorybootmode”。具體設(shè)置如表1.1所示表1.1系統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)置啟動(dòng)模式跳線設(shè)置主閃存啟動(dòng)BOOT0，BOOT1不連接任何短路冒系統(tǒng)儲(chǔ)存器啟動(dòng)BOOT0短路冒連接SRAM啟動(dòng)BOOT0，BOOT1使用短路冒短接系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)的NRST引腳（14腳）在低電平作用下復(fù)位整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)在EX2外部擴(kuò)展引腳上的4腳可以輸出RESET的復(fù)位信號(hào)、同時(shí)也可使系統(tǒng)在休眠的狀態(tài)下被喚醒。同時(shí)RESET同JTAG的15腳相連；還同網(wǎng)絡(luò)芯片88348的29腳相連。硬件連接圖如圖2.1所示圖2.1復(fù)位電路的連接

系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)于STM32F107來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)有兩個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè)是高速時(shí)鐘輸入，另一個(gè)是低速時(shí)鐘輸入。考慮到大多數(shù)系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)板只給出了高速時(shí)鐘輸入的時(shí)鐘入口。時(shí)鐘頻率位25Mhz。如果需要低速時(shí)鐘可以使用EX2外部擴(kuò)展引腳的5，6腳。時(shí)鐘頻率位32.768Khz。同時(shí)系統(tǒng)的67腳即PA8還可以向88348網(wǎng)絡(luò)芯片提供50Mhz的時(shí)鐘信號(hào)用于RMII通信。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信和USB接口使用stm32f107工控板提供了如圖3.1所示的以下解決方案。圖3.1圖3.1以太網(wǎng)和USB的時(shí)鐘電路解決方案。圖4.1JTAG連接示意圖rdTRHT圖4.1JTAG連接示意圖rdTRHTIJTDHJTCOirHSTlNiJTAG通過(guò)如下方式連接JTAG。如圖4.1所示。|a；inTRSTIH^RTCKI順n駢JII7FD&GRO電源供電部分系統(tǒng)使用5V電源供電，同時(shí)，再不焊接LM1117供電芯片的情況下也可以使用引出排針的3.3V進(jìn)行供電。所有的電源供電以及排針的引出在電路板上已經(jīng)清晰的表明四個(gè)定位孔同GND相連，當(dāng)使用銅柱同底層擴(kuò)展板連接時(shí)，可擴(kuò)大地線的范圍；當(dāng)需要連接柱帶電時(shí)，可以用塑料柱連接。推薦銅柱和塑料柱的高度位10mm.系統(tǒng)可由USB接口供電，無(wú)論USB口的控制信號(hào)PC9為何種狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)都可以通過(guò)USB為系統(tǒng)供電。但是當(dāng)PC9為高電平或者高阻狀態(tài)時(shí)電流只可以由外部USB口向系統(tǒng)，而當(dāng)PC9為低電平時(shí)，電流既可以從外部流入，也可從板子流出。所以，在系統(tǒng)使用其他供電形式并與計(jì)算機(jī)USB口相連接的情況下，要將PC9置為高阻態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)只使用USB口供電時(shí)PC9為何種狀態(tài)都可以。如果系統(tǒng)需要使用外部時(shí)鐘，比如在斷電的時(shí)候也保留部分寄存期的內(nèi)容，就需要將外部擴(kuò)展口EX2的8腳BAT引出同一塊電池相連。CAN總線部分CAN總線使用TI的CAN總線驅(qū)動(dòng)芯片SN65HVD230。這種芯片可以工作于三總模式：高速模式用于大多數(shù)工業(yè)場(chǎng)合；低功耗模式可以省電；斜率模式可以降低EMI。本系統(tǒng)只采用高速模式。高速模式的選擇需要將RS（pin8）拉低。在某些多機(jī)通信的場(chǎng)合，可能不需要120的負(fù)載電阻，這時(shí)，需要將位于電路板左上角標(biāo)記有120字樣旁邊的電阻焊下來(lái)。信號(hào)通過(guò)stm32f107的CAN1與這個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片相連，對(duì)于本電路板無(wú)需REMAP。連接引腳如表6.1所示。表6.1CAN總線連接表引腳管腳名功能名驅(qū)動(dòng)芯片連接管腳驅(qū)動(dòng)芯片管腳功能81PD0CAN1_RX4Receiveroutput82PD1CAN1_TX1Driverinput串口通信部分串口通信部分使用max3232作為電平轉(zhuǎn)換芯片其連接如圖7.1所示。表7.1RS232部分連接表引腳管腳名功能名（remap）驅(qū)動(dòng)芯片連接管腳驅(qū)動(dòng)芯片管腳功能84PD3USART2_CTS9ROUT285PD4USART2RTS10DIN286PD5USART2_TX11DIN187PD6USART2RX12ROUT1伺服軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Micrium發(fā)布的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-III，它的特性如下：搶先式多任務(wù)處理，無(wú)數(shù)目限制的任務(wù)及優(yōu)先級(jí)，時(shí)間片輪番調(diào)度法允許多任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)。搶先式多任務(wù)處理內(nèi)核uC/OS-III總是先運(yùn)行已就緒的最重要的任務(wù)。uC/OS-III可以支持不限數(shù)目的任務(wù)，并允許被監(jiān)視的任務(wù)在運(yùn)行時(shí)增加其棧的大小。uC/OS-III同時(shí)支持不限數(shù)目的任務(wù)優(yōu)先級(jí)。時(shí)間片論調(diào)度uC/OS-III允許多個(gè)任務(wù)運(yùn)行在同一個(gè)優(yōu)先級(jí)上，每個(gè)任務(wù)都擁有一個(gè)用戶(hù)指定的運(yùn)行時(shí)間周期。每個(gè)任務(wù)都可以被指定其自己的時(shí)間量，并且當(dāng)不需要其全部的時(shí)間量的時(shí)候，任務(wù)可以放棄其擁有的時(shí)間片。uC/OS-III同時(shí)支持不限數(shù)目的內(nèi)核事件，如任務(wù)、信號(hào)量、互斥體、事件標(biāo)志、消息隊(duì)列、計(jì)時(shí)器和內(nèi)存分配等。uC/OS-III通常在運(yùn)行時(shí)是可配置的。幾乎為零的中斷禁止時(shí)間uC/OS-III擁有大量的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體和變量需要被訪問(wèn)。對(duì)這些關(guān)鍵區(qū)域的保護(hù)是通過(guò)鎖定調(diào)度程序而不是關(guān)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。中斷幾乎只被禁止了零時(shí)鐘周期，這保證了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以對(duì)那些最快的中斷做出響應(yīng)。綜上所述，相對(duì)于uC/OS-II，uC/OS-III對(duì)提高伺服系統(tǒng)的相應(yīng)速度與可擴(kuò)展性有重大的意義。PID算法設(shè)計(jì)思路

PID濾波器ANDClampingcircuitPID濾波器C語(yǔ)言代碼doublertwdemo_rtwecintro_step(real_Trtb_IntegralGain){/*localblocki/ovariables*/real_Trtb_PulseGeneratorB;doublePWM_Set;{real_Trtb_Sum;real_Trtb_Saturation;real_Trtb_FilterCoefficient;/*DiscreteIntegrator:'<S1>/Integrator'*/if((rtb_PulseGeneratorB>0.0)&&(rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState<=0)){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE=127.0;}/*DiscreteIntegrator:'<S1>/Filter'*/if((rtb_PulseGeneratorB>0.0)&&(rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState<=0)){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE=0.0;}/*Gain:'<S1>/FilterCoefficient'incorporates:Gain:'<S1>/DerivativeGain'Sum:'<S1>/SumD'*/rtb_FilterCoefficient=(0.0005*rtb_IntegralGain-rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE)*100.0;/*Sum:'<S1>/Sum'incorporates:Gain:'<S1>/ProportionalGain'*/rtb_Sum=(0.15*rtb_IntegralGain+rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE)+rtb_FilterCoefficient;/*Saturate:'<S1>/Saturation'*/rtb_Saturation=rt_SATURATE(rtb_Sum,6.0,250.0);/*Outport:'<Root>/Output'*/rtwdemo_rtwecintro_Y.Output=rtb_Saturation;/*Gain:'<S1>/IntegralGain'*/rtb_IntegralGain*=0.2;if((rtb_Sum!=rtb_Saturation)&&(rt_SIGNd(rtb_Sum)==rt_SIGNd(rtb_IntegralGain))){rtb_IntegralGain=0.0;}/*UpdateforDiscreteIntegrator:'<S1>/Integrator'*/rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE=0.005*rtb_IntegralGain+rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_DSTATE;if(rtb_PulseGeneratorB>0.0){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=1;}elseif(rtb_PulseGeneratorB<0.0){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=-1;}else{rtwdemo_rtwecintro_DWork.Integrator_PrevResetState=0;}/*UpdateforDiscreteIntegrator:'<S1>/Filter'*/rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE=0.005*rtb_FilterCoefficient+rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_DSTATE;if(rtb_PulseGeneratorB>0.0){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=1;}elseif(rtb_PulseGeneratorB<0.0){rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=-1;}else{rtwdemo_rtwecintro_DWork.Filter_PrevResetState=0;}}PWM_Set=rtwdemo_rtwecintro_YOutput;returnPWM_Set;}系統(tǒng)通信部分軟件設(shè)計(jì)1代表電機(jī)使能0代表電機(jī)禁止1：限位開(kāi)關(guān)功能使能0：限位開(kāi)關(guān)功能禁止1代表電機(jī)使能0代表電機(jī)禁止1：限位開(kāi)關(guān)功能使能0：限位開(kāi)關(guān)功能禁止下位機(jī)與上位機(jī)的通信第一幀第二幀第三幀第四幀您*將坦罟BCD碼形式的數(shù)據(jù)0b00000011：數(shù)據(jù)瞧表位置II范圍：A9"9II第