摘 要: 本文介紹了一種基于S3C2410微控制器的直流電機調速系統。文章在介紹PWM調速原理的基礎上詳細說明了S3C2410的PWM發生器的結構特點及其使用方法。并給出了實現調速的核心代碼及調速系統的總體設計。 關鍵詞: S3C2410; PWM; 調速 0 引言 　　PWM（Pulse-Width Modulation）是脈寬調制技術的簡稱。PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術廣泛應用的控制方式，也為高性能的直流電機數字化控制提供了基礎。 1 PWM調速原理 　　晶體管開關器件的導通時間也被稱為導通角 ，通過控制晶體管的開通與關斷時間來改變導通角 的大小，就可以調節加在負載上的平均電壓的大小，以實現對直流電機的調速，這就是PWM變速控制技術的基本原理，如圖一所示。調速控制常通過調節脈沖寬度的方法來實現。 　　 2 S3C2410的PWM發生器 　　2.1 PWM發生器的結構和計時原理 　　用分立器件組成PWM電路一般來說需要如下幾個部分：三角波產生電路、脈沖調制電路、PWM信號延遲及分配電路。S3C2410做為一款功能強大的微處理器，其內部已經集成了包含上述三個部分的PWM發生器，只要對相關寄存器進行簡單的設置，就可以產生需要的PWM信號。 　　S3C2410的定時/計數器0～3都具有PWM輸出功能，以定時/計數器0為例說明。時鐘信號PCLK經過可編程的8位預分頻器和時鐘除法器分頻后，驅動定時器內的邏輯控制器進行工作。邏輯控制器的核心，是一個16位的減法計數器。 　　我們可以賦于計數緩沖寄存器（TCNTB0） 和比較緩沖寄存器（TCMPB0）不同的初始值，當定時器使能時，這兩個寄存器中的數據將被分別載入到減法計數器（TCNT0）和比較寄存器（TCMP0）。計數緩沖寄存器和比較緩沖寄存器的設計思想在S3C2410中被稱為“雙緩沖”，它的優點是在頻率或占空比改變時，定時器仍然能產生穩定的輸出。 　　計時過程如下：從PCLK過來的時鐘信號到達邏輯控制器時，減法計數器的值自動減1，當減法計數器的值為0時，定時器會向CPU發送中斷請求，一輪計時操作完成。在自動裝載模式下，計數緩沖寄存器中的初始值會由硬件控制自動載入減法計數器，進行下一輪的計時操作。 　　2.2 PWM發生器的原理 　　比較緩沖寄存器（TCMPB0）中設定的初值是用來產生PWM信號的. 信號的產生規則是：每當TCNT0的值和TCMP0的值相等時，定時器的輸出邏輯電平翻轉。PWM脈沖頻率由TCNT0決定，而脈沖寬度由TCMP0決定。TCMP0的值越大，PWM脈沖的占空比越大，也即平均輸出電壓越大，反之亦然。 　　2.3 死區（Dead Zone）發生器 　　為了能夠控制較大功率的設備，PWM發生器中還集成了死區發生器。這一特性用于在開關設備的斷開和另一個開關設備的閉合之間插入一個時間缺口，使它們不會處于同時閉合的狀態。如圖2所示： 　　已知TOUT0是定時器0的PWM輸出引腳，而TOUT1是TOUT信號的反相輸出引腳，如果開啟了死區發生器功能，那么TOUT0和TOUT1的輸出波形就不可能同時為高電平了，這樣就有效的防止了開關設備同時閉合時的輸出短路情況。 3 PWM發生器程序 　　PWM發生器的寄存器配置和控制過程如下： 　　// 定義死區寬度和預標定值 　　#define PRE_SCALER0 （2 << 0） 　　#define DEAD_ZONE （20 << 16） 　　// 和定時控制有關的宏定義 　　#define START_TIMER0 （1 << 0） 　　#define UPDATE_CFG （1 << 1） 　　#define AUTO_RELOAD （1 << 3） 　　#define ENABLE_DEADZONE （1 << 4） 　　// 定時緩沖器初值1024，電機調速步長 2 　　// 可進行1024/2 = 512級調速 　　#define MOTOR_COUNT （1024） 　　#define MOTOR_STEP （1） 　　// 用來控制轉速的靜態變量 　　static int nSpeed =0; 　　/＊ 初始化PWM發生器 ＊/ 　　void InitPWM（） 　　｛ 　　/＊ TOUT0 對應著 GPB0，TOUT1對應著GPB1，因此初始化GPB0/1為第二功能端口 ＊/ 　　rGPBCON = rGPBCON & 0x3FFFF0 | 0xA; 　　/＊ 死區為24個計時單位，預分頻器設置為 0，時鐘除法器和MUX分配器取默認值 ＊/ 　　rTCFG0 = DEAD_ZONE | PRE_SCALER0; 　　/＊ 設置計數緩沖寄存器初值、比較緩沖寄存器初值＊/ 　　rTCNTB0 = MOTOR_COUNT; 　　rTCMPB0 = MOTOR_STEP ＊ nSpeed; 　　/＊ 計時器0停止，更新配置 ＊/ 　　rTCON = （～ START_TIMER0） | UPDATE_CFG; 　　/＊ 使能死區發生器，進入自動裝載模式，計時器0啟動 ＊/ 　　rTCON = NABLE_DEADZONE | AUTO_RELOAD | START_TIMER0; 　　｝ 　　這樣，TOUT0和TOUT1引腳上就會輸出帶有死區的PWM波形。通過控制變量nSpeed的值，就可以調節PWM的占空比，從而調節了電機的轉速。 4 調速系統總體設計 　　系統由S3C2410系統板、光耦、光電編碼器、功率驅動電路和直流電機組成，如圖3所示。 　　S3C2410作為主控制器，通過TCP/IP協議和中央控制室通信，負責接收控制命令和報告系統狀態。S3C2410的定時器0做為PWM發生器，光耦用于光電隔離，有效的抑制了后向通道的干擾，功率驅動電路提供給電機“H”橋式驅動，光電編碼器將采樣到的電機轉速轉化為數字信號，反饋給S3C2410，用來實現閉環控制。為減小誤差，程序中應該對光電編碼器傳來的電機轉速數據進行均值濾波處理。 5 結束語 　　使用S3C2410的PWM發生器對小型直流電機的轉速進行控制，電路簡單，使用方便，并可以由軟件實現靈活的控制算法以提高系統性能。S3C2410內建的強大通訊和I/O功能使得只需加入少量電路即可以方便的和外界以TCP/IP、無線射頻、串口等方式通訊并加以LCD顯示，使控制更加便利和可靠。 參考文獻： 　　[1] 李志寧，張英堂. PLC中PWM功能模塊的應用研究 [J].微計算機信息，2006（25）：42-45. 　　[2] 于明. ARM9嵌入式系統設計與開發教程 [M]. 北京:電子工業出版社,2006. 　　[3] 周立功.ARM嵌入式系統實驗教程 [M]. 北京:北京航空航天大學出版社,2004. 　　[4] 呂達昱，竺長安. 一種利用PIC實現PWM控制的方案 [J]. 機床與液壓,2004（11）:133-134. 　　[5] 姜長泓，于萬元. 基于AVR單片機的直流電動機的PWM調速系統設計 [J]. 儀器儀表用戶,2006,2（42）.