1、DSP應用技術課程設計報告那力/學 寧波理工學院DSP應用技術仿真大作業報告題 目模擬信號波形控制直流電機轉速項目成員 專業班級 自動化指導教師學 院 信息科學與工程學院完成日期 2015年6月目錄一、 課程設計目的 3二、課程設計描述及設備 32.1 課程設計題目描述 32.2 實驗設備 3三、課程設計相關實驗原理 33.1 模數轉換實驗原理（AD 33.1.1 TMS320F2812A芯片自帶模數轉換模塊特性 33.1.2 模數模塊介紹 33.1.3 模數轉換的程序控制 43.2 模數轉換實驗流程圖 43.3 綜合數字信號源連接 43.4 直流電機實驗原理 53.4.1 直流電機控制 63

2、.4.2 PWM調壓調速原理 63.4.3 PWM調速方法： 63.5 定時器的原理 73.5.1 通用定時器介紹及其控制方法 73.5.2 中斷響應過程 73.5.3 中斷類別 83.5.4 定時中斷流程圖： 8四、DSF現原理圖和 PCB線 94.1 ICETEK-F2812-A 器件分布圖 94.2 數字信號控制直流電機轉速原理圖和 PCB布線圖 9五、實驗結果 11六、 心得體會 11七、參考文獻 11八、附錄程序代碼 12數字信號波形控制直流電機轉速一、課程設計目的通過本學期對TMS320F2812 DS而用技術課程的學習，在 DSP論學習 和做實驗中都有所了解收獲。以兩個人小組合作

3、的方式通過本課程設計，將本學 期做過的實驗“ A郎換控制”和“直流電機控制”相結合，想實現通過改變輸 入信號波形的幅值來控制直流電機轉速的大小。主要是在學期末對本學期課程的學習檢驗和學習能力的考察。二、課程設計描述及設備2.1 課程設計題目描述我們的設計目標類似于學校教室的電風扇旋鈕設計，通過旋鈕逐漸增大或減 小電扇電機的轉速，實現實現思路是通過DSP教學試驗箱自帶的信號波形發生器，通過AD采集產生可調節的不同幅度的波形，將輸出隨波形變化的信用來設 定控制直流電機PWMB號的占空比，從而實現可調占空比控制直流電機速度快 慢。2.2 實驗設備計算機，ICETEK-F2812-A 實驗箱（或ICE

4、TEK 仿真器+ICETEK - F2812-A系統板+ 相關連線及電源）。三、課程設計相關實驗原理3.1 模數轉換實驗原理（AD3.1.1 TMS320F2812A芯片自帶模數轉換模塊特性- 12位模數轉換模塊 ADC快速轉換時間運行在 25mhz, ADC時鐘或12.5MSPS -16個模擬輸入通道（AIN0AIN15）。- 內置雙采樣-保持器- 采樣幅度：0-3v,切記輸入ad的信號不要超過這個范圍，否則會燒壞2812芯 片的。3.1.2 模數模塊介紹ADC模塊有16個通道，可配置為兩個獨立的8通道模塊以方便為事件管理器 A 和B服務。兩個獨立的8通道模塊可以級連組成16通道模塊。雖然有

5、多個輸入 通道和兩個序列器，但在 ADC內部只有一個轉換器，同一時刻只有 1路ad進 行轉換數據。3.1.3 模數轉換的程序控制模數轉換相對于計算機來說是一個較為緩慢的過程。一般采用中斷方式啟動轉換 或保存結果，這樣在CPU忙于其他工作時可以少占用處理時間。設計轉換程序 應首先考慮處理過程如何與模數轉換的時間相匹配，根據實際需要選擇適當的觸發轉換的手段，也要能及時地保存結果。3.2 模數轉換實驗流程圖開始初始化CPU時鐘、AD 采樣時鐘啟動AD0和AD1通道采集中斷中對 AD0和AD1 通道采集數據依次存入 緩沖區 Voltage1Voltage2圖3.1模數轉換實驗流程圖3.3 綜合數字信號

6、源連接用1根信號線連接實驗箱左側信號源的波形輸出A端口和“A/D輸入”模塊的“ADCIN。插座注意插頭要插牢、到底。這樣，信號源波形輸出 A的輸 出波形即可送到ICETEK F2812-A板的AD輸入通道0。我們用信號連接線將信號源上的波形輸出A與芯片AD輸入模塊的ADCINCffi連，實現信號源與模塊芯片F2812的AD輸入通道0相連波形我們選擇了矩形波，頻率選擇了 10-100H乙選擇菜單“VIEW , GRAPH, TIME/FREQUENCY進行如下調節：正歸波口 n*波形輸出AIK-lOKHzY正弦波 匕沈出頻率選擇幅我調整波咫頻率選= Jinir tw a2*aju iv-intH

7、i . 104-IRIk .77* I d Li I 1 JOKIh . rin e aa | 琳 1a11 n“， 雷 3tilt的aIL . Mir WK litX-R 薩齊 It AV）（r） J FS （riaph Frupccty DiploeDi splt.y TyjieSingle Tin*AGraph TitleStvr （ Addx wks p*Voltage!Vol I * 1. Iki.lequi siti on Buffer Size120tnd春x IikcremszitQis1Pl.y D&Ial Sife11261r 一 -一 - . ._ “. 11 DSP 口

8、量ta. Type16-it ignwd LEitE弓!TQ-value-Sampling. E&l總 帆工）Plot l!at. FrU1Lef t to Ri gjittied 2亂1* DisplayIts OnDC0Ajces B i s pl ayTiik Dixplt,y UnitOxiiVOK 皿.|Kdp一, 璃4刎新，r 仃叩cftm e圖3.2綜合數字信號源3.4 直流電機實驗原理3.4.1 直流電機控制直流電動機是最早出現的電動機，也是最早能實現調速的電動機。近年來， 直流電動機的結構和控制方式都發生了很大的變化。隨著計算機進入控制領域， 以及新型的電力電子功率元器件的不

9、斷出現， 使采用全控型的開關功率元件進行 脈寬調制（Puls Width Modulation,簡稱PWM）控制方式已成為絕對主流。3.4.2 PWM調壓調速原理直流電動機轉速n的表達式為：U IR n K其中，U為電樞端電壓；I為電樞電流；R為電樞電路總電阻；為每極磁通 量；K為電動機結構參數。所以直流電動機的轉速控制方法可分為兩類： 對勵磁磁通進行控制的勵磁控制 法和對電樞電壓進行控制的電樞控制法。 其中勵磁控制法在低速時受磁極飽和的 限制，在高速時受換向火花和換向器結構強度的限制，并且勵磁線圈電感較大， 動態響應較差，所以這種控制方法用得很少。現在，大多數應用場合都使用電樞 控制法。絕大

10、多數直流電機采用開關驅動方式。 開關驅動方式是使半導體功率器 件工作在開關狀態，通過脈寬調制 PW味控制電動機電樞電壓，實現調速。3.4.3 PWM調速方法：在PWM調速時，占空比a是一個重要參數。以下 3種方法都可以改變占空 比的值：（1）定寬調頻法：這種方法是保持t1不變，只改變t2,這樣使周期T（或 頻率）也隨之改變。（2）調寬調頻法：這種方法是保持t2不變，只改變t1 ,這樣 使周期T（或頻率）也隨之改變。（3）定頻調寬法：這種方法是使周期 T（或頻率） 保持不變，而改變t1和t2。前兩種方法由于在調速時改變了控制脈沖的周期 （或 頻率），當控制脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時，將會引

11、起震蕩，因此這兩 種方法用得很少。目前，在直流電動機的控制中，主要使用定頻調寬法。本課程 設計當中也相當于采用定頻調寬法。程序中采用定時器中斷產生固定頻率的 PWMt在每個中斷中根據當前占空比判 斷應輸出波形的高低電平。ADCt的值賦給設置直流電機PWMJ占空比的變量uNwhile (1)LoopCount+;uN=Voltage1ConversionCount;StopCpuTimer0();CTRGR=0;3.5 定時器的原理3.5.1 通用定時器介紹及其控制方法TMS320F281陰部有3個32位的通用定時器(Timer0/1/2 ),這3個定時器具有完全相同的控制結構，其中 Timer

12、1和Timer2被保留給DSP BIOS或實時操作系統(RTOS),只有定時器0可以提供給用戶使用，具結構如下圖所示。I rJ-r；IMIHI 1*1：INIfife圖3.3定時器結構圖3.5.2 中斷響應過程a.接受中斷請求。必須由軟件中斷(從程序代碼)或硬件中斷(從一個引腳或一個基于芯片的設備)提出請求去暫停當前主程序的執行。b.響應中斷。必須能夠響應中斷請求。如果中斷是可屏蔽的，則必須滿足一定的條件，按照一定的順序去執行。而對于非可屏蔽中斷和軟件中斷，會立即作出 響應。c.準備執行中斷服務程序并保存寄存器的值。d.執行中斷服務子程序。調用相應得中斷服務程序ISR,進入預先規定的向量地址，

13、并且執行已寫好的ISR3.5.3 中斷類別可屏蔽中斷：這些中斷可以用軟件加以屏蔽或解除屏蔽。不可屏蔽中斷：這些中斷不能夠被屏蔽，將立即響應該類中斷并轉入相應的子程序去執行。所有軟件調用的中斷都屬于該類中斷。若處理器采用30MHz勺外部時鐘，經過鎖相環10/2倍頻后，系統的工作時鐘在 150MHz 一旦定時器被使能，定時器時鐘通過預定標計數器(PSCH PSC)!減計數，預定標計數器產生下溢后項定時器的 32位計數器(TIMH: TIM)借位。最后當 定時器計數器(TIMH: TIM)產生溢出使定時器向CPU送中斷。定時器中斷結構 如下圖所示：r I hi ruTwroivrisrTi 1第8頁

14、共22頁內幃IM14圖3.4定時器中斷結構圖3.5.4 定時中斷流程圖:DSP應用技術課程設計報告四、DS現原理圖和PCBW線4.1 ICETEK-F2812-A 器件分布圖ICETEK-F2812-A 器件分布圖如圖4.1 ,本課程設計中應用了 DSPF2812E片JTA6TWIS3Z0F2S12PGFA工 imiiiJCETEK-F2812-ACPU圖4.1 ICETEK - F2812-A 器件分布圖4.2 數字信號控制直流電機轉速原理圖和PCB布線圖我們利用 ALTIUM DESIGENER計了數字信號控制直流電機轉速原理圖第9頁共22頁DSP應用技術課程設計報告如圖4.2和數字信號控

15、制直流電機轉速 PCB布線圖如圖4.3三lw=三1三 H 三 1=_圖4.2數字信號控制直流電機轉速原理圖圖4.3數字信號控制直流電機轉速PCB布線圖第21頁共22頁五、實驗結果最后我們通過程序設置調節改變 ADC 俞入的波形或者傳感器上采集到的模擬 電壓值，實現了調節信號發生器上的幅值調節旋鈕來控制直流電機轉速的控制， 并且可以通過示波器觀察到幅值的變化情況。六、心得體會DSP應用技術是一門實踐性都強的專業課，主要都是通過實驗在教學實驗中 掌握知識，只有通過不斷的編程、仿真才能增強對軟件方面的熟悉應用。本文采用TI公司推出的TMS320F2812芯片作為直流電機控制系統的控制核 心，依據該芯

16、片特點、PWM調壓調速原理，結合模數轉換實驗和直流電機控制 實驗,搭建了基于DSP的直流電機調速系統的實驗平臺，并在此基礎上完成了系 統的軟、硬件設計，實現了通過調節波形的幅值來改變直流電機的調速功能。由于整個電機控制所需的各種功能都是由 DSP來實現的，因此，大幅度地減小了目 標系統的體積，減少了外部元器件的個數，使得整個系統結構更加簡單，功能更 強，可靠性更高。這次的課程設計跟我們以前做的實驗不同，因為之前的實驗只需要照著書上 操作，這次是真真正正的兩個人合作共同完成。因為本課程設計要求跟書上有所 不同，這樣我們就必須要結合以前學習的知識， 選擇一個主題加以設計編程，弄 懂實驗的原理。在實

17、踐中深深體會到哲學上理論對實踐的指導作用：弄懂實驗原 理，而且體會到了實驗的操作能力是靠自己親自動手，親自開動腦筋，親自去請教別人才能得到提高的。本次課程設計中遇到的最大的難題是編程不會編， 平時 習慣的照著書上做，對編程部分練習少，這次需要自己設計自己編程，稍微有點 程序改動就錯誤很多，導致了本次課程設計用時較多。七、參考文獻1徐科軍，陳志輝，傅大豐TMS320F281DSP應用技術M,北京：科學出版社，2010年2鮑建宇，裘君DSP原理及應用乙一實驗指導書M,浙江：浙江大學寧波理工學院自動化與電氣工程研究所，2015年3ICETEK-F2812-A教學實驗指導書M,北京：瑞泰創新4蘇奎峰，

18、呂強，耿慶峰TMS320F2812原理與開發M.北京：電子工業出版,2006年八、附錄程序代碼源代碼：#include DSP281x_Device.h/ DSP281x Headerfile Include File 頭文件定義#include DSP281x_Examples.h/ DSP281x Examples Include Fileinterrupt void adc_isr(void);/ Prototype statements for functions found within this errupt void cpu_timer0_isr(void);vo

19、id Delay(unsigned int nTime);void Gpio_select(void);void error(int);void program_stop();void Gpio_PortA(void);void Gpio_PortB(void);void Gpio_PortF(void);void Gpio_PortDEG(void);char ConvertScanToChar(unsigned char cScanCode);void RefreshLEDArray();/ 刷新顯示void SetLEDArray(int nNumber); / 修改顯示內容#defin

20、e T46uS 0x0d40#define CTRGR *(int *)0x108000#define CTRLCDCMDR *(int *)0x108001#define CTRKEY *(int *)0x108001#define CTRLCDCR *(int *)0x108002#define CTRCLKEY *(int *)0x108002#define CTRLCDLCR *(int *)0x108003#define CTRLCDRCR *(int *)0x108004#define CTRLA *(int *)0x108005#define CTRLR *(int *)0x10

21、8007Uint16 var1 = 0;Uint16 var2 = 0;Uint16 var3 = 0;Uint16 test_count = 0;Uint16 Test_flag = 0;Uint16 Test_var = 0;Uint16 Test_status32;Uint16 LoopCount;Uint16 ConversionCount;Uint16 Voltage11024;Uint16 Voltage21024;Uint16 PASS_flag = 0;unsigned int uWork;int jishu=0; 定義變量unsigned int uWork,nCount=0

22、,uN,uN1,nCount1,nDir;unsigned int uPort8000;unsigned int nScreenBuffer1024;unsigned char ledbuf8,ledx8;void main(void) / 主函數char cKey,cOldKey;unsigned int nScanCode,nKeyCode;unsigned int nSpeed;InitSysCtrl();系統初始化，PLL時鐘頻率為150HzDINT; /關閉中斷，清除中斷標志InitPieCtrl(); /初始化PIE控制寄存器StopCpuTimer0();IER = 0x0000

23、; /關閉外設中斷IFR = 0x0000; /清除中斷標志InitPieVectTable();EALLOW;PieVectTable.ADCINT = &adc_isr; /將中斷程序首地址放入中斷向量PieVectTable.TINT0 = &cpu_timer0_isr;EDIS;/關閉寄存器AdcRegs.ADCTRL1.bit.RESET = 1;asm( RPT #10 | NOP);AdcRegs.ADCTRL3.all = 0x00C8;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCBGRFDN = 0x3;AdcRegs.ADCTRL3.bit.ADCPWDN = 1;Pi

24、eCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx6 = 1;CpuTimer0.RegsAddr = &CpuTimer0Regs; 定時器、控制寄存器設置CpuTimer0Regs.PRD.all = 0x3000;CpuTimer0Regs.TPR.all = 0;CpuTimer0Regs.TIM.all = 0;CpuTimer0Regs.TPRH.all = 0;CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1;CpuTimer0Regs.TCR.bit.SOFT = 1;CpuTimer0Regs.TCR.bit.FREE = 1;CpuTimer0Regs.TCR.

25、bit.TRB = 1;CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIE = 1;CpuTimer0.InterruptCount = 0;IER |= M_INT1; 對應的 CPU 中斷PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;EINT; 使能ERTM;CTRGR=0x80; / 初始化 ICETEK-CTRCTRGR=0x0;CTRGR=0x80;CTRLR=0;/關閉東西方向的交通燈CTRLR=0x40; /關閉南北方向的交通燈CTRLR=0xC0;CTRGR=0x81;LoopCount = 0;ConversionCount = 0;AdcRegs.AD

26、CMAXCONV.all = 0x0001;/ Setup 2 convs on SEQ1AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV00 = 0x0; / Setup ADCINA3 as 1st SEQ1 conv.AdcRegs.ADCCHSELSEQ1.bit.CONV01 = 0x1; / Setup ADCINA2 as 2nd SEQ1 conv.AdcRegs.ADCTRL2.bit.EVA_SOC_SEQ1 = 1 Enable EVASOC to start SEQ1AdcRegs.ADCTRL2.bit.INT_ENA_SEQ1 = 1; / Enable

27、SEQ1 interrupt (every EOS)EvaRegs.T1CMPR = 0x0080;/ Setup T1 compare valueEvaRegs.T1PR = 0x10;/ Setup period registerEvaRegs.GPTCONA.bit.T1TOADC = 1;/ Enable EVASOC in EVAEvaRegs.T1CON.all = 0x1042;/ Enable timer 1 compare (upcount mode)uPort8000=CTRCLKEY;Gpio_PortA();Gpio_PortB();nSpeed=T46uS;uN=60; nCount=nCount1=0; nDir=0; cKey=cOldKey=0;初始化，轉速設為 60StartCpuTimer0(); / 啟動定時器while (1)LoopCount+;uN=Voltage1ConversionCount; /uN 設置為直流電機轉速StopCpuTimer0();CTRGR=0;interrupt void cpu_timer0_isr(void)CpuTimer0.InterruptCount+;/ Acknowledge this i