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基于S3C2440A的直流电机转速控制系统设计
双击自动滚屏 发布者:admin 发布时间:2012-07-30 阅读:3230次 【字体:

直流电机作为一种动力产生装置,在工业及日常生活中得到了广泛应用。对直流电机的控制有两方面:转速与转向。ARM是近年来发展非常迅速的处理器,有着很好的应用前景。将ARM处理器应用于直流电机的转速控制,有极大的使用价值。本文将S3C2440A处理器应用于直流电机的控制,对系统的工作原理及工作流程进行了研究与设计。
1 PWM功能简介
PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制器)功能是由处理器提供的一种定时器。通过对PWM功能寄存器的设置,就可以设定占空比的大小、定时频率的高低,这样就可以通过控制电路来实现PWM输出。
PWM的一个优点是从处理器到被控制系统的信号都是数字形式的,无需进行数/模转换。让信号保持为数字形式可以将噪声影响降到最小,噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或者将逻辑0改变为逻辑1时,才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端,通过适当的RC或LC网络可以滤除用于调制的高频方波并将信号还原为模拟形式。
PWM广泛应用在多种系统中。这里将其应用于直流电机的转速控制。
2 硬件设计
由ARM公司设计的采用RISC架构的ARM处理器性能强,功耗低,体积小,支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,指令执行速度快。目前ARM系列微处理器在32位RISC嵌入式产品中已经占据75%以上的市场份额。现在ARM已经发展到了ARM11系列,不过市场上应用最多的还是ARM9系列,其性价比也占有优势。
2.1 S3C2440A简介
S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T内核的16/32位RISC处理器。此款处理器提供了丰富通用的片上外设,大大减少了系统电路中除处理器以外的元器件配置。S3C2440A有4路PWM定时器,1路内部定时器,8路ADC和触摸屏接口,130个通用I/O,24个外部中断源。最高工作频率可以达到400 MHz,完全能够完成设计要求。
2.2 硬件实现
为提高系统效率,降低功耗,功放驱动电路采用基于双极型H桥型脉宽调制方式(PWM)的集成电路L298N。L298N是SGS公司的产品,内部包含两个H桥高电压大电流桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可以驱动46 V,2 A以下的电机,工作温度范围-25~+130℃。L298N的内部结构如图1所示。

L298N可以同时驱动2个直流电机,在这里只需要用到1个,将电机放在OUT1与OUT2之间即可。其中EnA是控制使能端,控制OUT1和OUT2之间电机的停转。IN1,IN2脚接入控制电平,控制OUT1和OUT2之间直流电机的转动方向。当使能端EnA有效,IN1为低电平IN2为高电平时,三极管T2,T3导通,T1,T4截止,电机反转;相反当IN1为高电平IN2为低电平时,三极管T1,T4导通,T2,T3截止,电机正转。当IN1,IN2电平相同时,电机停转。
由于S3C2440A本身就带有4个PWM输出口,直接输出控制信号到L298N即可,无须另加电路。系统原理框图如图2所示。系统中选用了工作在中断模式下的定时器1作为产生PWM的定时器。通过编程设定I/O口GPB0作为定时器1输出PWM的端口,接入L298N的EnA端口,根据定时器1输出的PWM频率分别控制2个直流电机的转速。端口IN1连接GPB5,IN2连接GPB6。通过改变GPB5与GPB6电平的高低实现电机的正转与反转。电机的停止操作可以通过调制脉冲宽度为0即占空比为0或者关闭定时器的使能位实现。为保证L298N驱动芯片正常工作,还要在其与直流电机之间加入两对续流二极管用以将电机中反向电动势产生的电流分流到地或电源正极,以免反向电动势对L298N产生损害(http://www.invictamax.com )。
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