SC的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)

1、個人資料整理 僅限學習使用1 / 6基于 S3C2410 的直流電機 PWM 調(diào)速系統(tǒng)發(fā)布日期：2008-05-28 作者:鄒中華，吳陳，曾慶軍來源:微計算機信息摘 要:本文介紹了一種基于 S3C2410 微控制器的直流電機調(diào)速系 統(tǒng)。文章在介紹 PWM 調(diào)速原理的基礎上詳細說明了S3C2410 的PWM 發(fā)生器的結構特點及其使用方法。并給出了實現(xiàn)調(diào)速的核心代 碼及調(diào)速系統(tǒng)的總體設計。關鍵詞：S3C2410； PWM ；調(diào)速0 引言PWM(Pulse-Width Modulation是脈寬調(diào)制技術的簡稱。PWM 控制技術以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術廣泛 應用的控制方式

2、，也為高性能的直流電機數(shù)字化控制提供了基礎。1 PWM 調(diào)速原理晶體管開關器件的導通時間也被稱為導通角，通過控制晶體管的開通與關斷時間來改變導通角的大小，就可以調(diào)節(jié)加在負載上的平均電壓的大小，以實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速，這就是PWM 變速控制技術的基本原理，如圖一所示。調(diào)速控制常通過調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法來實由圏一可卸，電動機兩端得到的電壓平均值嘰可用下式表示為:U =U aU(1)T嚴 無憂電子開發(fā)網(wǎng)ww,耳丄0.式中開關每次接通的時間J個人資料整理 僅限學習使用2 / 6T-開關通斷的時間周期，a-占空比。由 Q 式可見，改孌P咖脈沖的占空比，電動機兩端的電壓平均值也隨之改變，從 而電動機的轉速得

3、到了控制。2 S3C2410 的 PWM 發(fā)生器2.1 PWM 發(fā)生器的結構和計時原理 用分立器件組成 PWM 電路一般來說需要如下幾個部分：三角波產(chǎn)生 電路、脈沖調(diào)制電路、PWM 信號延遲及分配電路。S3C2410 做為一款功能強大的微處理器，其內(nèi)部已經(jīng)集成了包含上述三個部分的 PWM 發(fā)生器，只要對相關寄存器進行簡單的設置，就可以產(chǎn)生需要 的 PWM 信號。S3C2410 的定時/計數(shù)器 03 都具有 PWM 輸出功能， 以定時/計數(shù)器 0 為例說明。時鐘信號 PCLK 經(jīng)過可編程的 8 位預分頻器和時鐘除法 器分頻后，驅(qū)動定時器內(nèi)的邏輯控制器進行工作。邏輯控制器的核 心，是一個 16 位

4、的減法計數(shù)器。我們可以賦于計數(shù)緩沖寄存器(TCNTB0和比較緩沖寄存器 (TCMPB0不同的初始值，當定時器使能時，這兩個寄存器中的數(shù)據(jù) 將被分別載入到減法計數(shù)器(TCNT0和比較寄存器(TCMP0。計數(shù)緩 沖寄存器和比較緩沖寄存器的設計思想在S3C2410 中被稱為 雙緩沖”它的優(yōu)點是在頻率或占空比改變時，定時器仍然能產(chǎn)生穩(wěn)定的輸 出。計時過程如下：從 PCLK 過來的時鐘信號到達邏輯控制器時，減法計 數(shù)器的值自動減 1,當減法計數(shù)器的值為 0 時，定時器會向 CPU 發(fā)送 中斷請求，一輪計時操作完成。在自動裝載模式下，計數(shù)緩沖寄存器 中的初始值會由硬件控制自動載入減法計數(shù)器，進行下一輪的計

5、時操 作。個人資料整理 僅限學習使用3 / 62. 2 PWM 發(fā)生器的原理比較緩沖寄存器（TCMPBO中設定的初值是用來產(chǎn)生 PWM 信號的.信 號的產(chǎn)生規(guī)則是：每當 TCNT0 的值和 TCMP0 的值相等時，定時器的 輸出邏輯電平翻轉。PWM 脈沖頻率由 TCNT0 決定，而脈沖寬度由 TCMP0 決定。TCMP0的值越大，PWM 脈沖的占空比越大，也即平均 輸出電壓越大，反之亦然。2. 3 死區(qū)（Dead Zone發(fā)生器為了能夠控制較大功率的設備，PWM 發(fā)生器中還集成了死區(qū)發(fā)生器。這一特性用于在開關設備的斷開和另一個開關設備的閉合之間插 入一個時間缺口，使它們不會處于同時閉合的狀態(tài)。

6、如圖2 所示:TOUTOT0UT1TOUTOT0UT1圖 2 死區(qū)發(fā)生器的保護作用已知 TOUT0 是定時器 0 的 PWM 輸出引腳，而 TOUT1 是 TOUT 信號的反相輸出引腳，如果開啟了死區(qū)發(fā)生器功能，那么TOUT0 和TOUT1 的輸出波形就不可能同時為高電平了，這樣就有效的防止了開 關設備同時閉合時的輸出短路情況。3 PWM 發(fā)生器程序PWM 發(fā)生器的寄存器配置和控制過程如下:/定義死區(qū)寬度和預標定值#define PRE_SCALER0 (2 #define DEAD_ZONE (20 /和定時控制有關的宏定義#define START_TIMER0 (1 #define UP

7、DATE_CFG (1 #define AUTO_RELOAD (1 fl d死區(qū)間隔VW.com個人資料整理 僅限學習使用4 / 6#define ENABLE_DEADZONE (1 /定時緩沖器初值 1024，電機調(diào)速步長 2/可進行 1024/2 = 512 級調(diào)速#define MOTOR_COUNT (1024#define MOTOR_STEP (1/用來控制轉速的靜態(tài)變量static int nSpeed =0。/*初始化 PWM 發(fā)生器*/void lnitPWM(/* TOUT0 對應著 GPB0，TOUT1 對應著 GPB1，因此初始化GPB0/1 為第二功能端口 */r

8、GPBCON = rGPBCON & 0 x3FFFF0 | 0 xA。/*死區(qū)為 24 個計時單位，預分頻器設置為0，時鐘除法器和 MUX分配器取默認值*/rTCFG0 = DEAD_ZONE | PRE_SCALER0 。/*設置計數(shù)緩沖寄存器初值、比較緩沖寄存器初值*/rTCNTB0 = MOTOR_COUNT 。rTCMPB0 = MOTOR_STEP * nSpeed。/*計時器 0 停止，更新配置*/rTCON = ( START_TIMER0 | UPDATE_CFG 。/*使能死區(qū)發(fā)生器，進入自動裝載模式，計時器0 啟動*/rTCON = NABLE_DEADZONE

9、| AUTO_RELOAD | START_TIMER0。這樣，TOUT0 和 TOUT1 引腳上就會輸出帶有死區(qū)的 PWM 波形。通 過控制變量 nSpeed 的值，就可以調(diào)節(jié) PWM 的占空比，從而調(diào)節(jié)了電 機的轉速。4 調(diào)速系統(tǒng)總體設計個人資料整理 僅限學習使用5 / 6系統(tǒng)由 S3C2410 系統(tǒng)板、光耦、光電編碼器、功率驅(qū)動電路和直流電機組成，如圖 3 所示。無憂電1直流ww. 51電機央TCP/IP24101.1控 j系統(tǒng)板功率rS光耦驅(qū)動圖 3 調(diào)速系統(tǒng)結構框圖S3C2410 作為主控制器，通過 TCP/IP 協(xié)議和中央控制室通信，負責接 收控制命令和報告系統(tǒng)狀態(tài)。S3C2410

10、 的定時器 0 做為 PWM 發(fā)生器，光耦用于光電隔離，有效的抑制了后向通道的干擾，功率驅(qū)動電 路提供給電機“ H 橋式驅(qū)動，光電編碼器將采樣到的電機轉速轉化為 數(shù)字信號，反饋給 S3C2410,用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。為減小誤差，程序 中應該對光電編碼器傳來的電機轉速數(shù)據(jù)進行均值濾波處理。5 結束語使用 S3C2410 的 PWM 發(fā)生器對小型直流電機的轉速進行控制，電路 簡單，使用方便，并可以由軟件實現(xiàn)靈活的控制算法以提高系統(tǒng)性 能。S3C2410 內(nèi)建的強大通訊和 I/O 功能使得只需加入少量電路即可 以方便的和外界以TCP/IP、無線射頻、串口等方式通訊并加以LCD顯示，使控制更加便利和可靠。參考文獻：1 李志寧，張英堂.PLC 中 PWM 功能模塊的應用研究J.微計算機 信息，2006(25 : 42-45.2 于明.ARM9 嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)教程M.北京：電子工業(yè)出版社,2006.3 周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程M.北京:北京航空航天大學出 版社,2004.4 呂達昱，竺長安.一種利用