基于ARM的直流電機驅動程序設計

1、word 嵌入式系統(tǒng)原理及應用 課程設計報告課程設計題目：基于ARM的直流電機驅動程序設計專 業(yè) 班 級： 通信工程2班姓 名： 李晨曦學 號 : 631206040221指 導 教 師： 閆果完 成 日 期 : 2022年7月1日一、系統(tǒng)設計要求(1 設計一個基于ARM系統(tǒng)的直流電機系統(tǒng)，要求實現(xiàn)電機的正轉和反轉功能，并且電機速度可調整。(2 要求實現(xiàn)死區(qū)功能，即防止兩個開關同時處于開啟狀態(tài)。二、設計思路本設計中通過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，轉換為模擬信號，作為直流電機的電壓供應。 電機速度可調整是通過ARM引腳的GPIO功能來實現(xiàn)，將引腳設為

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輸出量的調整，更改DA轉換器的數(shù)字量，從而更改直流電機兩端的電壓值，實現(xiàn)加速減速。死區(qū)功能的實現(xiàn)是通過程序，設定當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)行加速的調整方式，來防止檢測到兩個開關同時處于開啟狀態(tài)。三、詳細設計一芯片選型本設計中，硬件上ARM芯片選用LPC2106款。再選用D/A轉換集成芯片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，支持實時跟蹤，RealMonitor模塊支持實時調試。標準ARM測試/調試接口，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制解調器接口，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6路輸出的PWM單元，實時時鐘，看門狗定時器，通用I/O口，CPU操作頻率可達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，外設功能可單獨使能/禁止，實現(xiàn)功耗最優(yōu)化，片內晶振的操作頻率范圍：10MHz25MHz，片內PLL允許CPU以最大速度運行，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、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。應用電路圖編輯采用DAC0832實現(xiàn)D/A轉換。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,芯片內部有反響電阻.Vcc:電源輸入線 (+5v+15v)Vref:基準電壓輸入線 (-10v+10v)AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比擬好.3 D/A轉

6、換器DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉換器。如圖4-82所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡、模擬開關、運算放大器和參考電壓VREF四大局部組成。一個8位D/A轉換器有8個輸入端其中每個輸入端是8位二進制數(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。二電機選型直流電機direct current machine是指能將直流電能轉換成機械能直流電動機或將機械能轉換成直流電能直流發(fā)電機的旋轉電機。它是能實現(xiàn)

7、直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產(chǎn)生的交變電動勢轉換為正、負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。本設計選用的直流電機是KRPM，即千轉每分鐘。三電路連接1ARM芯片與DAC 0832轉換器連接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、，使用運算放大器，將電流輸出轉換為電壓輸出。當數(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 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轉換。因此，當數(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轉換器進行D/A 轉換，此電路為異步輸出結構方式。 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轉換器的電流輸出。DAC 0832 內部沒有參考電壓，8 腳VREF 單獨接參考電壓也行，直接接5V 也行，但應8 腳接負的參考電壓，輸出為正電壓。8 腳接正的參考電壓，輸出為負電壓。本設計將8腳VREF直接接了+5V，故輸出為負電壓。2DAC 0832轉換器與運算放大器連接在連接輸出與運

10、算放大器時，運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“+號標出。也分別被稱為倒向輸入端、非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在“-端和公共端公共端是電壓為零的點，它相當于電路中的參考結點。之間，且其實際方向從“-端高于公共端時，輸出電壓U實際方向那么自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。故本設計中，將運算放大器的“+接地，DAC轉換器輸出的負電壓加在運算放大器的“-端和公共端。3運算放大器連接直流電機圖2將運算放大器的輸出端連接到直流電機上，另一端接地。輸出電壓為負。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、P0.22兩口進行掃描，對輸出進行控制。當兩輸入口其中一個為高電平時，對輸出的數(shù)字量進行更改。需存儲當前速度量，對速度進行判斷，得到速度已到達最大或最小的情況。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。當檢測到加速鍵連接的輸入引腳被置為一次高電平時，將當前速度量加一個十六進制位的輸出，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。當減速鍵的輸入口檢測到一次高電平時，將當前速度量減一個十六進制位，也就是將當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轉換器的數(shù)字量為3FH，進行DA轉換后，加到直流電機兩端的電壓加大，直流電機的轉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轉換器的數(shù)字量為01H，進行DA轉換后，加到直流電機兩端的電壓減小為，直流電機的轉速開始減小。五、關鍵程序代碼六、總結本次實驗參照以前做過的基于8051的控制直流電機轉動的實驗改造完成。在改造過程中，將CPU 單片機8051換成了ARM芯片 LPC 2106，然后將DA轉換器DAC 0832 連接到ARM上。在實驗過程中，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，運行提示電源電壓錯誤，查閱資料得知是未設定電源范圍，于是通過“設定電源電壓，將3.3V和1.8V電壓添加到電源網(wǎng)絡，對應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)絡的問題，我疑心是電源電壓選擇了沒應用上，就采用直接在電源標簽上寫+3.3V、+1.8V的方式終于設置成功，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，就成功進入了if語句的語句體。設置ARM輸出引腳的值時，忘記了IOxSET、IOxCLR是針對每一位引腳來設置的，所以程序修改了很多遍，后面才想起0x00000000的二進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0值的，改正了這個錯誤后，程序得以成功運行。