基于S3C2440A的直流電機轉速控制系統(tǒng)設計

直流電機作為一種動力產生裝置，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是近年來發(fā)展非常迅速的處理器，有著很好的應用前景。將ARM處理器應用于直流電機的轉速控制，有極大的使用價值。本文將S3C2440A處理器應用于直流電機的控制，對系統(tǒng)的工作原理及工作流程進行了研究與設計。

1 PWM功能簡介
PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制器)功能是由處理器提供的一種定時器。通過對PWM功能寄存器的設置，就可以設定占空比的大小、定時頻率的高低，這樣就可以通過控制電路來實現PWM輸出。
PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控制系統(tǒng)的信號都是數字形式的，無需進行數／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，才能對數字信號產生影響。
對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡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(tǒng)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(zhí)行速度快。目前ARM系列微處理器在32位RISC嵌入式產品中已經占據75％以上的市場份額?，F在ARM已經發(fā)展到了ARM11系列，不過市場上應用最多的還是ARM9系列，其性價比也占有優(yōu)勢。
2．1 S3C2440A簡介
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(tǒng)電路中除處理器以外的元器件配置。S3C2440A有4路PWM定時器，1路內部定時器，8路ADC和觸摸屏接口，130個通用I／O，24個外部中斷源。最高工作頻率可以達到400 MHz，完全能夠完成設計要求。
2．2 硬件實現
為提高系統(tǒng)效率，降低功耗，功放驅動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公司的產品，內部包含兩個H橋高電壓大電流橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可以驅動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可以同時驅動2個直流電機，在這里只需要用到1個，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方向。當使能端EnA有效，IN1為低電平IN2為高電平時，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，三極管T1，T4導通，T2，T3截止，電機正轉。當IN1，IN2電平相同時，電機停轉。
由于S3C2440A本身就帶有4個PWM輸出口，直接輸出控制信號到L298N即可，無須另加電路。系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。系統(tǒng)中選用了工作在中斷模式下的定時器1作為產生PWM的定時器。通過編程設定I／O口GPB0作為定時器1輸出PWM的端口，接入L298N的EnA端口，根據定時器1輸出的PWM頻率分別控制2個直流電機的轉速。端口IN1連接GPB5，IN2連接GPB6。通過改變GPB5與GPB6電平的高低實現電機的正轉與反轉。電機的停止操作可以通過調制脈沖寬度為0即占空比為0或者關閉定時器的使能位實現。為保證L298N驅動芯片正常工作，還要在其與直流電機之間加入兩對續(xù)流二極管用以將電機中反向電動勢產生的電流分流到地或電源正極，以免反向電動勢對L298N產生損害。