基于S3C2440A的直流電機轉速控制系統設計

直流電機作為一種動(dòng)力產(chǎn)生裝置，在工業(yè)及日常生活中得到了廣泛應用。對直流電機的控制有兩方面：轉速與轉向。ARM是近年來(lái)發(fā)展非常迅速的處理器，有著(zhù)很好的應用前景。將ARM處理器應用于直流電機的轉速控制，有極大的使用價(jià)值。本文將S3C2440A處理器應用于直流電機的控制，對系統的工作原理及工作流程進(jìn)行了研究與設計。

1 PWM功能簡(jiǎn)介
PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制器)功能是由處理器提供的一種定時(shí)器。通過(guò)對PWM功能寄存器的設置，就可以設定占空比的大小、定時(shí)頻率的高低，這樣就可以通過(guò)控制電路來(lái)實(shí)現PWM輸出。
PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控制系統的信號都是數字形式的，無(wú)需進(jìn)行數／模轉換。讓信號保持為數字形式可以將噪聲影響降到最小，噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或者將邏輯0改變?yōu)檫壿?時(shí)，才能對數字信號產(chǎn)生影響。
對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長(cháng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當的RC或LC網(wǎng)絡(luò )可以濾除用于調制的高頻方波并將信號還原為模擬形式。
PWM廣泛應用在多種系統中。這里將其應用于直流電機的轉速控制。

2 硬件設計
由ARM公司設計的采用RISC架構的ARM處理器性能強，功耗低，體積小，支持Thumb(16位)／ARM(32位)雙指令集，指令執行速度快。目前ARM系列微處理器在32位RISC嵌入式產(chǎn)品中已經(jīng)占據75％以上的市場(chǎng)份額?，F在A(yíng)RM已經(jīng)發(fā)展到了ARM11系列，不過(guò)市場(chǎng)上應用最多的還是ARM9系列，其性?xún)r(jià)比也占有優(yōu)勢。
2．1 S3C2440A簡(jiǎn)介
S3C2440A是由Samsung公司推出的基于ARM920T內核的16／32位RISC處理器。此款處理器提供了豐富通用的片上外設，大大減少了系統電路中除處理器以外的元器件配置。S3C2440A有4路PWM定時(shí)器，1路內部定時(shí)器，8路ADC和觸摸屏接口，130個(gè)通用I／O，24個(gè)外部中斷源。最高工作頻率可以達到400 MHz，完全能夠完成設計要求。
2．2 硬件實(shí)現
為提高系統效率，降低功耗，功放驅動(dòng)電路采用基于雙極型H橋型脈寬調制方式(PWM)的集成電路L298N。L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內部包含兩個(gè)H橋高電壓大電流橋式驅動(dòng)器，接收標準TTL邏輯電平信號，可以驅動(dòng)46 V，2 A以下的電機，工作溫度范圍-25～+130℃。L298N的內部結構如圖1所示。

L298N可以同時(shí)驅動(dòng)2個(gè)直流電機，在這里只需要用到1個(gè)，將電機放在OUT1與OUT2之間即可。其中EnA是控制使能端，控制OUT1和OUT2之間電機的停轉。IN1，IN2腳接入控制電平，控制OUT1和OUT2之間直流電機的轉動(dòng)方向。當使能端EnA有效，IN1為低電平IN2為高電平時(shí)，三極管T2，T3導通，T1，T4截止，電機反轉；相反當IN1為高電平IN2為低電平時(shí)，三極管T1，T4導通，T2，T3截止，電機正轉。當IN1，IN2電平相同時(shí)，電機停轉。
由于S3C2440A本身就帶有4個(gè)PWM輸出口，直接輸出控制信號到L298N即可，無(wú)須另加電路。系統原理框圖如圖2所示。系統中選用了工作在中斷模式下的定時(shí)器1作為產(chǎn)生PWM的定時(shí)器。通過(guò)編程設定I／O口GPB0作為定時(shí)器1輸出PWM的端口，接入L298N的EnA端口，根據定時(shí)器1輸出的PWM頻率分別控制2個(gè)直流電機的轉速。端口IN1連接GPB5，IN2連接GPB6。通過(guò)改變GPB5與GPB6電平的高低實(shí)現電機的正轉與反轉。電機的停止操作可以通過(guò)調制脈沖寬度為0即占空比為0或者關(guān)閉定時(shí)器的使能位實(shí)現。為保證L298N驅動(dòng)芯片正常工作，還要在其與直流電機之間加入兩對續流二極管用以將電機中反向電動(dòng)勢產(chǎn)生的電流分流到地或電源正極，以免反向電動(dòng)勢對L298N產(chǎn)生損害。