基于ARM的直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

1、本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 題 目： 基于ARM的直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 何XX 學(xué) 號： 201016020222 專業(yè)班級： 通信工程10102班 指導(dǎo)教師： XXX 摘 要目前，基于ARM技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)幾乎已經(jīng)深入應(yīng)用到各個領(lǐng)域，是當(dāng)今32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的主流。ARM在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用也受到越來越多的關(guān)注。本課題設(shè)計了一個基于ARM的嵌入式直流電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用PHILIPS公司的以ARM7為內(nèi)核的LPC2124芯片作為控制核心，配置相應(yīng)的外設(shè)及接口電路，運用性能價格比較好的集成電機控制芯片L298作為直流電動機的PWM驅(qū)動器件；采用光電編碼器實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速信號的采集；

2、采用LPC2124內(nèi)部集成定時器的捕獲功能對編碼器生成的脈沖序列信號進行測量；采用74LS74作為鑒相器而識別電動機實時轉(zhuǎn)向；采用單閉環(huán)PI控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；采用LCD12864系列顯示屏即時顯示電動機的轉(zhuǎn)動信息；采用4×4矩陣鍵盤對轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向進行設(shè)置和控制。系統(tǒng)軟件主要使用C語言編寫，遵循模塊化設(shè)計的原則，編寫了轉(zhuǎn)速的測量、轉(zhuǎn)速的PWM驅(qū)動、轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速的顯示、鍵盤輸入等程序模塊，程序代碼具有良好的易維護性和可移植性。最后使用Proteus ISIS仿真工具對系統(tǒng)仿真，并在仿真平臺上對系統(tǒng)性能進行測試與分析。本系統(tǒng)的設(shè)計精度可以滿足一般工業(yè)控制的要求，能夠應(yīng)用到實際的生產(chǎn)生活中

3、，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。而且能夠防止用戶的誤操作，增強了系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，具有一定的實用性和較高的社會推廣價值。關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式系統(tǒng)；直流電機轉(zhuǎn)速控制；LPC2124ABSTRACTAt present, the embedded system that based on the ARM technology almost has been used on each field, and this technology is the mainstream of current 32 bits embedded system. Applications of ARM in the

4、field of industrial control have also been attracted more and more attention.This article designed an embedded system of DC motor speed control which based on ARM. This system take the ARM7TDMI-S core to the PHILIPSLPC2124 chip as the control core, configured corresponding outside to suppose and the

5、 interface electric circuit, uses the integrated motor controller L298 as the PWM driven device which with high performance price ratio; uses the photoelectric encoder to achieve the speed signal acquisition; uses the capture of integrated timer internal LPC2124 to measure the pulse sequences which

6、generated by encoder; uses the 74LS74 as a phase detector to real-time identify the direction; uses the LCD12864 screen to real-time display the information of the motor rotation; uses the 4 × 4 matrix keyboard to set and control the speed and direction. The software of this system written in C

7、 programming language mainly, follow the principles of modular design, including the speed measurement, speed PWM drive, speed PI-conditioning, speed display, keyboard input, and other procedures module. The code has easy maintenance and great probability. Finally, uses the Proteus ISIS simulation t

8、ool to implement the emulation of this system, then test and analysis the systems performance on the simulation platform.The accuracy of the system can satisfy the general demand of general industrial control, and can be applied to the actual production and living, satisfy the requirement of modern

9、production, prevent the wrong operation of users, improve the safety and stability of the system, have the certain usability and a higher social promoting value.Key Words: ARM; embedded systems; speed control for DC motor; LPC2124第1章 緒 論91.1 課題引入91.2 本課題研究背景和意義101.3 本課題的主要任務(wù)及工作101.4 嵌入式系統(tǒng)概述111.4.1 A

10、RM的概念;111.4.2 ARM特點：111.4.3 ARM的指令結(jié)構(gòu)12第2章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計132.1 系統(tǒng)分析132.1.1 系統(tǒng)功能分析132.1.2 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)132.1.3 技術(shù)方案可行性研究142.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計152.2.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件152.2.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)162.2.3 核心控制電路162.2.4 電動機接口電路162.2.5 用戶接口電路162.3 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計172.3.1 嵌入式系統(tǒng)的軟件172.3.2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計172.3.3 后臺程序組成182.3.4 前臺程序組成182.4 本章小結(jié)18第3章 系統(tǒng)硬件的詳細設(shè)計

11、193.1 微控制器電路193.1.1 ARM微處理器介紹193.1.2 ARM寄存器213.1.3 ARM微處理器的選型223.2 PWM電動機驅(qū)動電路233.2.1 PWM基本原理233.2.2 PWM調(diào)速控制系統(tǒng)介紹243.2.3 PWM控制電路253.2.4 PWM驅(qū)動電路273.3 轉(zhuǎn)速檢測電路293.3.1 光電編碼器介紹及選擇293.3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路303.3.3 轉(zhuǎn)向識別電路303.4 LCD顯示電路323.5 鍵盤電路333.6 本章小結(jié)33第4章 系統(tǒng)軟件的詳細設(shè)計344.1 ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境簡介344.2 系統(tǒng)啟動流程354.3 主程序模塊354.4 轉(zhuǎn)速檢測

12、模塊364.4.1 轉(zhuǎn)速測量原理364.4.2 轉(zhuǎn)速檢測程序374.5 PWM驅(qū)動模塊394.5.1 PWM方案選擇394.5.2 PWM初始化子程序394.5.3 PWM脈寬控制子程序404.6 液晶顯示模塊424.7 鍵盤掃描模塊434.8 本章小結(jié)44第5章 系統(tǒng)的仿真455.1 Proteus ISIS介紹455.1.1 Proteus ISIS的特點455.2 系統(tǒng)電路仿真圖設(shè)計455.3 各子系統(tǒng)仿真設(shè)計465.3.1 轉(zhuǎn)速檢測電路仿真465.3.2 電機驅(qū)動電路仿真475.3.3 鍵盤輸入仿真475.4 系統(tǒng)仿真的運行流程48第1章 緒 論71.1 課題引入71.2 本課題研究背

13、景和意義81.3 本課題的主要任務(wù)及工作81.4 嵌入式系統(tǒng)概述91.4.1 ARM的概念;91.4.2 ARM特點：91.4.3 ARM的指令結(jié)構(gòu)10第2章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計112.1 系統(tǒng)分析112.1.1 系統(tǒng)功能分析112.1.2 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)112.1.3 技術(shù)方案可行性研究122.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計132.2.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件132.2.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)142.2.3 核心控制電路142.2.4 電動機接口電路142.2.5 用戶接口電路142.3 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計152.3.1 嵌入式系統(tǒng)的軟件152.3.2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計152.3.3 后臺程序組成1

14、62.3.4 前臺程序組成162.4 本章小結(jié)16第3章 系統(tǒng)硬件的詳細設(shè)計173.1 微控制器電路173.1.1 ARM微處理器介紹173.1.2 ARM寄存器193.1.3 ARM微處理器的選型203.2 PWM電動機驅(qū)動電路213.2.1 PWM基本原理213.2.2 PWM調(diào)速控制系統(tǒng)介紹223.2.3 PWM控制電路233.2.4 PWM驅(qū)動電路253.3 轉(zhuǎn)速檢測電路273.3.1 光電編碼器介紹及選擇273.3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路283.3.3 轉(zhuǎn)向識別電路283.4 LCD顯示電路303.5 鍵盤電路313.6 本章小結(jié)31第4章 系統(tǒng)軟件的詳細設(shè)計324.1 ADS1.2集成開

15、發(fā)環(huán)境簡介324.2 系統(tǒng)啟動流程334.3 主程序模塊334.4 轉(zhuǎn)速檢測模塊344.4.1 轉(zhuǎn)速測量原理344.4.2 轉(zhuǎn)速檢測程序354.5 PWM驅(qū)動模塊374.5.1 PWM方案選擇374.5.2 PWM初始化子程序374.5.3 PWM脈寬控制子程序384.6 液晶顯示模塊404.7 鍵盤掃描模塊414.8 本章小結(jié)42第5章 系統(tǒng)的仿真435.1 Proteus ISIS介紹435.1.1 Proteus ISIS的特點435.2 系統(tǒng)電路仿真圖設(shè)計435.3 各子系統(tǒng)仿真設(shè)計445.3.1 轉(zhuǎn)速檢測電路仿真445.3.2 電機驅(qū)動電路仿真455.3.3 鍵盤輸入仿真455.4

16、系統(tǒng)仿真的運行流程46第1章 緒 論1.1 課題引入ARM（Advanced RISC Machines）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費/教育類多媒體、DSP和移動式應(yīng)用等。 ARM將其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商，每個廠商得到的都是一套獨一無二的ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系，ARM很快成為許多全球性RISC標(biāo)準(zhǔn)的締造者。 目前，總共有30家半導(dǎo)體公司與ARM簽訂了硬件技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括Intel、IBM、LG半導(dǎo)體、N

17、EC、SONY、菲利浦和國民半導(dǎo)體這樣的大公司。至于軟件系統(tǒng)的合伙人，則包括微軟、升陽和MRI等一系列知名公司。 A架構(gòu)是面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款RISC微處理器。 ARM 即Advanced RISC Machines的縮寫,既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 1985年4月26日，第一個ARM原型在英國劍橋的Acorn計算機有限公司誕生，由美國加州SanJoseVLSI技術(shù)公司制造。 20世紀(jì)80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計 算機教育基礎(chǔ)。 1990年成立了Advanced RISC Machine

18、s Limited(后來簡稱為ARM Limited，ARM公司)。20世紀(jì)90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)處理器擴展到世界范圍，占據(jù)了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。ARM公司既不生產(chǎn)芯片也不銷售芯片，它只出售芯片技術(shù)授權(quán)。到目前為止，ARM以高性能、低價位、低功耗、小體積等特色廣泛地進入各個領(lǐng)域：工業(yè)控制領(lǐng)域、通信產(chǎn)品、無線通訊領(lǐng)域、安全控制系統(tǒng)消費類電子產(chǎn)品等等。1.2 本課題研究背景和意義在工業(yè)自動控制系統(tǒng)和各種智能產(chǎn)品中常常會用用電動機進行驅(qū)動、傳動和控制，而現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)中，對電機的控

19、制要求越來越精確和迅速，對環(huán)境的適應(yīng)要求越來越高。隨著科技的發(fā)展，通過對電機的改造，出現(xiàn)了一些針對各種應(yīng)用要求的電機，如伺服電機、步進電機、開關(guān)磁阻電機等非傳統(tǒng)電機。但是在一些對位置控制要求不高的電機控制系統(tǒng)如傳動控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電機如直流電機乃有很大的優(yōu)勢，而要對其進行精確而又迅速的控制，就需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)。隨著微電子和計算機的發(fā)展，數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字控制系統(tǒng)有控制精確，硬件實現(xiàn)簡單，受環(huán)境影響小，功能復(fù)雜，系統(tǒng)修改簡單，有很好的人機交換界面等特點2。自動化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其中自動調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用則起著尤為重要的作用。雖然直流電機不如交流電機那樣結(jié)構(gòu)簡

20、單、價格便宜、制造方便、容易維護，但是它具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式。在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動的場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)3。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。近年來，微型計算機技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計算機為主導(dǎo)的信息技術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會的各個領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為一大趨勢。1.3 本課題的主要任務(wù)及工作通過設(shè)計一個基于ARM的嵌入式直流電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控系

21、統(tǒng)，掌握ARM7TDMI內(nèi)核的工作原理及ARM在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用流程，熟悉ARM芯片上的各種硬件資源及其所具備的各種功能，并能將其運用到實際的開發(fā)項目中，為以后進一步開發(fā)各種基于ARM的嵌入式系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。要求所設(shè)計的轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的精度和可用性，能夠達到一般的工業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，滿足實際生產(chǎn)的要求。1.4 嵌入式系統(tǒng)概述1.4.1 ARM的概念; ARM（Advanced RISC Machines）處理器是Acorn計算機有限公司面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款RISC微處理器。更早稱作Acorn RISC Machine。 ARM處理器本身是32位設(shè)計，但也配備16位指令集。一般來講比

22、等價32位代碼節(jié)省達35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。 ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增強的16位和32位算術(shù)運算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核(ETMS)系列。 1.4.2 ARM特點：ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。 1、體積小、低功耗、低成本、高性能； 2、支持Thumb（16位）/ARM（3

23、2位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； 4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； 5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； 6、指令長度固定。 (1)體系結(jié)構(gòu) : CISC（ComplexInstructionSetComputer，復(fù)雜指令集計算機） 在CISC指令集的各種指令中，大約有20%的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計中只占20%。 RISC（ReducedInstructionSetComputer，精簡指令集計算機） RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，

24、指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等 RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點： 1采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有23種。 2使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。 3大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。 (2)寄存器結(jié)構(gòu)ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包括: 31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。 6個狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。 1.4.3 ARM的指令結(jié)構(gòu)

25、 ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的 ARM代碼相比較，可節(jié)省30%40%以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。本實驗采用ARM中ARM7引系列的LPC2131 第2章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計本系統(tǒng)是一個嵌入式系統(tǒng)，在功能上是獨立的，在沒有上位機控制的情況下能獨立地完成對電動機的監(jiān)控。系統(tǒng)的軟件代碼采用模塊化設(shè)計，使其便于測試、修改，同時具有良好的可移植性和通用性。2.1 系統(tǒng)分析2.1.1 系統(tǒng)功能分析本文旨在設(shè)計一種嵌入式監(jiān)控系

26、統(tǒng)，使得機器設(shè)備能夠通過該系統(tǒng)與人之間進行數(shù)據(jù)通信的目的?；谝陨夏繕?biāo)，本設(shè)計實現(xiàn)的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下功能： 可通過鍵盤設(shè)置和控制電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 在一定時間內(nèi)驅(qū)動電動機到達設(shè)置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 采取一定策略實現(xiàn)電動機安全運轉(zhuǎn)。 可即時顯示轉(zhuǎn)速值。2.1.2 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，本系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，本系統(tǒng)的主要功能模塊有：轉(zhuǎn)速檢測模塊、光電轉(zhuǎn)換、ARM處理器、PWM電機驅(qū)動模塊、顯示模塊、鍵盤模塊。轉(zhuǎn)速傳感器和光電轉(zhuǎn)換將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為可以測量的電信號。PWM電動機驅(qū)動用來將計算機信號轉(zhuǎn)換為電動機驅(qū)動信號，鍵盤和顯示器是本

27、系統(tǒng)的人機接口。2.1.3 技術(shù)方案可行性研究1) 電機調(diào)速控制模塊電機驅(qū)動調(diào)速方案的控制目標(biāo)是實現(xiàn)電動機的調(diào)速及正、反轉(zhuǎn)。 采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整分壓。采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機的分壓，從而達到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動機的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難6。 采用繼電器開關(guān)控制。采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點是電路較為簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。 采用H型PWM電路。采用由電子開關(guān)組成

28、的H型PWM電路用單片機控制電子開關(guān)使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。兼于方案三調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，且能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制，因此本設(shè)計采用第三個方案。2) 檢速模塊 磁感應(yīng)式。采用霍爾元器件(霍爾元器件應(yīng)用霍爾效應(yīng)，輸出量與磁場的大小有關(guān))并在電動機轉(zhuǎn)軸上安裝磁片，利用位置固定的開關(guān)型霍爾元器件來檢測車輪的轉(zhuǎn)動，通過單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)進行轉(zhuǎn)速測量。 光反射式。采用反射式紅外器件。在電動

29、機輪輻面板上均勻畫出黑底白線或白底黑線，通過正對線條的反射式紅外器件，產(chǎn)生脈沖。通過對脈沖的計數(shù)測速。 光對射式。采用對射式紅外傳感器。在輪輻面板上均勻刻出孔，在輪子兩側(cè)固定相對的紅外發(fā)射、接收器件。在過孔處接收器可以接收到信號。從而輪子轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生連續(xù)脈沖信號，通過對脈沖的計數(shù)進行車速測量。由于方案三產(chǎn)生的脈沖信號不論在質(zhì)量上還是數(shù)量上都優(yōu)于前兩種，符合本設(shè)計要求，因此選擇了第三個方案。3) 供電電源選擇 單電源供電。優(yōu)點是供電電路簡單；缺點是由于電機的特性，電壓波動較大，嚴(yán)重時可能造成單片機系統(tǒng)掉電。 雙電源供電。將電機驅(qū)動電源其它電路電源分離，利用光電耦合器傳輸信號。優(yōu)點是減少耦合，提

30、高系統(tǒng)穩(wěn)定性；缺點為電路較復(fù)雜?？紤]到提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，本系統(tǒng)采用雙電源供電方案。綜上所述，本系統(tǒng)總體方案如表2-1所示。表2-1 系統(tǒng)方案配置表模塊使用方案電機調(diào)速控制模塊H型PWM電路檢速模塊光對射式電源模塊雙電源2.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1 嵌入式系統(tǒng)的硬件嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)硬件部分的核心，近年來嵌入式微處理器的主要發(fā)展方向是小體積、高性能、低功耗。專業(yè)分工也越來越明顯，出現(xiàn)了專業(yè)的IP(Intellectual Property Core知識產(chǎn)權(quán)核)供應(yīng)商。一般可以將嵌入式處理器分成以下4類：1) 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU

31、)單片機內(nèi)部集成了比較豐富的片上外設(shè)資源，適合用于控制。2) 嵌入式DSP(Digital Signal Processor)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法進行了特殊設(shè)計，具有很高的指令執(zhí)行速度，適應(yīng)于高速數(shù)字信號處理。如TI的TMS302C2000/C5000，Intel的MCS-296，Siemens的TriCoreo。3) 嵌入式微處理器(Microprocessor Unit，MPU)由通用計算機中的CPU演變而來，具有32位以上的處理器、較高的性能。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應(yīng)用中，它只保留與嵌入式應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其它冗余功能部分。4) 嵌入式SOC(System On

32、 Chip)處理器的體系結(jié)構(gòu)又可分為馮·諾依曼結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)和指令都存儲在同一存儲器)、哈佛體系結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)和指令都提供了各自獨立的存儲器)。2.2.2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)本設(shè)計的統(tǒng)硬件體系可以分為三部分，第一部分為微控制器組成的控制核心電路，第二部分為轉(zhuǎn)速檢測模塊和電動機驅(qū)動模塊組成的電動機接口電路，第三部分為鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊組成用戶接口電路，設(shè)計方案的硬件詳細框圖如圖2-2所示。圖2-2 詳細的硬件體系結(jié)構(gòu)框圖2.2.3 核心控制電路以嵌入式微控制器作為核心控制電路，作為硬件系統(tǒng)的中樞控制中心，用于協(xié)調(diào)和管理系統(tǒng)的其它硬件。本系統(tǒng)選用PHIPLIS公司的ARMTDMI-S內(nèi)核為

33、控制器LPC2124作為嵌入式系統(tǒng)的核心單元、該處理器內(nèi)部集成了系統(tǒng)所需的PWM模塊、脈沖捕獲模塊等。2.2.4 電動機接口電路電動機接口電路用于檢測和驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速檢測采用光電耦合器件配合控制核心的脈沖捕獲功能實現(xiàn)，電動機驅(qū)動電路采用控制核心的PWM功能和電機驅(qū)動芯片L298實現(xiàn)。2.2.5 用戶接口電路用戶接口電路用于獲取用戶的輸入和將系統(tǒng)相關(guān)信息顯示給用戶，本系統(tǒng)采用4×4矩陣鍵盤獲取用戶輸入，采用LCD1602系列液晶顯示屏顯示電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。2.3 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 嵌入式系統(tǒng)的軟件通常嵌入式系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)主要有兩種：前后臺系統(tǒng)(Foreg

34、round/Background)和基于嵌入式操作系統(tǒng)平臺的應(yīng)用系統(tǒng)。前后臺系統(tǒng)又稱為超循環(huán)系統(tǒng)(Super-loops)，其應(yīng)用程序是一個無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可看作后臺行為，中斷服務(wù)程序處理異步事件，可看作是前臺行為4；基于嵌入式操作系統(tǒng)平臺的應(yīng)用系統(tǒng)一般由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成，操作系統(tǒng)是連接計算機硬件與應(yīng)用程序的系統(tǒng)程序，嵌入式操作系統(tǒng)可以分為實時操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)兩類。2.3.2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計PWM更新模塊結(jié)合本系統(tǒng)的性能要求，本設(shè)計采用前后臺系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。前臺程序轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)速顯示模塊轉(zhuǎn)速測量模塊鍵盤掃描模塊后臺

35、程序轉(zhuǎn)速-PWM轉(zhuǎn)換模塊圖2-3 軟件體系結(jié)構(gòu)框圖2.3.3 后臺程序組成1) 轉(zhuǎn)速測量模塊轉(zhuǎn)速測量模塊用于將定時器捕獲的脈沖值轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速值，轉(zhuǎn)速值單位為RPM(Revolution Per Minute)，即每分鐘多少轉(zhuǎn)。此外，本模塊還具有轉(zhuǎn)向識別功能，用于控制PWM驅(qū)動的方向。2) 轉(zhuǎn)速-PWM轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)速-PWM轉(zhuǎn)換模塊用于將以RPM為單位的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為可以用來驅(qū)動電動機的PWM值。2.3.4 前臺程序組成1) 鍵盤掃描模塊鍵盤掃描將系統(tǒng)鍵盤接口的輸入映射為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)。2) PWM更新模塊PWM更新模塊將后臺轉(zhuǎn)換的PWM值更新到PWM輸出端。3) 轉(zhuǎn)速顯示模塊轉(zhuǎn)速顯示模塊將后臺

36、的檢測結(jié)果和用戶輸入顯示在LCD上。2.4 本章小結(jié)本章是系統(tǒng)的總體設(shè)計，首先介紹了系統(tǒng)的功能及技術(shù)上的可行性，然后將系統(tǒng)從功能上進行了模塊劃分，最后將系統(tǒng)分為硬件和軟件兩個部分分別介紹。硬件設(shè)計部分包括LPC2124為核心的控制電路、鍵盤和LCD組成的用戶電路、檢速和PWM驅(qū)動組成的電機接口電路三個單元，通過這種結(jié)構(gòu)，從硬件上實現(xiàn)了用戶和電機之間的數(shù)據(jù)通信；軟件部分采用前后臺體系結(jié)構(gòu)，后臺是系統(tǒng)的中斷處理程序，前臺負責(zé)對用戶數(shù)據(jù)的接收及系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的回顯。軟件和硬件均采用模塊化設(shè)計，這增強了系統(tǒng)的易維護性及開放性。第3章 系統(tǒng)硬件的詳細設(shè)計本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括微控制器電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、

37、PWM電動機驅(qū)動電路、LCD顯示電路、矩陣鍵盤電路等設(shè)計。3.1 微控制器電路嵌入式系統(tǒng)的硬件核心部件是各種類型的嵌入式處理器。嵌入式處理器在功耗、體積、成本、可靠性及運算處理能力等各方面性能指標(biāo)在不同的應(yīng)用場合均有較為特殊的要求，不同的行業(yè)不同的場合對嵌入式處理器的性能都有不同的要求，因此，嵌入式處理器芯片的種類繁多。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個系列。隨著集成電路制造工藝技術(shù)的提高32為處理器成本不斷降低，性價比占有很大優(yōu)勢，因此32位的嵌入式處理器得到越來越廣泛的應(yīng)用。在32位處理器中，采用ARM體系結(jié)構(gòu)的嵌入式處理器占有很大比例7。

38、3.1.1 ARM微處理器介紹ARM微處理器內(nèi)核是ARM技術(shù)的核心，目前市場上能夠見到的有ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、SecurCore、ARM11，還有Intel的Xcale微體系架構(gòu)及StrongARM等系列1。ARM處理器采用RSIC的架構(gòu)技術(shù)，它具備小體積，低功耗，低成本，高性能等特色，支持Thumb(16位)和ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件。ARM按照內(nèi)核可以分為以下幾種：1) ARM7微處理器系列ARM為低功率的32位RSIC處理器，包括32位地址線和數(shù)據(jù)線，最適合用于對價位核功率要求較高的應(yīng)用，其特點如下： 具有嵌入式ICE邏輯，調(diào)試開發(fā)

39、方便。 低功耗，適合便攜式產(chǎn)品。 具有16位Thumb指令集。 主頻可達130MIPS。常用的ARM7的內(nèi)核有：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ-s等，其中各個英文字母所代表的意義如下：T：支持16位Thumb指令集。D：支持在線Debug。M：內(nèi)嵌乘法器Multiplier。I：內(nèi)嵌入式ICE，支持在線斷點和調(diào)試。E：DSP指令，表示支持DSP的特定指令，主要是16位的Thumb指令。S：可以綜合，提供VHDL或者Verilog語言設(shè)計，可以實現(xiàn)自己特定的硬件。J：支持新的Java功能。本系統(tǒng)使用的PHILIPS公司的LPC2124就是采用ARM7TDMI

40、-S的內(nèi)核。2) ARM9微處理器系列除了ARM7的功能外，ARM9還具有以下特點： 支持32位的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)總線接口。 支持MMU(Memory Management Unit),可提供Windows CE及Linux Kernel 2.6以上的操作系統(tǒng)。 支持?jǐn)?shù)據(jù)緩存(Data Cache)及指令緩存(Instruction Cache),提高了CPU的處理效率。常用的ARM9的內(nèi)核有ARM920T、ARM922T和ARM940T。3) ARM9E微處理器系列它是一個綜合性的處理器，除了具有ARM9的功能外，

41、還增加了DSP和Java應(yīng)用系統(tǒng)的處理。其主要特色如下： 支持DSP指令集，適合高速運算。 支持VFP9浮點運算。 CPU主頻高達300MIPS。常用的ARM9E的內(nèi)核有：ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S。3.1.2 ARM寄存器ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組(BANK)，這些寄存器為31個通用寄存器，包括程序計數(shù)器(PC指針)，均為32位的寄存器。6個狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位。ARM處理器有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包括15個

42、通用寄存器 (R0-R14)、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。1) 寄存器R13寄存器R13在ARM指令中常用作堆棧指針，但這只是一種習(xí)慣用法，用戶也可使用其他的寄存器作為堆棧指針。而在Thumb指令集中，某些指令強制性的要求使用R13作為堆棧指針。由于處理器的每種運行模式均有自己獨立的物理寄存器R13，在用戶應(yīng)用程序的初始化部分，一般都要初始化每種模式下的R13，使其指向該運行模式的?？臻g，這樣，當(dāng)程序的運行進入異常模式時，可以將需要保護的寄存器放入R13所指向的堆棧，而

43、當(dāng)程序從異常模式返回時，則從對應(yīng)的堆棧中恢復(fù)，采用這種方式可以保證異常發(fā)生后程序的正常執(zhí)行。2) 寄存器R14R14也稱作子程序連接寄存器(Subroutine Link Register)或連接寄存器LR。當(dāng)執(zhí)行BL子程序調(diào)用指令時，R14中得到R15(程序計數(shù)器PC)的備份。其他情況下，R14用作通用寄存器。與之類似，當(dāng)發(fā)生中斷或異常時，對應(yīng)的分組寄存器R14_svc，R14_irq，R14_fiq，R14_abt和R14_und用來保存R15的返回值。3) 程序計數(shù)器PC(Rl5)寄存器R15用作程序計數(shù)器(PC)。在ARM狀態(tài)下，位1:0為0，位31:2用于保存PC;在Thumb狀態(tài)下

44、，位0為0，位31:1用于保存PC；雖然可以用作通用寄存器，但是有一些指令在使用R15時有一些特殊限制，若不注意，執(zhí)行的結(jié)果將是不可預(yù)料的。在ARM狀態(tài)下，PC的0和1位是0，在Thumb狀態(tài)下，PC的0位是0。寄存器R16用作CPSR(Current Program Status Register，當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)，CPSR可在任何運行模式下被訪問，它包括條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志位，以及其他一些相關(guān)的控制和狀態(tài)位。每一種運行模式下又都有一個專用的物理狀態(tài)寄存器，稱為SPSR(Saved Program Status Register，備份的程序狀態(tài)寄存器)，當(dāng)異常發(fā)生時

45、，SPSR用于保存CPSR的當(dāng)前值，從異常退出時則可由SPSR來恢復(fù)CPSR。由于用戶模式和系統(tǒng)模式不屬于異常模式，它們沒有SPSR，當(dāng)在這兩種模式下訪問SPSR，結(jié)果是未知的。3.1.3 ARM微處理器的選型1) 從速度上考慮如果所做的產(chǎn)品人機接口比較多，不需要CPU工作太多時間，通常會選用ARM7的CPU，例如PDA、MP3播放器、錄音筆等產(chǎn)品。但是如果需要CPU的工作量很大，就會考慮ARM9以上的CPU，如矩陣式硬盤。2) 從計算機上考慮如視頻壓縮和解壓縮的產(chǎn)品PMP(Portable Media Player)，還有一些高端的手機也都有視頻壓縮和解壓縮功能。此類產(chǎn)品會選用有浮點運算及D

46、SP功能的ARM9E以上的CPU。3) 從操作系統(tǒng)上考慮一類是需要CPU提供MMU的操作系統(tǒng)，如WinCE或Linux等，就需要ARM9以上的CPU；另一類是不需要MMU的操作系統(tǒng)，如uClinux。4) 從控制器接口考慮除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片都根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴展了相關(guān)功能控制器，并整合在SoC之中，即控制接口。如USB控制器、IIS控制器、LCD控制器、鍵盤控制器、RTC、ADC和DAC等。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的需求，盡量采用SoC內(nèi)的控制器來完成所需要的功能。這樣既可以簡化系統(tǒng)設(shè)計，同時又可以提高系統(tǒng)的可靠性。綜上所述，本系統(tǒng)采用PHILIPS公司的LPC212

47、4。LPC2124包含一個支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、與片內(nèi)存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA高性能總線(AHB)和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線(VPB，ARMAMBA總線的兼容超集)。片內(nèi)有16K字節(jié)靜態(tài)RAM和256K的FLASH存儲器。3.2 PWM電動機驅(qū)動電路3.2.1 PWM基本原理PWM(Pulse Width Modulation)控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形(含形狀和幅值)。1) 基礎(chǔ)理論 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量是指窄脈沖的面積。效果基

48、本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。圖3-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖2) 原理-面積等效 分別將如圖3-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)(R-L電路)上，如圖3-2的a)圖，其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應(yīng)波形如圖3-2的圖b)所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同8。圖3-2 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形

49、用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積(沖量)相等，寬度按正弦規(guī)律變化。要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。如圖3-3所示。圖3-3 用PWM波代替正弦半波3.2.2 PWM調(diào)速控制系統(tǒng)介紹20世紀(jì)70年代以前，以晶閘管為基礎(chǔ)組成的相控整流裝置是機電傳動中主要使用的變速裝置，但是由于晶閘管是一種只能控制其導(dǎo)通不能控制其關(guān)斷的半控型器件，使得由其構(gòu)成的V-M(晶閘管-電動機調(diào)速)系統(tǒng)的性能受到一定的限制。電力電子器件的發(fā)展，使得稱為第二代電力電子器件的既能控制其導(dǎo)通

50、又能控制其關(guān)斷的全控型器件得到了廣泛的應(yīng)用，采用全控型電力電子器件GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、GTR(電力晶體管)、P-MOSFET(電力場效應(yīng)管)、IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)等組成的直流脈沖寬度調(diào)制型(PWM)調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成熟，用途越來越廣，在直流電氣傳動中呈現(xiàn)越來越普遍的趨勢。1) PWM系統(tǒng)的優(yōu)點 主電路線路簡單，需用的功率元件少。 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗和發(fā)熱都較小。 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬。 系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強。 主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高。 直流電源采用不控三相整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)高。2) 脈寬

51、調(diào)速原理通常，在一個電機控制系統(tǒng)中，通過功率器件將所需的電流和能量傳送到電機線圈繞組中來控制電機的速度和轉(zhuǎn)矩，而PWM信號即是用來控制功率器件的開啟和關(guān)閉時間的8。脈寬調(diào)速實質(zhì)上是調(diào)節(jié)加在電機兩端的平均功率，其表達式為：(3-1)式中P為電機兩端的平均功率；為電機全速運轉(zhuǎn)的功率；K為脈寬。當(dāng)K=1時，相當(dāng)于加入直流電壓，這時電機全速運轉(zhuǎn)，；當(dāng)K=0時，相當(dāng)于電機兩端不加電壓，電機靠慣性運轉(zhuǎn)。當(dāng)電機穩(wěn)定開動后，有 (f為摩擦力)則：(3-2)所以，(3-3)由上式可知電動機的轉(zhuǎn)速與脈寬成正比。3) PWM變換器調(diào)速方式(1 雙極性變換器雙極性變換器是兩路輸入高低電平相反的PWM信號，通過其高電平

52、時差決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。缺點是電路復(fù)雜，優(yōu)點是調(diào)速范圍廣、低速平穩(wěn)性好。從系統(tǒng)功能實現(xiàn)的簡單性出發(fā)，本設(shè)計將采用雙極性變換器。(2 單極性變換器單極性方式變換器是一路輸入低電平，另一路輸入PWM信號，兩路切換和對PWM調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。優(yōu)點是電路簡單，缺點是調(diào)速范圍窄，轉(zhuǎn)向不易控制。3.2.3 PWM控制電路經(jīng)典的模擬控制電路主要由PWM電路、延時電路和驅(qū)動電路組成。其基本電路結(jié)構(gòu)和調(diào)制原理如圖3-4。PWM發(fā)生電路是采用三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波放大后與一路可調(diào)直流電壓(電流調(diào)節(jié)器輸出的U1)進行比較，電壓比較器輸出的是一系列方波信號。如果改變U1的大小，那么方波脈沖寬度將會改變

53、，從而達到脈寬調(diào)制的目的。(a) 基本電路結(jié)構(gòu)(b) 脈寬調(diào)制原理圖3-4 PWM基本電路結(jié)構(gòu)和調(diào)制原理脈寬調(diào)制信號的質(zhì)量，對于PWM調(diào)速系統(tǒng)是十分重要的。然而它的質(zhì)量主要取決于三角波信號的質(zhì)量。如果三角波的線性度不好，那么PWM的輸出將得不到對稱的波形。這對調(diào)速系統(tǒng)來說，將大大地降低系統(tǒng)的性能，出現(xiàn)正反轉(zhuǎn)不平衡。在本設(shè)計中，主要功能芯片為LPC2124，由于該芯片自帶PWM模塊，所以控制部分省去了三角波產(chǎn)生電路、脈沖調(diào)制電路以及PWM信號延遲分配電路，取而代之的是LPC2124芯片的PWM模塊和附加外圍電路組成的雙極性PWM發(fā)生器。采用這種芯片控制可以增加調(diào)速的靈活性和精確性，同時又可以在實

54、現(xiàn)調(diào)速功能之外實現(xiàn)其他的功能。LPC2124可提供6路PWM直接輸出，控制電機的調(diào)速范圍大，使用方便。本設(shè)計使用LPC2124的P0.21引腳的PWM5功能，P0.25的GPIO功能,外接由74HC08和7404組成的組合電路，生成兩路PWM信號，如圖3-5所示。圖3-5 PWM控制電路3.2.4 PWM驅(qū)動電路1) 雙極性橋式電路原理雙極性驅(qū)動電路目前常用的是H型，也就是橋式電路。采用以GTR為開關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)，如圖3-6所示。圖中，四只GTR分為兩組，VT1和VT4為一組，VT2和VT3為另一組。同一組中的兩只GTR同時導(dǎo)通，同時關(guān)斷，且兩組晶體管之間可以是

55、交替的導(dǎo)通和關(guān)斷。欲使電動機M向正方向轉(zhuǎn)動，則要求控制電壓Uk為正。欲使電動機反轉(zhuǎn)，則使控制電壓Uk為負即可。圖3-6 H橋功率放大電路結(jié)構(gòu)2) L298實現(xiàn)電動機雙極性控制在實際中，橋式電路中四個三極管的參數(shù)由于各種影響會不一致，使控制難度加大，考慮到電壓、電流的等級及尺寸、外觀等因素，本系統(tǒng)采用L298來代替三級管所構(gòu)成的驅(qū)動電路。驅(qū)動芯片L298是驅(qū)動二相和四相步進電機的專用芯片，我們利用它內(nèi)部的橋式電路來驅(qū)動直流電機，這種方法有一系列的優(yōu)點。每一組PWM波用來控制一個電機的速度，而另外兩個I/O口可以控制電機的正反轉(zhuǎn)，控制比較簡單，電路也很簡單，這樣簡化了電路的復(fù)雜性。 L298每個H橋的下側(cè)橋臂晶體管發(fā)射極連在一起，其輸出腳(SENSEA和SENSEB)用來連接電流檢測電阻。IN1-IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號，用來控制H橋的開與關(guān)，即實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。ENA、ENB引腳則為使能控制端，UTI-OUT4是信號的輸出端，用于控制電機9。下表給出了電機控制方向引腳的邏輯關(guān)系。表3-4 L298引腳的邏輯關(guān)系ENA(ENB)IN1(IN3)IN2(IN4)電機運行狀態(tài)HHL正轉(zhuǎn)LLH反轉(zhuǎn)H同IN2(IN4)同IN1(IN3)快速停止LXX停止圖3-8為采用內(nèi)部集成有兩個橋式電路