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利用8XC196MC波形发生器控制电机

山西电子技术 国营第七八五厂第一研究所 张爱萍 崔军平 王林森?? 2011年01月06日 ?? 收藏0

  O 引言

  步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如,在仪器仪表,机床设备以及计算机的外围设备中(如打印机和绘图仪等),凡需要对转角进行精确控制的情况下,使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

  MCS-96系列16位单片机特别适用于各类自动控制系统,如工业过程控制系统,伺服系统,分布式控制系统,变频调速电机控制系统等,还适用于一般的信号处理系统和高级智能仪器,以及高性能的计算机外部设备控制器和办公自动化设备控制器。这些系统通常要求实时处理,实时控制。由于8XCl96MC单片机完善而卓越的性能,它必将在智能仪表、家用电器、计算机终端设备、汽车电子、人工智能、机器人、机电一体化以及传统设备改造等广泛的应用领域中大显身手,充分发挥其优点,因此,它具有良好的发展前景。

  1 波形发生器

  1.1 片内波形发生器WFG概述

  片内波形发生器’WFG(Wave Form Generator)是8XCl96MC/MD独具的特点之一。它有三个同步的PWM模块,每个模块包含一个相位比较寄存器、一个无信号时间(dead— time)发生器和一对可编程的输出。WFG可以产生独立的3对PWM波形,但它们有共同的载波频率、无信号时间和操作方式。一旦启动之后,WFG只要求 CP[J在改变PWM的占空比时加以干预。波形发生器的专用寄存器有双向计数器’WG—COUNT、重装载寄存器WG—RELOAD、相位比较缓冲寄存器 WG-RCOMPX、控制寄存器WG·C0N、输出控制缓冲寄存器WG—OUT。用户可以对WG—RELOAD寄存器进行写操作,而它的值周期地(取决于操作方式)装到第2个寄存器中,用这个计数器比较寄存器与WG—COUNT比较。对第2个寄存器的装载发生于WG-COUNT一1或WG—COUNT的值等于计数器比较寄存器的值时,与WFG的操作方式有关。若写“O”到WG—RELOAD寄存器中,则当该值装入计数器中,它就停止计数。

  1.2 波形发生器基本工作原理

  波形发生器从功能上分3部分。时基发生器,相位驱动器通道和控制电路。时基发生器为PWM建立载波周期。该周期取决于WG—RELOAD寄存器的值和操作方式。时基发生器的核心是一个16位双向计数器WG—COUNT,可工作于4种不同的方式,产生中心对准或边沿对准的PWM,中心对准的PWM波形所造成的谐波小,通常采用中心对准方式。相位驱动通道决定PWM波形占空比。它有3个独立的相位驱动通道,它们电路是一样的,每个通道有一对可编程的输出。每个相位通道包含一个可编程的无信号时间发生器,用来防止一对互补输出在同一时刻都有效。控制部分包含一些用来确定工作模式和其他配置信息的寄存器。一个可编程的保护电路可监视。EXTINT输入脚,若检测到一次有效的事件,就产生一次中断,禁止波形输出。

  时基发生器WG-COUNT的工作方式O、1在上电复位后WFG中所有寄存器的值为O。计数器停止工作,写入到WG-REL0AD中的所有值在1/2状态周期(一个晶振周期)后有效,首次写入WG—RELOAD的值将传送给WG—COUNT,若WG—CON寄存器中的允许计数位EC一1,开始减l计数,至 0001H,等待一个状态周期后再加1计数,直至WG—COUNT中的值等于计数比较寄存器的值,此时完成一个载波周期。当计数比较寄存器的值与WG— COUNT相等时,WG—RELOAD的内容装入WG—COUNT和计数比较寄存器;WG-COMPX(X一1,2,3)的内容装入相位比较寄存器;输出缓冲寄存器的内容装入WG—OUT;在PI—PEND寄存器中把WG中断标志置1。在原来(或新)的值重新加载到WG—COUNT后,WG—COUNT开始新一个开关周期的计数,循环往复。’WG—COUNT的输出数据与时间的关系是三角形。载波周期Ts=4×WG-RELOAD/Fxtal(μs); WG-RELOAD是16位的二进制数;Fxta是xtal引脚上的晶振频率,不考虑无信号时间时;输出“有效”的时间是ToutpuT=4×WG- COMP/Fxtal(μs),其中WC-COMP的值是16位,等于或小于WG-RELOAD,占空比=WG-COMP/WG-RELOAD× 100%。由此可见,改变WG-RELOAD的值,不仅会改变PWM的载波周期,而且也会改变PWM的占空比。只有在改变WG-RELOAD的同时,按比例改变WG-COMP,才可能在改变载波周期的同时不改变占空比。

  工作方式0和1产生的都是中心对准的PWM。在方式0中,每个载波周期产生一次中断请求,产生于计数器三角波的峰顶(WG-COUT=WG- RELOAD),此时,波形发生器各缓冲器的值将重装载到关联寄存器中。方式2和3是边沿对准的PWM,计数器工作于向上计数方式,它计数器波形是锯齿状波形。


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