ti套件第8章電機驅(qū)動模塊

1、第8章電機驅(qū)動模塊杭州2014 年 11 月- 1 -申明杭州保留隨時對其產(chǎn)品進行修正、改進和完善的權(quán)利，同時也保留在不作任何通告的情況下，終止其任何一款產(chǎn)品的供應(yīng)的權(quán)利。用戶在下訂單前應(yīng)及時獲取相關(guān)信息的版本，并驗證這些信息是當前的和完整的。可通過如下方式獲取資料和技術(shù)支持：技術(shù)話：技術(shù)支持郵箱：產(chǎn)品&資料中心：ht/products/forum.互動：ht/公司地址：浙江省杭州市西湖區(qū)留和路16號新峰商務(wù)樓B306- 2 -第8章電機驅(qū)動模塊- 1 - 2 -34程序啟動液晶初始化主程序中斷響應(yīng)6滾輪初始化中斷點中斷返回主程序1初始化圖x、直流電機模塊中斷響應(yīng)2定時器Timer3初始化33

2、部分端口初始化4是4程序終止5圖x、直流電機模塊流程圖1625電機運轉(zhuǎn)后，電機軸上的帶齒葉輪片會不斷的穿過一對光耦對管。產(chǎn)生的高低電平變換的信號，由TIVA LaunchPad上的PB2口外部中斷獲得。通過計算中斷響應(yīng)周期可以測算出電機的轉(zhuǎn)速并顯示在LCD上。定時器Timer3A中斷初始化為4個上升沿信號觸發(fā)一次即正好電機葉輪轉(zhuǎn)動了一圈。 后兩次中斷時都 一次SysTickValue，兩次差值便是葉輪旋轉(zhuǎn)一周的周期值。根據(jù)TIVA主頻可獲得電機的轉(zhuǎn)速。初始化TIVA LaunchPad的PB4口輸出一個頻率20KHz的信號用于驅(qū)動直流空心杯電機。滾輪的位置通過電壓ADC采樣傳輸?shù)絋IVA中，根

3、據(jù)滾輪的ADC采樣值調(diào)節(jié)信號的占空比，可以改變電機的旋轉(zhuǎn)速度。液晶上顯示“SPEED：(r/s)”表示直流電機的旋轉(zhuǎn)速度。LCD顯示字符驅(qū)動電機除了需要PB4的 信號外，還需要一個配合PB7的置高信號，以及PB0的使能信號。這里將兩個端口直接置高電平。定時器Timer3A中斷程序主循環(huán)5顯示電機轉(zhuǎn)數(shù)否系統(tǒng)延時結(jié)束滾輪ADC值調(diào)節(jié)占空比如上圖所示，直流電機的驅(qū)動程序需要液晶、滾輪、Tiva 的模塊的共同配合完成。其中液晶用于顯示電機轉(zhuǎn)數(shù)、滾輪用來調(diào)節(jié)輸出、定時器等多個的占空比從而控制電機的轉(zhuǎn)速、輸出用于驅(qū)動直流電機旋轉(zhuǎn)、而定時器則是用來檢測電機的旋轉(zhuǎn)數(shù)度。關(guān)鍵代碼分析驅(qū)動信號的初始化6/* 初始

4、化獲取一路脈寬調(diào)制信號*|/|*M4PB4|-M02-Channel 1/|*/ #define PERIOD_TIME12500 / 60/ 20K Hz/DC_motor/ 60K Hzource/ 定義最大最小周期時間頻率在2001000之間#define MAX_PERIODPERIOD_TIME * 90 / 100 #define MIN_PERIODPERIOD_TIME * 12 / 100void Init_()/ 設(shè)置時鐘和系統(tǒng)時鐘一致SysCtlClockSet(SYSCTL_DIV_1);/ 使能外設(shè)SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIP

5、H_0);/ 使能外設(shè)端口SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);/設(shè)置對應(yīng)管腳的信號功能GPIOPinConfigure(GPIO_PB4_M02);/設(shè)置信號端口GPIOPype(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_4);/配置GenConfigure(0_BASE,_GEN_1,_GEN_MODE_UP_DOWN |_GEN_MODE_NO_SYNC);/設(shè)置信號周期GenPeriodSet(0_BASE,_GEN_1, PERIOD_TIME);定時器 Timer3 初始化7/*brief初始化Timer3A為邊沿觸發(fā)減計

6、數(shù)中斷。PB2作為外部中斷源獲取中斷信號。捕獲采用統(tǒng)計光耦信號之間的時間差來折算電機葉輪旋轉(zhuǎn)數(shù)度paramnullreturn null*/ void Init_Timer()/ 啟用Timer4模塊SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_TIMER3);/ 啟用GPIO_M作為脈沖捕捉腳SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);/ 配置GPIO腳為使用Timer4捕捉模式GPIOPinConfigure(GPIO_PB2_T30);GPIOPypeTimer(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_2

7、);/ 為管腳配置弱上拉模式GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_STRENGTH_2MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);/ 配置使用Timer4的TimerA模塊為邊沿觸發(fā)減計數(shù)模式TimerConfigure(TIMER3_BASE, TIMER_CFG_SPLIT_PAIR |TIMER_CFG_A_CAP_COUNT);/ 使用下降沿觸發(fā)TimerControlEvent(TIMER3_BASE, TIMER_A, TIMER_EVENT_NEG_EDGE);/設(shè)置信號占空比PulseWidthSet(0

8、_BASE,_OUT_2, PERIOD_TIME / 10);/ 使能輸出端口OutputSe(0_BASE,_OUT_2_BIT, true);/ 使能GenEnable(0_BASE,_GEN_1);/ 使能模塊的及時功能.SyncTimeBase(0_BASE,_GEN_1);關(guān)于中斷函數(shù)的初始化和調(diào)用參考第三章中按鍵中斷的實現(xiàn)部分，這里不再重復說明。初始化中的計算范圍定在 40，即四次邊沿觸發(fā)即響應(yīng)中斷函數(shù)。是由于直流電機的葉輪上有四個對稱的缺口，而在電機模塊 PCB 中的光耦對管正好能捕獲葉輪上的缺口產(chǎn)生一組信號。這組信號通過 PB2 獲得，并觸發(fā)中斷函數(shù)的響應(yīng)。8/*brief光

9、耦信號觸發(fā)中斷函數(shù)響應(yīng)，通過主頻和主頻計數(shù)差值換算出電機的轉(zhuǎn)速paramnullreturn null*/前次和當前的系統(tǒng)計數(shù)值用于鑒別中斷響應(yīng)狀況u32_t old_tick , cur_tick= 0;/ 計算前后兩次中斷的時間間隔，用于計算電機葉輪的頻率u32_t tick_delay = 0;/前次和當前的電機葉輪的頻率float cur_frequency , old_frequency= 0.0; void Timer3AHandler(void)unsigned long ulsus;/中斷標志位ulsus = TimerSus(TIMER3_BASE, TIMER_CAPA_M

10、ATCH);if(ulsus = TIMER_CAPA_MATCH)/ 設(shè)置計數(shù)范圍為0 x40X0 TimerLoadSet(TIMER3_BASE, TIMER_A, 0 x4); TimerMatchSet(TIMER3_BASE, TIMER_A, 0 x0);/中斷處理函數(shù)以響應(yīng)觸發(fā)事件TimerRegister(TIMER3_BASE, TIMER_A, Timer3AHandler);/ 系統(tǒng)總中斷開MasterEnable();/ 時鐘中斷允許，中斷事件為Capture模式中邊沿觸發(fā)，計數(shù)到達預(yù)設(shè)值TimerEnable(TIMER3_BASE, TIMER_CAPA_MATC

11、H);/ NVIC中允許定時器A模塊中斷 Enable(_TIMER3A);/ 啟動捕捉模塊TimerEnable(TIMER3_BASE, TIMER_A);得到了兩次中斷之間的系統(tǒng)計數(shù)值，變可以根據(jù)主頻來換算出電機的運轉(zhuǎn)頻率，如下所示：剩下的只要通過LCD 的驅(qū)動函數(shù)將換算得到的頻率值顯示在 LCD 即可。數(shù)據(jù)測試與分析A. 步進電機的控制實驗內(nèi)容雙極永磁步進電機的轉(zhuǎn)動控制，不同的通電控制方式可以產(chǎn)生不同的步距角（單拍和雙拍）；步進電機的反轉(zhuǎn)9/ 系統(tǒng)主頻 除以兩次中斷的系統(tǒng)計數(shù)值 = 頻率cur_frequency = (1.0*TIVA_MAIN_FREQUENCY) / tick_d

12、elay;/ 獲取當前系統(tǒng)時鐘值cur_tick = ROM_SysTickValueGet();/ 清除中斷標志位TimerClear(TIMER3_BASE, ulsus);/ 因為減計數(shù)會自動停止，所以需要重新啟用計數(shù)模塊TimerEnable(TIMER3_BASE, TIMER_A);/ 得到響應(yīng)兩次中斷之間的系統(tǒng)時間計數(shù)差值if(old_tick cur_tick)tick_delay = old_tick - cur_tick;/保留本次中斷結(jié)束時的系統(tǒng)計數(shù)值，用于下次統(tǒng)計時間差的依據(jù) old_tick = cur_tick;資源準備等效原理圖及電路分析1011流程圖及關(guān)鍵代碼分

13、析流程圖步進電機的驅(qū)動程序和直流電機的驅(qū)動最大的差距在于直流電機只需一路，而步進需要四路信號。流程如下圖所示：121程序啟動21233是4程序終止圖x、步進電機模塊流程圖513信號執(zhí)行一個周期即正好步進電機轉(zhuǎn)動了一圈。所以電機的轉(zhuǎn)數(shù)可以通過 信號的周期轉(zhuǎn)化為電機的實際轉(zhuǎn)速。滾輪的位置通過電壓ADC采樣傳輸?shù)絋IVA中，根據(jù)滾輪的ADC采樣值調(diào)節(jié)驅(qū)動交流電機的信號的周期，可以改變電機的旋轉(zhuǎn)速度。LCD顯示字符使能PB0置液晶上顯示“SPEED：(r/s)”表示直流電機的旋轉(zhuǎn)速度。初始化滾輪初始化液晶初始化步進電機的驅(qū)動需要四組信號配合才能完成。初始化TIVA LaunchPad的PB7、PB4、

14、PF1、PF2分別輸出一組 。 時序如下所示：PB71100110011001100PB40011001100110011PF10100010001000100PF20001000100010001他們的周期一致，其中PB7、PB4占空比50%而PF1、 PF2占空比為25%。而且每組信號間的相位偏移都為 25%。程序主循環(huán)4顯示電機轉(zhuǎn)數(shù) 5否結(jié)束系統(tǒng)延時滾輪ADC值調(diào)節(jié)周期滾輪ADC采樣值通過PE0端口，將PE0的外設(shè)設(shè)置為ADC。獲取滾輪的ADC值后可以調(diào)節(jié)的周期大 小。（配置詳細內(nèi)容參看第三章相關(guān)內(nèi)容）關(guān)鍵代碼分析1、降低主頻：由于步進電機的驅(qū)動信號頻率一般都在幾十的水平上，而Tiva的

15、常用工作頻率在采用系統(tǒng)時鐘分頻的方式降低Tiva主頻12.5MHz。所以在使用計時器做波的生成時，來產(chǎn)生頻率較低的波形。2、四路波的初始化：14/* brief初始化獲取四組脈寬調(diào)制信號用于步進電機的驅(qū)動*|/TIVA|*M4PB7|-M01-Channel 1/M4PB4|-M02-Channel 2*M4PF1|-M15-Channel 3*M4PF2|-M16-Channel 4/|*/ #define PERIOD_TIME0 x1Fvoid Init_()/ 設(shè)置時鐘和系統(tǒng)時鐘一致SysCtlClockSet(SYSCTL_DIV_1);/ 使能外設(shè)SysCtlPeripheralE

16、nable(SYSCTL_PERIPH_0);SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_1);/ 使能外設(shè)端口 SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);/設(shè)置對應(yīng)管腳的信號功能GPIOPinConfigure(GPIO_PB7_M01);GPIOPinConfigure(GPIO_PB4_M02);/ 系統(tǒng)時鐘設(shè)置SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_64 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL

17、_OSC_MAIN |SYSCTL_XTAL_16MHZ);15GPIOPinConfigure(GPIO_PF1_M15);GPIOPinConfigure(GPIO_PF2_M16);/設(shè)置信號端口GPIOPype(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_7);GPIOPype(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2);/配置GenConfigure(0_BASE,_GEN_0, _GEN_MODE_UP_DOWN |_GEN_MODE_NO_SYNC);GenConfigure(0_BASE,_GEN_1,

18、_GEN_MODE_UP_DOWN |_GEN_MODE_NO_SYNC);GenConfigure(1_BASE,_GEN_2, _GEN_MODE_UP_DOWN |_GEN_MODE_NO_SYNC);GenConfigure(1_BASE,_GEN_3, _GEN_MODE_UP_DOWN |_GEN_MODE_NO_SYNC);/設(shè)置信號周期GenPeriodSet(0_BASE,_GEN_0, PERIOD_TIME);GenPeriodSet(0_BASE, _GEN_1, PERIOD_TIME);GenPeriodSet(1_BASE,_GEN_2, PERIOD_TIME)

19、;GenPeriodSet(1_BASE,_GEN_3, PERIOD_TIME);/設(shè)置信號占空比PulseWidthSet(0_BASE, _OUT_1, PERIOD_TIME / 2);PulseWidthSet(0_BASE, _OUT_2, PERIOD_TIME / 2);PulseWidthSet(1_BASE, _OUT_5, PERIOD_TIME / 4);PulseWidthSet(1_BASE, _OUT_6, PERIOD_TIME / 4);/ 使能輸出端口OutputSe(0_BASE, _OUT_1_BIT | _OUT_2_BIT , true); Outp

20、utSe(1_BASE, _OUT_5_BIT | _OUT_6_BIT, true);/ 使能GenEnable(0_BASE, _GEN_0);GenEnable(0_BASE, _GEN_1);GenEnable(1_BASE, _GEN_2);GenEnable(1_BASE, _GEN_3);/ 延時同步四路信號SyncTimeBase(0_BASE,_GEN_1_BIT);SysCtlDelay(PERIOD_TIME / 2) );SyncTimeBase(0_BASE,_GEN_0_BIT);SysCtlDelay(PERIOD_TIME * 7/ 8);完成了的初始化后，步進

21、電機便能轉(zhuǎn)動了。3、步進電機轉(zhuǎn)速滾輪調(diào)節(jié)：在程序的出循環(huán)中假如滾輪調(diào)節(jié)周期的邏輯可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)動速度。主要代碼如下所示：16/*while(1)ADCProsorTrigger(ADC_BASE, SequenceNum);/ 等待完成取樣轉(zhuǎn)換while(!ADCSus(ADC_BASE, SequenceNum, false)/ 清楚ADC中斷標志位ADCClear(ADC_BASE, SequenceNum);/ADC采樣值A(chǔ)equenceDataGet(ADC_BASE, SequenceNum, pui32ADC0Value);/ 當前周期轉(zhuǎn)化公式cur_Period = MIN_PE

22、RIOD + (MAX_PERIOD - MIN_PERIOD) *pui32ADC0Value0) / 4096;/ADC的變化率大小 u32_t temp = 0;if(cur_Period old_Period)temp = cur_Period - old_Period;elsetemp = old_Period - cur_Period;/ ADC 實現(xiàn)16級的有極變化，if(temp 0 x)/ 調(diào)整周期SyncTimeBase(1_BASE,_GEN_3_BIT); SysCtlDelay(PERIOD_TIME / 2);SyncTimeBase(1_BASE,_GEN_2_BIT);B. 高亮 LED 的驅(qū)動與電流檢測實驗內(nèi)容應(yīng)用電機控制的 H 橋式電路，輔以電流檢測電路和單片機反饋控制可以形成一個數(shù)字電源。應(yīng)用這個電源組成一個高亮 LED 的