基于單片機(jī)的直流伺服驅(qū)動器

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　　1 引 言

　　直流伺服驅(qū)動器憑借其優(yōu)異的驅(qū)動性能，在工業(yè)、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。典型的直流伺服驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。整個(gè)系統(tǒng)是由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成的多環(huán)控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的伺服驅(qū)動器使用運(yùn)放為核心的模擬電路構(gòu)成，其有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)調(diào)整不易和系統(tǒng)性能易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)。隨著微處理器技術(shù)、模擬數(shù)字接口技術(shù)和功率半導(dǎo)體技術(shù)的長足發(fā)展，現(xiàn)代的直流伺服驅(qū)動器普遍采用由微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。以微處理器為核心的伺服驅(qū)動器不但可以方便實(shí)現(xiàn)以前用模擬電路無法實(shí)現(xiàn)的控制算法，并且有著結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)調(diào)整方便、系統(tǒng)性能對環(huán)境參數(shù)不敏感等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，數(shù)字控制系統(tǒng)還可以充分利用成熟的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)并行運(yùn)行。

　　?1-1

　　2 芯片特性簡介

　　SPMC752313A是μ’nSP?系列產(chǎn)品的一個(gè)新成員，是凌陽科技新推出的專用于電機(jī)驅(qū)動的16位微控制器。其擁有性能出色定時(shí)器和PWM信號發(fā)生器。可以方便的實(shí)現(xiàn)各種電機(jī)伺服驅(qū)動方案。

　　SPMC75F2313A在4.5V~5.5V工作電壓范圍內(nèi)的工作速度范圍為0~24MHz，擁有2K字SRAM和32K字閃存ROM；最多33個(gè)可編程的多功能I/O端口；4個(gè)通用16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（其中有一個(gè)電機(jī)驅(qū)動專用PWM波形發(fā)生器，一個(gè)位置偵測接口定時(shí)器），且每個(gè)定時(shí)器均有PWM發(fā)生的事件捕獲功能；2個(gè)專用于定時(shí)可編程周期定時(shí)器；可編程看門狗；低電壓復(fù)位/監(jiān)測功能；8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換。在這些硬件外設(shè)的支持下SPMC75F2313A在電機(jī)控制領(lǐng)域有相當(dāng)優(yōu)秀的表現(xiàn)。SPMC75F2313A的特性如下：

　　點(diǎn)擊看原圖

　　3 系統(tǒng)總體方案介紹

　　本伺服驅(qū)動器主要由凌陽SPMC75F2313A、由IRF540組成的功率全橋和各種接口模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1所示。驅(qū)動器使用帶電流環(huán)的位置伺服結(jié)構(gòu)，其中位置伺服環(huán)可根據(jù)需要選擇是否接入系統(tǒng)。驅(qū)動器使用20KHz的雙極性PWM，以保證系統(tǒng)良好的動態(tài)性能。

　　3-1

　5-1

　　各控制環(huán)的核心服務(wù)子程序的流程如圖 5-2所示。這幾部分是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其性能也決定了整個(gè)驅(qū)動器的性能。因此，這幾部分使用純匯編編寫，相應(yīng)的PID算法也根據(jù)不同控制環(huán)的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和性能優(yōu)化。以最大限度保證這幾部分程序的性能和實(shí)時(shí)性。

　　圖 5-2 PWM周期中斷服務(wù)子程序流程圖

　　系統(tǒng)控制部分是整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)的心臟。整個(gè)系統(tǒng)都在其協(xié)調(diào)下有條不紊的工作。這部分主要是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置和當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)給出相應(yīng)的控制信息，以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

　　人機(jī)接口界面程序，這部主要是為用戶提供一個(gè)簡單易用的交互接口，以方便用戶對驅(qū)動器的可靠控制。包括驅(qū)動器的起停、各種運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置都在這一層面上進(jìn)行。

　　6 結(jié) 語

　　通常，在開發(fā)伺服驅(qū)動設(shè)備的過程中，需要編寫實(shí)時(shí)性、程序可讀性強(qiáng)的代碼，這時(shí)就需要采用混合編程。而凌陽的m’nSP? IDE具有良好的編程環(huán)境，它可以很輕松、容易地進(jìn)行混合編程（在C程序中調(diào)用匯編程序，在匯編程序中調(diào)用C程序）。

　　該系統(tǒng)用了SPMC75F2313A三個(gè)定時(shí)器和約30個(gè)IO口資源，其實(shí)SPMC75F2313A的資源相當(dāng)豐富。因其有專業(yè)的電機(jī)驅(qū)動硬件支持，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)變得相對簡單。因此，基于SPMC75F2313A的電機(jī)伺服驅(qū)動器系統(tǒng)在工業(yè)、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。