摘 要: 本文介紹了一種基于S3C2410微控制器的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。文章在介紹PWM調(diào)速原理的基礎(chǔ)上詳細(xì)說明了S3C2410的PWM發(fā)生器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其使用方法。并給出了實(shí)現(xiàn)調(diào)速的核心代碼及調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞: S3C2410; PWM; 調(diào)速 0 引言 　　PWM（Pulse-Width Modulation）是脈寬調(diào)制技術(shù)的簡(jiǎn)稱。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用的控制方式，也為高性能的直流電機(jī)數(shù)字化控制提供了基礎(chǔ)。 1 PWM調(diào)速原理 　　晶體管開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間也被稱為導(dǎo)通角 ，通過控制晶體管的開通與關(guān)斷時(shí)間來改變導(dǎo)通角 的大小，就可以調(diào)節(jié)加在負(fù)載上的平均電壓的大小，以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速，這就是PWM變速控制技術(shù)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(shí)現(xiàn)。 　　 2 S3C2410的PWM發(fā)生器 　　2.1 PWM發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和計(jì)時(shí)原理 　　用分立器件組成PWM電路一般來說需要如下幾個(gè)部分：三角波產(chǎn)生電路、脈沖調(diào)制電路、PWM信號(hào)延遲及分配電路。S3C2410做為一款功能強(qiáng)大的微處理器，其內(nèi)部已經(jīng)集成了包含上述三個(gè)部分的PWM發(fā)生器，只要對(duì)相關(guān)寄存器進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，就可以產(chǎn)生需要的PWM信號(hào)。 　　S3C2410的定時(shí)/計(jì)數(shù)器0～3都具有PWM輸出功能，以定時(shí)/計(jì)數(shù)器0為例說明。時(shí)鐘信號(hào)PCLK經(jīng)過可編程的8位預(yù)分頻器和時(shí)鐘除法器分頻后，驅(qū)動(dòng)定時(shí)器內(nèi)的邏輯控制器進(jìn)行工作。邏輯控制器的核心，是一個(gè)16位的減法計(jì)數(shù)器。 　　我們可以賦于計(jì)數(shù)緩沖寄存器（TCNTB0） 和比較緩沖寄存器（TCMPB0）不同的初始值，當(dāng)定時(shí)器使能時(shí)，這兩個(gè)寄存器中的數(shù)據(jù)將被分別載入到減法計(jì)數(shù)器（TCNT0）和比較寄存器（TCMP0）。計(jì)數(shù)緩沖寄存器和比較緩沖寄存器的設(shè)計(jì)思想在S3C2410中被稱為“雙緩沖”，它的優(yōu)點(diǎn)是在頻率或占空比改變時(shí)，定時(shí)器仍然能產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出。 　　計(jì)時(shí)過程如下：從PCLK過來的時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)邏輯控制器時(shí)，減法計(jì)數(shù)器的值自動(dòng)減1，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器的值為0時(shí)，定時(shí)器會(huì)向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求，一輪計(jì)時(shí)操作完成。在自動(dòng)裝載模式下，計(jì)數(shù)緩沖寄存器中的初始值會(huì)由硬件控制自動(dòng)載入減法計(jì)數(shù)器，進(jìn)行下一輪的計(jì)時(shí)操作。 　　2.2 PWM發(fā)生器的原理 　　比較緩沖寄存器（TCMPB0）中設(shè)定的初值是用來產(chǎn)生PWM信號(hào)的. 信號(hào)的產(chǎn)生規(guī)則是：每當(dāng)TCNT0的值和TCMP0的值相等時(shí)，定時(shí)器的輸出邏輯電平翻轉(zhuǎn)。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(shè)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(guān)設(shè)備的斷開和另一個(gè)開關(guān)設(shè)備的閉合之間插入一個(gè)時(shí)間缺口，使它們不會(huì)處于同時(shí)閉合的狀態(tài)。如圖2所示： 　　已知TOUT0是定時(shí)器0的PWM輸出引腳，而TOUT1是TOUT信號(hào)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(shí)為高電平了，這樣就有效的防止了開關(guān)設(shè)備同時(shí)閉合時(shí)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(yù)標(biāo)定值 　　#define PRE_SCALER0 （2 << 0） 　　#define DEAD_ZONE （20 << 16） 　　// 和定時(shí)控制有關(guān)的宏定義 　　#define START_TIMER0 （1 << 0） 　　#define UPDATE_CFG （1 << 1） 　　#define AUTO_RELOAD （1 << 3） 　　#define ENABLE_DEADZONE （1 << 4） 　　// 定時(shí)緩沖器初值1024，電機(jī)調(diào)速步長 2 　　// 可進(jìn)行1024/2 = 512級(jí)調(diào)速 　　#define MOTOR_COUNT （1024） 　　#define MOTOR_STEP （1） 　　// 用來控制轉(zhuǎn)速的靜態(tài)變量 　　static int nSpeed =0; 　　/＊ 初始化PWM發(fā)生器 ＊/ 　　void InitPWM（） 　　｛ 　　/＊ TOUT0 對(duì)應(yīng)著 GPB0，TOUT1對(duì)應(yīng)著GPB1，因此初始化GPB0/1為第二功能端口 ＊/ 　　rGPBCON = rGPBCON & 0x3FFFF0 | 0xA; 　　/＊ 死區(qū)為24個(gè)計(jì)時(shí)單位，預(yù)分頻器設(shè)置為 0，時(shí)鐘除法器和MUX分配器取默認(rèn)值 ＊/ 　　rTCFG0 = DEAD_ZONE | PRE_SCALER0; 　　/＊ 設(shè)置計(jì)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(jì)時(shí)器0停止，更新配置 ＊/ 　　rTCON = （～ START_TIMER0） | UPDATE_CFG; 　　/＊ 使能死區(qū)發(fā)生器，進(jìn)入自動(dòng)裝載模式，計(jì)時(shí)器0啟動(dòng) ＊/ 　　rTCON = NABLE_DEADZONE | AUTO_RELOAD | START_TIMER0; 　?。? 　　這樣，TOUT0和TOUT1引腳上就會(huì)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(jī)的轉(zhuǎn)速。 4 調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 　　系統(tǒng)由S3C2410系統(tǒng)板、光耦、光電編碼器、功率驅(qū)動(dòng)電路和直流電機(jī)組成，如圖3所示。 　　S3C2410作為主控制器，通過TCP/IP協(xié)議和中央控制室通信，負(fù)責(zé)接收控制命令和報(bào)告系統(tǒng)狀態(tài)。S3C2410的定時(shí)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(dòng)電路提供給電機(jī)“H”橋式驅(qū)動(dòng)，光電編碼器將采樣到的電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，反饋給S3C2410，用來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。為減小誤差，程序中應(yīng)該對(duì)光電編碼器傳來的電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波處理。 5 結(jié)束語 　　使用S3C2410的PWM發(fā)生器對(duì)小型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，電路簡(jiǎn)單，使用方便，并可以由軟件實(shí)現(xiàn)靈活的控制算法以提高系統(tǒng)性能。S3C2410內(nèi)建的強(qiáng)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(xiàn)： 　　[1] 李志寧，張英堂. PLC中PWM功能模塊的應(yīng)用研究 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（25）：42-45. 　　[2] 于明. ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教程 [M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004. 　　[4] 呂達(dá)昱，竺長安. 一種利用PIC實(shí)現(xiàn)PWM控制的方案 [J]. 機(jī)床與液壓,2004（11）:133-134. 　　[5] 姜長泓，于萬元. 基于AVR單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)的PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 儀器儀表用戶,2006,2（42）.