基于GP32的直流電機(jī)控制器測(cè)試系統(tǒng)

1．系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用于測(cè)試直流電機(jī)控制器的功能和性能。測(cè)試內(nèi)容主要包括測(cè)試控制器的電流 值、速度值和PWM 輸出的波形變化等。測(cè)試系統(tǒng)采集到這些值后，通過(guò)串口發(fā)送給PC 方 顯示，能夠方便用戶監(jiān)看、分析。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試直流串勵(lì)電機(jī)控制器和直流他勵(lì)電機(jī) 控制器的性能和功能。

本測(cè)試系統(tǒng)硬件系統(tǒng)部分由主控芯片 MC68HC908GP32 最小系統(tǒng)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、 SCI 通信電路、光電隔離控制電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路和繼電器驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。該系統(tǒng)能對(duì)多種模擬量進(jìn)行采集，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為0-5V 的電壓信號(hào)，再將電壓信號(hào)送入A/D 轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。為了節(jié)約I/O 口，本系統(tǒng)的A/D 轉(zhuǎn)換芯片采用2 片TLC2543 , 第I 片用于模擬量輸入，負(fù)責(zé)采集各傳感器的值，第II 片用于采集各開(kāi)關(guān)的狀態(tài);本測(cè)試系 統(tǒng)經(jīng)常要讀取電機(jī)的當(dāng)前速度，且精度要求比較高，所以采用輸入捕捉的方式采集測(cè)功機(jī)的 轉(zhuǎn)速;同時(shí)系統(tǒng)需要采集24V 開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，而負(fù)責(zé)采集的MCU 子系統(tǒng)的工作電壓是SV，為 了保障MCU 的正常工作，所以需要采用光電隔離電路來(lái)實(shí)現(xiàn)24V 到5V 的轉(zhuǎn)換。

2.系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇了 Freescale Semiconductor 公司的MC68HC908GP32 處理器作為整個(gè)測(cè)試系 統(tǒng)的主控芯片，它是Motorola 的新型08 系列單片機(jī)中的一種通用芯片。具有一速度快、功 能強(qiáng)和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，并且向下兼容原有的M68HC05 系列單片機(jī)，極大地維護(hù)了用戶的利 益，而目‘新一代的M68HC08 系列機(jī)種按各種型號(hào)帶有小同大小的片內(nèi)閃速(FLASH)存儲(chǔ)器，具有非常高的性價(jià)比。根據(jù)小同的應(yīng)用，08 系列單片機(jī)分出很多型號(hào)，而本設(shè)計(jì)采用 的MC68HC908GP32 單片機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)08 單片機(jī)核心的基礎(chǔ)上，增加了增強(qiáng)型的串行通訊接口 SCI 和串行外圍接口SPI。

2.1 串行通信SCI 電路

串行通信是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的通信機(jī)制之一，在MCU 中，若用RS-232C 總線進(jìn)行串行通信，則需外接電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端需要用驅(qū)動(dòng)電路將TTL 電平轉(zhuǎn)換成RS-232C 電平，在接收端需要用接收電路將RS-232C 電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL 電平。電平轉(zhuǎn)換器小僅可以由 品體管分立元件構(gòu)成，也可以直接使用集成電路，本系統(tǒng)中使用MAX232 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。 MAX232 芯片簡(jiǎn)單易用，單+5V 電源供電，僅需外接幾個(gè)電容即可完成從TTL 電平到RS-232 電平的轉(zhuǎn)換， PC 通過(guò)設(shè)置不同的協(xié)議同時(shí)與本系統(tǒng)和電機(jī)控制器進(jìn)行串行通信。PC 發(fā)出 的數(shù)據(jù)，通過(guò) MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)和電機(jī)控制器同時(shí)收到，然后根據(jù)幀頭決定是否對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本系統(tǒng)和電機(jī)控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)由PC 接收。SCI 通信電路原理圖如圖2 所示。

數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程:MCU 的TxD ( TTL 電平)經(jīng)過(guò)MAX232 的11 ( T1IN)送到MAX232 內(nèi)部， 在內(nèi)部TTL 電平被“提升”為232 電平，通過(guò)14 CTIOUT)發(fā)送出去。接收過(guò)程:內(nèi)音下， 在內(nèi)部狗RxD，進(jìn)入外部232 電平經(jīng)過(guò)MAX232 的13 (R1IN)進(jìn)入到MAX232 的232 電平 被“降低”為T(mén)TL 電平，經(jīng)過(guò)12 CR10UT)送到MCUMCU 內(nèi)部。

2.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路

模擬量采集是測(cè)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，本系統(tǒng)采用2 片TLC2543，第I 片用于模 擬量輸入，負(fù)責(zé)采集各傳感器的值，第II 片用于采集各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。圖3 給出了利用SPI 及MCU 的PTC 口的PTCO-PTC 1 擴(kuò)展兩片TLC2543 的電路原理圖。其中第I 片TLC2543 的片選接MCU 的PTCO、第II 片TLC2543 的片選接MCU 的PTC l。每片TLC2543 可接 11 路模擬量輸入，這樣本系統(tǒng)中的A/D 轉(zhuǎn)換電路可外接22 路模擬量。當(dāng)有更多路數(shù)模擬量 需要輸入時(shí)，可以按此方法繼續(xù)擴(kuò)展。該電路適用于模擬量路數(shù)較多、且對(duì)實(shí)時(shí)性要求不是 太高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

由于 TLC2543 對(duì)采樣的模擬數(shù)據(jù)的分辨率為12 位，包括TLC2543 及其他IC 的電源端 必須用一個(gè)0.1 uF 的陶瓷電容連接到地，用作去耦電容。在噪聲影響較大的環(huán)境中，也可以在0.1 uF 的陶瓷電容端再并聯(lián)一個(gè)lOuF 的鈕電容，以減小噪聲對(duì)器件的影響，其電路設(shè)計(jì)圖如圖3 所示。

圖3 基于SPI 的A/D 轉(zhuǎn)換擴(kuò)展電路