DSP电机控制系统驱动程序的设计

DSP电机控制系统驱动程序的设计摘要：设计了一种DSP电机控制系统，开发了电机控制可视化界面。建立计算机（上位机）与DSP（下位机）之间的串口通信机制，既而完成对电机运行的复杂控制。着重分析DSP电机驱动程序的结构和相关代码，理清程序设计的思路，供相关研究人员借鉴。关键词：DSP直流电机串口通信程序设计中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1007-9416（2014）12-0147-03Abstract：AkindofDSPmotorcontrolsystemwasdesignedandonemotorcontrolvisualinterfacewasdevelopedinthepaper.TheserialcommunicationmechanismbetweenPCofhostandDSPofclientisestablishedtofinishcomplicatedcontrolsofDCmotor.FocusontheanalysisofstructuresandrelatedcodesofDSPmotordriveprogramisexpectedtoclearprogramdesignideasforrelevantscienceresearches.KeyWords：DSP；DCmotor；serialcommunication；programdesign目前，利用DSP实现对电动机运行的控制已经成为电机拖动领域流行且成熟的方案。通过DSP可以实施对多类型电机的多形式的运动控制，其中最突出的是对电机宽域且平滑的调速，依据电机与DSP类型的不同，具有诸多实用的方案[1，2]。关于直流电机的调速，理论上可以采取三种方式：改变电枢电压，改变电枢回路电阻，调节励磁磁通，但是由于其它两种方法缺陷明显，目前主要采用改变电枢电压的方法：通过调节DSP输出的PWM波形的占空比，调控输入到电机电枢绕组的电压有效值，既而实现电机速度在较宽的范围内平滑改变[3]。本文介绍一种基于DSPTMS320F2812的电机控制系统。利用VisualStudio2010（VS2010）开发电机控制界面，构建了计算机（上位机）与DSP（下位机）之间串口的通信机制，实现对电机运动的控制。着力讨论以DSP为信息交换枢纽的电机驱动程序的设计。1控制系统开发首先，利用集成了.netFramework4.0的VisualStudio2010Windows应用程序开发平台，采用C#语言开发出电机控制界面，用以实现如开停、增/减速、运行状态查询等可视化电机控制功能，如图1所示；其次，构建上位机与下位机之间的串口通信机制，由上位机PC把相应的控制命令传递给下位机DSP，执行电机控制的操作命令；最后，由DSP构成电机控制系统的信息交换枢纽，一方面传递上位机下达的控制命令给电动机，另一方面把电动机运行状态的相关信息反馈给上位机，实现对电机运行状态的实时监控。该控制系统整体为主从式计算机结构如图2所示，其中PC为上位机，DSP为下位机，两者之间通过串口RS232C协议交换数据。硬件电路连接如图3所示，包括计算机、DSP开发板、仿真器、电机驱动电路板、直流电动机和一些电路连接线。2驱动程序设计CCS3.3是一个集成版的DSP应用程序开发环境，基本涵盖了TI公司所有型号的DSP，与其它版本相比体积稍大，但是代码优化效率较高，调试方便，是目前用的最多的DSP程序开发平台。该电机控制系统利用C语言基于CCS3.3软件平台开发DSP的电机驱动程序，建立电机控制策略实施的纽带。DSP的驱动程序主要包括：各个外设的初始化函数、主函数与输入中断函数。其中初始化函数完成相应外设的初始化定义，如系统、输入/输出引脚、串行通信接口、事件管理器等；主函数完成相关变量、宏及功能函数的定义，最后形成一个死循环，等待CPU对电机控制命令中断请求的响应，完成对电机运动的调节；中断函数为电机各种控制命令在DSP电机驱动程序中的入口，利用事件响应机制去完成对电机行为的控制。程序整体采用模块化结构，通过调用一个个功能子函数来实现对电机的不同控制，逻辑清晰，便于实现系统功能的扩展。驱动程序的设计思路如图4所示，首先需要完成DSP及相应功能外设的初始化，即准备好去执行电机的控制命令，然后等待串口的电机控制命令的输入，即形成一个死循环。当串口有电机操作指令输入时，随即发生中断事件，调用中断函数，执行相应的电机操作指令，包括电机的起/停、正/反转、加/减速、状态查询等；在指令完成后，返回死循环进入待命状态，等待下一个电机操作指令，周而复始。2.1主函数首先引用相关的头文件，定义相应的宏、变量与功能函数，然后在主函数中完成相关变量、函数及外设功能的初始化，最后形成一个死循环，等待串口输入对CPU的中断请求，既而完成电机行为的相关控制指令。以下程序代码的省略部分，均为DSP程序的一些固定的功能语句，如中断的使能、外设功能的设定等，为了节省篇幅，不再一一列出，可以参阅文献[4]。//头文件，宏、变量、功能函数定义等……；voidmain（void）{InitSysCtrl（）；//初始化系统函数//CPU中断，PIE寄存器、外设初始化[4]……；InitGpio（）；//初始化Gpio口InitEv（）；for（i=0；i4；i++）//初始化数组变量{Sci_VarRx[i]=0；//存储电机控制指令}i=0；//初始化M1_Flag=0；M2_Flag=0；//电机起始为停止状态//电机控制界面显示波特率初值sendMsg（SciaRegs.SCIHBAUD）；sendMsg（SciaRegs.SCILBAUD）；//定时器T3和T1计数使能EvbRegs.T3CON.bit.TENABLE=1；EvaRegs.T1CON.bit.TENABLE=1；/*使能SCI中断，开CPU中断，使能全局与实时中断[4]*/……；for（；；）{}}2.2功能函数该电机控制系统实现了控制2台（易于扩展到多台）直流电机的起/停、正/反转、加/减速、状态查询等行为，由于程序采用模块化结构，每一个控制功能都对应特定的功能函数，且每一个功能函数的结构类似，皆为先判断指令对象，然后再依据不同的指令代码执行对应的动作。因此在此仅列出加速功能函数的代码，其中省略部分为对两台以上电机的相同操作，不再重复。其它功能函数以此类推。voidM_Inc（unsignedintnum）//加速函数{if（（num==1）&（M1_Flag！=0））//电机M1{//占空比增加2%EvaRegs.CMPR1=EvaRegs.CMPR1+375；if（EvaRegs.CMPR1=0x41EB）{//最大占空比值为90%EvaRegs.CMPR1=0x41EB；}}elseif（（num==2）&（M2_Flag！=0））//其它电机{……；//相同控制代码}}2.3系统初始化函数在系统初始化函数中，主要完成关闭看门狗电路、初始化PLL锁相环模块、设定高/低速时钟预定标器频率等，也就是说确定系统输出PWM波的频率，相关内容可以参阅文献[4]。以下主要列出该工程中用到的外设的初始化设置代码：voidInitSysCtrl（void）{//关门狗电路、PLL模块、高低速时钟初始化[4]……；//EVA、EVB、SCIA模块时钟使能SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1；SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVBENCLK=1；SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIENCLKA=1；}2.4I/O口初始化函数在输入输出引脚初始化函数中，主要完成工程用到引脚的功能与方向的设定，如引脚为功能引脚还是通用的输入输出引脚、是输入还是输出引脚等。其代码如下：voidInitGpio（void）{EALLOW；//使能寄存器访问//设置串口的的发送和接收引脚为功能引脚GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.SCITXDA_GPIOF4=1；GpioMuxRegs.GPFMUX.bit.SCIRXDA_GPIOF5=1；//设置GPIOA0、A1等引脚为功能引脚GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM1_GPIOA0=1；GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM2_GPIOA1=1；GpioMuxRegs.GPBMUX.bit.PWM7_GPIOB0=1；GpioMuxRegs.GPBMUX.bit.PWM8_GPIOB1=1；EDIS；//关闭寄存器访问}2.5串口初始化函数该工程利用串口的SCIA模块，其初始化包括设置1位停止位、8位数据位，禁止奇偶校验、禁止数据回送测试，使能串口的发送和接收数据功能，使能中断方式发送和接收数据，设置波特率等，最后重启SCI保存设置，完成初始化。主要代码如下所示：voidInitSci（void）{//停止位、数据位、极性校验等设置[4]……；SciaRegs.SCIHBAUD=0x00；SciaRegs.SCILBAUD=0xE7；//波特率为9600//发送和接收数据使能，中断使能。重启SCI[4]……；}2.6事件管理器初始化函数在事件管理器初始化函数中，分别设定事件管理器EVA的定时器T1与EVB的定时器T3工作于连续增/减计数模式，定时器的时钟频率为37.5MHz，暂时禁止T1计数，使能T1内部时钟，设定T1的周期值为0x493E=18750（即相应的PWM波频率为1kHz），设定T1计数器初始值为0；使能比较单元的比较操作，全比较器输出，相应引脚PWM1～PWM6由比较逻辑驱动；立即重载寄存器保存设置；设定PWM1引脚为低电平有效，PWM2引脚为高电平有效，初始占空比值为0x1250（25%）；设定死区定时器周期为10s，定时器预定标因子为（37.5MHz）/8≈4.69MHz，相应的死区时间约为10/（4.69×106）≈2.13μs。对于EVB的操作完全类似，代码如下所示：voidInitEv（void）{/*EVA模块。设定T1工作模式、时钟频率、周期值，T1计数器初值。比较单元1使能及相关引脚设定[4]。*/……；/*PWM1、PWM2引脚初始低电平，保证电机初始停止状态。*/EvaRegs.ACTR.bit.CMP1ACT=0；EvaRegs.ACTR.bit.CMP2ACT=0；EvaRegs.CMPR1=0x1250；//占空比初始值25%EvaRegs.DBTCONA.bit.DBT=10；//死区定时器周期//死区定时器1使能EvaRegs.DBTCONA.bit.EDBT1=1；//死区定时器预定标因子EvaRegs.DBTCONA.bit.EDBT1=3；/*EVB模块。与EVA模块完全类似，只需把定时器T1换为T3，引脚PWM1与PWM2改为PWM7与PWM8，死区定时器控制寄存器DBTCONA改为DBTCONB即可。*/……；}2.7中断函数DSP采用中断方式响应串口数据的读取，所有对电机的控制操作皆在中断函数里完成，不同的控制命令调用不同的功能子函数。相应程序的代码结构如下：/*只要串口输入缓冲区有数据需要接收，CPU就//会执行此中断函数。*/interruptvoidSCIRXINTA_ISR（void）{//利用数组保存控制命令数据Sci_VarRx[i]=SciaRegs.SCIRXBUF.all；i++；//主函数中已定义//根据命令代码格式，01为电机正反转识别代码if（Sci_VarRx[0]==0x0001）{Rec_Manage（Sci_VarRx[0]）；//电机正/反转}//02为电机停止识别代码elseif（Sci_VarRx[0]==0x0002）{……；//电机停止}/*03、04分别对应电机加/减速、占空比设定、运行状态查询等识别代码。*/……；if（i==4）{i=0；}//使得同组其他中断能够得到响应PieCtrl.PIEACK.bit.ACK9=1；EINT