DSP 电机实验
一、直流电机实验
1.直流电机介绍
直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
1.1 TC1508S电机驱动芯片介绍
查找芯片手册绘制真值表，电机的两个引脚没有正反之分，如果按照真值表输出后发现本应该前进的状态变成了后退，可以将接在电机两端的接线反过来接，或者改变代码，配合当前电机运行状态。
J2显示可以接两组电机，但是如果将两组电机接上，会出现两组电机都不能转动，原因是电压不足，此原理图只能单独驱动一组电机，若想驱动两组，则需要外加直流电压源。
2.软件设计
本章所要实现的功能是：通过K1、K2、K3键控制电机的正反转和停止，并且控制LED1指示灯不断闪烁，提示系统正在运行。
#define DC_MOTOR_INA_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO2=1)
#define DC_MOTOR_INA_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO2=1)
#define DC_MOTOR_INB_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO3=1)
#define DC_MOTOR_INB_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO3=1)
#define DC_MOTOR_INC_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO4=1)
#define DC_MOTOR_INC_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO4=1)
#define DC_MOTOR_IND_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO5=1)
#define DC_MOTOR_IND_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO5=1)
void DC_Motor_Init(void)
{
EALLOW;
SysCtrlRegs.PCLKCR3.bit.GPIOINENCLK = 1;// 开启GPIO时钟
//DC_MOTOR 第1路端口配置
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO2=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO2=1; //输出
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO3=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO3=1;
//DC_MOTOR 第2路端口配置
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO4=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO4=1;
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO5=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO5=1;
EDIS;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO2=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO3=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO4=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO5=1;
}
void main()
{
int i=0;
char key=0;
InitSysCtrl();
LED_Init();
KEY_Init();
DC_Motor_Init();
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
switch(key)
{
case KEY1_PRESS: DC_MOTOR_INA_SETH;DC_MOTOR_INB_SETL;break; //正转
case KEY2_PRESS: DC_MOTOR_INA_SETL;DC_MOTOR_INB_SETH;break; //反转
case KEY3_PRESS: DC_MOTOR_INA_SETL;DC_MOTOR_INB_SETL;break; //停止
}
i++;
if(i%2000==0)
{
LED1_TOGGLE;
}
DELAY_US(100);
}
}二、步进电机实验
1.步进电机介绍
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机在速度、位置等控制领域的控制操作非常简单。虽然步进电机应用广泛，但它并不像普通的直流和交流电机那样在常规状态下使用， 它必须由双环形脉冲信号、 功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机也非易事，它涉及机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机主要分为以下几类：
(1)永磁式(PM)
(2)反应式(VR)
(3)混合式(HB)
步进电机主要技术指标如下：
（1）相数
（2）步距角
（3）拍数
（4）保持转矩
1.1 步进电机工作原理
（1）工作原理
步进电机有三线式、 四线式、 五线式和六线式， 但其控制方式均相同， 都要以脉冲信号电流来驱动。 假设每旋转一圈需要 200 个脉冲信号来励磁， 可以计算出每个励磁信号能使步进电机前进 1.8° 。 其旋转角度与脉冲的个数成正比。 步进电动机的正、 反转由励磁脉冲产生的顺序来控制。 六线式四相步进电机是比较常见的， 它的控制等效电路如下图所示：
（2）励磁方式
步进电机的励磁方式分为全步励磁和半步励磁两种。其中全步励磁又有一相励磁和二相励磁之分， 半步励磁又称一二相励磁。 假设每旋转一圈需要 200 个脉冲信号来励磁， 可以计算出每个励磁信号能使步进电动机前进 1.8°（360/200=1.8）。
简要介绍如下：
①一相励磁：在每一瞬间， 步进电机只有一个线圈导通.每送一个励磁信号， 步进电机旋转 1.8， 这是三种励磁方式中最简单的一种。 其特点是:精确度好、 消耗电力小，但输出转矩最小， 振动较大。 如果以该方式控制步进电机正转
②二相励磁：在每一瞬间，步进电动机有两个线圈同时导通。每送一个励磁信号， 步进电机旋转 1.8。 其特点是： 输出转矩大， 振动小， 因而成为目前使用最多的励磁方式。 如果以该方式控制步进电机正转， 对应的励磁顺序见下表。 若励磁信号反向传送， 则步进电机反转。
③一二相励磁：为一相励磁与二相励磁交替导通的方式。 每送一个励磁信号， 步进电机旋转 0.9。 其特点是:分辨率高， 运转平滑， 故应用也很广泛。 如果以该方式控制步进电机正转，对应的励磁顺序见下表。 若励磁信号反向传送， 则步进电机反转。
1.2 ULN2003芯片介绍
ULN2003是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路。它是由7对NPN达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是500mA。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器（LED气体放电），线路驱动器和逻辑缓冲器。ULN2003的每对达林顿管都有一个2.7k串联电阻，可以直接和TTL或5V CMOS装置。（输入低电平，输出高电平）
2.硬件设计
3.软件设计
本章所要实现的功能是：通过K1、K2键控制四线双极性步进电机的正反转，并且控制LED1指示灯不断闪烁，提示系统正在运行。（步进电机采用一相励磁方式）
#define STEP_MOTOR_4LINE2
//#define STEP_MOTOR_5LINE4
#define MOTO_OUTA_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO2=1)
#define MOTO_OUTA_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO2=1)
#define MOTO_OUTB_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO3=1)
#define MOTO_OUTB_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO3=1)
#define MOTO_OUTC_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO4=1)
#define MOTO_OUTC_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO4=1)
#define MOTO_OUTD_SETH (GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIO5=1)
#define MOTO_OUTD_SETL (GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO5=1)
void Step_Motor_Init(void)
{
EALLOW;
SysCtrlRegs.PCLKCR3.bit.GPIOINENCLK = 1;// 开启GPIO时钟
//Step_MOTOR端口配置
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO2=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO2=1;
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO3=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO3=1;
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO4=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO4=1;
GpioCtrlRegs.GPAMUX1.bit.GPIO5=0;
GpioCtrlRegs.GPADIR.bit.GPIO5=1;
EDIS;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO2=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO3=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO4=1;
GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIO5=1;
}| HEX | GPIO7 | GPIO6 | GPIO5(3B) | GPIO4(3A) | GPIO3(2B) | GPIO2(2A) | GPIO1 | GPIO0 |
| 0xf7 |
1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 0xdf | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0xfb | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0xef | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| HEX | GPIO7 | GPIO6 | GPIO5(3B) | GPIO4(3A) | GPIO3(2B) | GPIO2(2A) | GPIO1 | GPIO0 |
| 0xef |
1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0xfb | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0xdf | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 0xf7 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 |
#ifdef STEP_MOTOR_5LINE4
unsigned char Step_table_ZTurn[]={0xfff7,0xfffb,0xffdf,0xffef};
unsigned char Step_table_FTurn[]={0xffef,0xffdf,0xfffb,0xfff7};
#endif
#ifdef STEP_MOTOR_4LINE2
unsigned char Step_table_ZTurn[]={0xfff7,0xffdf,0xfffb,0xffef};
unsigned char Step_table_FTurn[]={0xffef,0xfffb,0xffdf,0xfff7};
#endif
void main()
{
int i=0;
char key=0;
short cnt=0;
char j=0;
InitSysCtrl();
LED_Init();
KEY_Init();
Step_Motor_Init();
while(1)
{
key=KEY_Scan(0);
#ifdef STEP_MOTOR_4LINE2
if(key==KEY1_PRESS)
{
cnt=1024; //为了让电机旋转一定的时间，方便看出现象
while(cnt--)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Step_table_ZTurn[j];
DELAY_US(5000); //延时是为了控制输出频率，频率太小，旋转慢，会出现抖动；频率太高，会出现电机不旋转，并且发出滋滋声
}
}
}
else if(key==KEY2_PRESS)
{
cnt=1024;
while(cnt--)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Step_table_FTurn[j];
DELAY_US(5000);
}
}
}
#endif
#ifdef STEP_MOTOR_5LINE4
if(key==KEY1_PRESS)
{
cnt=1024;
while(cnt--)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Step_table_ZTurn[j];
DELAY_US(5000);
}
}
}
else if(key==KEY2_PRESS)
{
cnt=1024;
while(cnt--)
{
for(j=0;j<4;j++)
{
GpioDataRegs.GPADAT.all=Step_table_FTurn[j];
DELAY_US(5000);
}
}
}
#endif
i++;
if(i%2000==0)
{
LED1_TOGGLE;
}
DELAY_US(100);
}
}