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案例頻道一．引言
本文設計的基于DSP的步進電機控制系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，采用的DSP是TI公司的TMS320LF
二．設計方案概述
本測控系統(tǒng)主要分為兩個模塊：一個是串行通信接口SCI同微機的RS-232接口，另一個就是脈寬調(diào)制電路PWM控制步進電機。在串行通信接口模塊中使用SCITXD/IOPA0和SCIRXD/IOPA1引腳，電路由Maxim公司的芯片MAX232A和少量的外圍元件構成。PC的串行通信使用的是VB提供的控件MSComm，通過事件驅(qū)動方式，利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理通信事件。步進電機的驅(qū)動器為UCN5804B，它提供有方向和輸出使能控制，STEP IN引腳接DSP輸出的PWM信號，按照收到的脈沖頻率和個數(shù)輸出四相電流驅(qū)動步進電機的運行。
三．系統(tǒng)硬件設計
圖1所示是SCI串行通信總線接口電路，該電路采用了符合RS-232標準的驅(qū)動芯片
MAX232，進行串行通信。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供電，具有兩個接收和發(fā)送通道。由于TMS320LF2407采用+3.3V供電，所以在MAX232與TMS320LF2407之間加了TI公司提供典型電平匹配電路。SCITXD/IOPA0，SCIRXD/IOPA1接DSP控制器SCI串行通信模塊的輸入輸出，RXD，TXD接外部RS-232接口。
圖2所示是DSP和UCN5804B的主要接口電路，UCN5804B是Allegro公司生產(chǎn)的步進電機專用驅(qū)動芯片，對四相步進電機提供完全的控制和驅(qū)動。其中DSP的IOPA5，IOPA6被設置成通用I/O口輸出，分別控制UCN5804B的使能和方向。T1PWM/T1CMP/IOPB4被設置為PWM功能，提供脈沖輸入。其中運行模式被強制設置為單-雙相勵磁，無須DSP控制。在用PWM信號控制步進電機時，主要是輸出脈沖的頻率決定電機的運行速度，因此只要能實時改變PWM的脈沖輸出頻率，也就是更改相應計時器的周期寄存器的值，就能實時更改電機的運行速度。
系統(tǒng)所使用DSP芯片內(nèi)部硬件資源包括EVA的通用計時器1，SCI接收器和發(fā)送器，以及控制器復位引腳，功率驅(qū)動保護中斷輸入引腳，PLL振蕩器輸入引腳。
因為2407A芯片為3.3V供電，而外圍電路接口為+5V，所以對于多電源工作的DSP應用系統(tǒng)，可以采用TI公司的TPS7333Q芯片。這是輸入電壓+5V，輸出電壓3.3V，輸出電流500mA的DC/DC芯片。由于DSP的外圍器件一般為5V的居多，這就存在一個DSP與外圍器件之間的電平轉(zhuǎn)換問題。74LVC4245芯片的輸入端可承受5.5V信號，輸出信號的電平為3.3V，可以輕松實現(xiàn)2407A與周圍器件的電平轉(zhuǎn)換。
四．系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)控制程序主要有初始化子程序，通信中斷子程序，主程序以及脈沖輸出中斷子程序。主程序調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序，進行通信接口，定時器等部分及必要中間寄存器的初始化，設置中斷標志，讀取定時器1的計數(shù)值。當發(fā)生中斷時，調(diào)用相應中斷程序，并修改或重置標志位。
通信中斷子程序包括接收中斷和發(fā)送中斷，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。由SCI的中斷向量寄存器PIVR的值判斷是接收中斷還是發(fā)送中斷，并調(diào)用相應服務子程序。再計算定時器周期寄存器的值，結果放入中間寄存器，并把計數(shù)器清零。發(fā)送中斷時，系統(tǒng)讀取電機電流，轉(zhuǎn)速和方向等寄存器的值，同時相應寄存器清零，將各結果發(fā)送到PC機。
當定時器中計數(shù)器與周期寄存器匹配時，即發(fā)生輸出中斷，相應標志位置位，脈沖輸出中斷子程序根據(jù)標志位讀取相應中間寄存器的脈沖值和方向標志，并輸出到I/O，隨即計數(shù)器清零，重新開始計數(shù)，同時標志位清零。為增強程序容錯性能，系統(tǒng)使能看門狗定時器。另外，為防止干擾影響控制性能，需增加返回中斷服務子程序，此程序只有一條“return”指令，當發(fā)生干擾中斷時，系統(tǒng)直接返回主程序。
LDP #DP_EVA ；指向7400h～7480h單元
SPLK #41H,GPTCONA ；允許定時器比較輸出
SPLK #5H，T1PR ；設置周期寄存器
SPLK #3H，T1CMPR ；設置比較寄存器
SPLK #0H，T1CNT ；設置計數(shù)寄存器
SPLK #0F4EH，T1CON ；
以及串行通信初始化程序：
LDP #0E1H
LACL MCRA
OR #03H
SACL MCRA ；設置串行口引腳為特殊功能：TXD，RXD
LDP #DP_PF1
SPLK #000FH，SCICCR ；地址位喚醒模式，8位數(shù)據(jù)1位停止位
SPLK #0003H，SCICTL1 ；接收，發(fā)送，內(nèi)部時鐘使能
SPLK #0002H，SCICTL2 ；接收中斷使能
SPLK #0001H，SCIHBAUD
SPLK #0038H，SCILBAUD ；波特率為9600
SPLK #0027H，SCICTL1 ；串口初始化完成
LAR AR1，#SCIRXBUF ；接收緩沖寄存器地址
LAR AR2，#SCITXBUF ；發(fā)送緩沖寄存器地址
LAR AR3，#RXD_PTR ；接收的數(shù)據(jù)指針
LAR AR4，#TXD_PTR ；發(fā)送的數(shù)據(jù)指針
LDP #0
SPLK #0001H，IMR ；允許INT1中斷
SPLK #0FFFFH，IFR ；清所有中斷標志
CLRC INTM ；開中斷
RET
在本程序中，DSP從PC接收數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)存放到了RXD_PTR，我們就用這個值來改變定時器的周期，從而改變PWM的周期和頻率，也就改變步進電機的運行速度。其中四相步進電機以單極驅(qū)動，是脈沖驅(qū)動方式。從PC機接收數(shù)據(jù)的中斷程序為：
GISR1： ；INT1中斷入口
LDP #0E0H ；保護現(xiàn)場
LACC PIVR，1 ；讀取外設中斷向量寄存器
ADD #PVECTORS ；加上外設中斷入口地址
BACC ；跳到相應的中斷服務子程序
SCI_RX_ISR： ；接收中斷服務程序
LDP #DP_PF1
MAR *，AR1
BIT SCICTL1，BIT2
LACC *，AR3 ；讀入數(shù)據(jù)
SACL *+，AR0 ；保存數(shù)據(jù)
LAR AR0，#RXD_PTR
ADRK #N
MAR *，AR3
CMPR 00
BCND SCI_RX_END，NTC ；判是否接收完
LAR AR7，#RXD_PTR ；
SAR AR7，T1PR
LAR AR3，#RXD_PTR ；恢復數(shù)據(jù)指針
SCI_RX_END：
CLRC INTM ；中斷返回，恢復現(xiàn)場
RET
五．結束語
本文所設計的DSP測控系統(tǒng)通過與微機的接口，可以方便的控制四相步進電機的運行。在PC機的接收端，使用Visual Basic編一個簡易的軟件界面，設好通信的波特率，就可以發(fā)送不同的數(shù)據(jù)到DSP，這樣控制就顯得比較簡便。適合于通信距離近的場合，現(xiàn)場控制等。
參考文獻：
[1] 劉和平等。TMS320LF240X DSP結構原理及應用[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[2] 王曉明。電動機的單片機控制[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[3] 王福瑞。單片機測控系統(tǒng)設計大全[M]。北京：北京航空航天大學出版社
[4] 劉和平等。TMS320LF240X DSP C語言開發(fā)應用[M]。北京：北京航空航天大學出版社
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號