（电力电子与电力传动专业论文）串激电机测试平台的研究.pdf

奎三些盔茎三兰堡! 兰堡鎏兰 a b s t r a c t t e s t e q u i p m e n ti se s s e n t i a lf o rt h et e s t i n go fp r o d u c t s q u a l i t ya n d p e r f o r m a n c e a “d i y ”t e s t e q u i p m e n tc o s t sl e s st h a nap u r c h a s e do n e ，a n d c a na l s os a v em o n e yd u r i n gm a i n t e n a n c ep r o c e s s t of i n do u ti fam o t o rr e a c h i t sr e q u i r e m e n t s ，at e s t e q u i p m e n tf o rs e r i e s - w o u n dm o t o rm a i n l yt e s t si t s c o r r e s p o n d i n gt o r q u ea n ds p e e du n d e rd i f f e r e n tl o a d s t h i se s s a yw i l ld i s c u s ss e r i e s l o u n dm o t o rm a i n l yi nt w op a r t s ，n a m e l y h a r d w a r ea n ds o f t w a r e h a r d w a r ec h a p t e rc o n s i s t s o fb e l o ws e c t i o n s ： 1 i n t r o d u c eh o ws e r i e s - w o u n dm o t o rr u n sa n da d j u s t si t ss p e e d ，a n d t h ei n t e g r a t e ds t r u c t u r eo ft h et e s t e q u i p m e n t ，a n dab r i e f i n t r o d u c t i o n o fi t st o r q u e s p e e ds e n s o ra n dm a g n e tb r a k e 2 s p e e da d j u s t m e n tc o n t r o l l e r sh a r d w a r es t r u c t u r e ，p r i n c i p l e a n dc o n t r o l l i n gd e b u go fs e r i e s w o u n dm o t o r ，a n da ni n t r o d u c t i o n o fs e r i e s w o u n d t o t o r ss p e e d t u r n i n gc o n t r o l l i n gc i r c u i t 3 t h eh a r d w a r ec o m p o s i n go fa f a l 7s y s t e mm a i nc o n t r o lp e b ，a n df o c u s o nu s bi n t e r f a c ec i r c u i t 4 s e n s o rs i g n a li n t e r f a c ec i r c u i t 5 t h ef o r m a t i o no ft o u c h s c r e e ns y s t e ma n di t si n t e r f a c ec i r c u i t s o f t w a r ec h a p t e rf o c u s e so ne a c hp a r t sa p p l i c a t i o na n ds i g n a l p r o c e s s i n gp r o g r a m ，w h i c hi n c l u d e ： 。 1 t h ea p p l i c a t i o no fi n t e g r a t ed e v e l o p m e n ts o f t w a r ea d si na r m s y s t e m 2 t h em o d i f i c a t i o no fa r mi n i t i a l i z e r s ， 3 t h eh a r d w a r ep r o g r a ma n dd e b u g g i n go fu s bi n t e r f a c ec i r c u i t 4 t h ed r i v e ro ft o u c h s c r e e ns y s t e m 5 p o l e l e s ss p e e da d j u s t m e n ta n dm o t o rt u r n i n g sc o n t r o l l i n g p r o g r 锄 i i 6 s e n s o rs i g n a l sp r o c e s s i n g t oc o n c l u d e ，i n t e g r a t ed e b u g g i n gw i l lb ep e r f o r m e do nt h et e s t e q u i p m e n t ， a n das u m m a r ya b o u tt h i sp r o j e c t sc o s t ，i t sr e m a i n i n gp r o b l e m sa n dt h e p o s s i b i l i t yo fi m p r o v e m e n t s ，w i l lb em a d e p o w e r t e s t i n ge q u i p m e n ti st e n d i n gt ob el o w e rc o s ta n ds m a l l e ri ns i z e a st h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no fb u i i t i nf o r m a t i o n ，m a n yt y p e so fp o r t a b l e p o w e r t e s t i n ge q u i p m e n te m e r g e ，a n da s t h e i rp o r t a b i l i t ya n du t i l i t y i m p r o v e d ，p r o d u c t i v i t yi si n c r e a s e di n d i r e c t l y k e y w o r d s ：s e r i e s w o u n dm o t o rt e s t ，t o r q u e ，s p e e d ，a r m 7 ，s 3 c 4 4 b o x c o l o rl c d u l 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导 师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人 或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论文 成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签字： 圈 论文作者签字：鸯 、名 川年角明 第一章绪论 1 1电机测功平台研究的发展与现状 随着现在科学技术的发展，动力机械和系统向高速，轻量、节能、自动化、智 能化和可靠性发展。其节能指标取决于功耗的大小，功率是其重要性能指标。在测 试动力机械的性能中，测功机是最常用的装置。 测功机至今已有近2 0 0 年的历史。早在1 8 2 1 年，法国人b a r o ng a r s p o n d 就制 造出世界上第一台测功机，名叫普龙尼制动器。m ，。这个制动器使用一条绳子和一个 度量计构成，绳子接到被测的动力机器上，绳子受力后伸长，读出对应的刻度就是 被测机器的力了。在1 8 7 7 年w i l l i a m f r o u d e 发明了第一台水力制动的商用测功机。 m a r t i n 和a n t h o n yw i n t h e r 在大约1 9 3 1 年发明了涡流电磁式的测控枧。现在测控 机大多是电磁式的测控器“1 。 现在各大拥有汽车工业的大企业都自行的研发测功机。1 ，比如日本的铃木。当然 也有一些老牌的测功机生产厂，比如美国的d y n a m a t i cc o r p o r a t i o n 公司，瑞士 m a g t r o li n c 公司。 电机测试台实际上就是一个测功机，它是电机生产中、产品销售前进行性能检 测的必备工具。但是电机测试平台相当昂贵，一般要几十万到几百万，而且当产品 生产量大的时候，需要的测试设备的需求量就更多了。目前国内做此类测试器的有 江苏启东测功器厂的e m c 9 0 0 发动机测试控制仪、长沙高新歼发区湖湘测控仪器有限 公司的j x y - 1 0 0 扭矩转速功率测量仪等。国外的比如瑞士m a g t r o li n c 公司的h d 一7 1 0 7 扭力一转速一功率测试台在设计、造工方面比国内同类产品都先进些。 现在的测功机大多通过一个传感器来吸收或者传动功率”“”，通过传感器信号 得出被测动力源的力矩、速度等，从而推算出功率。最新的剽功器可以非接触测量 动力源的功率，这种类型的测功器主要是通过动力源的磁力场会随着速度，力矩的 改变而改变，只要找到磁力线的变化与速度、力矩的变化关系就可以计算出速度、 力矩了。另外更智能化的测功器也不断地面世，比如可以远程控制，全自动等”1 。 1 2 课题来源 由于电机的生产中或成品后都需要抽样测试其性能，测试的项目主要是力矩， 速度，功率等等。电机测试平台对于一个电机生产厂是必备的检测设备。串激电机 广泛应用洗涤行业上，它的特点就是转速快，力矩大。广东威灵电机制造有限公司 是国内最大的电机制造厂之一，随着生产规模的不断扩展，设备的需求就越来越多， 特别是串激电机的产量激增，基于这个状况，威灵电机制造有限公司就立项研发串 激电机的测试平台。 1 3 电机测功平台的测试方法以及本文内容 由于一个动力机械的主要指标是其功率的大小“1 ，要测试其功率需要用实验的方 法获取性能曲线，这就需要准确的测试设备和方法。测试功率一般有三种方法”1 ： 1 、通过测量转矩和转速的方法 测出转矩和转速就知道轴的功率： n 。= m ( i ) = m n 3 0 = 1 0 4 7 x 1 0 4m n 式中n e 为功率；m 是转矩；n 是转速。 2 、通过测量电机输入功率和效率的方法 测量出驱动动力机械的电机的输入功率及电机的效率，就可以确定动力机械的功 率： n i = n en 。n 。= n 。一a n 。一a n ( 1 1 ) 式中n i 是动力机械轴功率；n 。是电动机输入功率：n 。、n 。分别是电机效率与传动 装置效率；a n 。、a n 。分别是电机总损失和传动装置的总损失率。 3 、通过热平衡的方法 热平衡法是基于能量守恒定理的。例如一个压缩机，它的能量公式是： n = ( h 1 2 - t l 。1 ) 书q ，。+ q 。 ( l2 ) 式1 2 中，n 是输入功率； 是压缩机气体的质量流量； h 。z 是压缩机进口气体的焓值； 2 第一章绪论 h 。是压缩机出口气体的焓值； q r 。是压缩机机壳散热损失； q 。是压缩机轴承损失。 本测试平台主要应用第一种方法。它的结构和原理都比较简单，主要是由一个 转矩转速传感器得到力矩和速度信号，然后通过分析这个信号就得出电机的力矩和 速度。本项目主要要设计的硬件就是信号的接口板和电机的控制器两大部分。只要 平台的刚性基础做得好，那么传感器信号就会很精确，得到的力矩、速度信号也会 很精确。整个平台的硬件之间的连接要求同轴度非常高，这也是整个系统稳定的关 键。在软件开发方面，使用具有强大功能的处理器对真个系统的数据处理速度和将 来功能的升级都有决定性作用。本项目采用的a r m 7 系统完全能满足数据处理和将来 升级的需要。 1 4 研发测试平台的经济效益 测试平台的需要量要求也增多，那么开发测试平台就具有很大的经济效益。自制 电机测试平台能带来显著的效益： l 、可以降低5 0 购买成本。 2 、 方便根据自身需要对测试台进行二次改造，提供效率。 3 ，方便对设备进行维护、更新。 广东t 业大学t 学硕l 一学位论文 第二章串激电机测试平台的研究 2 1串激电机测试平台的整体构造 钢性基础平台 图2 一l串激电机测试平台构造框图 f i g2 - 1p h y s i c a ls t r u c t u r eo fs e r i e s w o u n dm o t o rd y n a m o m e t e r 图2 一l 就是本设计的构造框图”，其中电机控制板是一个调速装置，由于转矩 转速传感器的额定转速较慢，被测的串激电机速度快，需要一个减速箱匹配。传感 器接口板是用来处理传感器传输过来的信号，根据这些信号计算出转矩、转速。这 里是采用了磁粉制动器作为模拟负载。 2 2 传感器转矩传速感器 2 2 1 转矩转速传感器的分类 转矩转速传感器一般分为两个大类：一是相位差式的，见图2 3 ；二是应变式的， 见图2 2 。按信号分类又可以分为模拟信号式的和数字信号式的两类。应变式扭矩传 感器弹性轴上装有两组旋转变压器，其中一组传递电源，另一组传递扭矩信号。弹性 轴上的应变桥检测到的扭矩信号被放大后再经v f 转换成频率，然后通过旋转变压 器非接触地传递到外壳上的接收器上，从而输出与扭矩成正比的频率数字信号。应变 4 第一二章串激l 乜机测试甲卉的研究 式相对于相位差式传感器体积会小一点，信号处理也方便点，但是价格就昂贵，而且应 变电阻丝用久了容易老化，使德测试不准确。基于这些原因，本测试平台经调研决定使 用更加耐用胜价比高的相位差式转矩转速传感器。相位差式转矩转速传感器又分为 电磁式传感器和数字式传感器。电磁式传感器由于其结构简单，输出信号强，无需电源， 价格便宜等优点壬导到广泛使用。 图2 - 2 应变型转矩转速传感器 f i g2 - 2 s t r a i ng a u g et o r q u e s p e e ds e n s o r 2 2 2 电磁式相位差传感器的结构 图2 - 3 相位差型转矩转速传感器 f i g2 - 3p h a s et o r q u e s p e e ds e n s o r 图2 4 电磁式传感器的结构| 璺i f i g2 - 4 s t r u c t u r eo fe l e c t r o m a g n e ts e n s o r 图2 _ 4 是电磁式传感器的结构示意图m ，。在扭力轴上有两个由铁磁材料制造的齿轮 广东t 业大学t 学硕i 二学位论文 ( 外齿轮) ，相隔一段距离固定在轴上。而相对而设的有两个内齿轮固定在套筒上，套筒 又叫校准旋转筒，套筒由辅助电机通过皮带带动。在内齿轮旁有一个固定的永久磁 钢，在端盖里面嵌有线圈。每对齿轮和永久磁钢之间有微小的空气间隙。 当齿轮旋转时，齿廓相对于磁钢的空气间隙发生变化，线圈的磁通量发生变化， 由此线圈感应出电动势： l e = 一n 等 式2 1 中，n 为线圈的匝数； ( 2 1 ) l 业 d t 为线圈的磁通变化率。 因磁能变化速率与转速n 、齿数z 以及齿形有关，故这些参数以及n 决定了e 的数值。采用普通渐开线齿轮所得的信号是近乎于正弦波的交流信号，见图2 6 。 2 2 3 扭矩与扭力角关系 每一种物质材料所承受的扭矩m n 与随之产生的扭力角妒都有一个对应关系，在 达到材料的剪切屈服极限之前。扭矩和扭力角都是成正比的，如 图2 5 是刚体材料的扭转图，m n 是材料的剪切屈服极限时的扭 矩。由此可见，在额定扭矩范围内，只要测出材料的扭力角，就 可以知道材料受的力矩了“。 材料受扭时，材料处于纯剪切应力状态。在比例极限以 内，材料的剪应力f 与剪应变) ，成正比。图2 - - 5 刚体扭转图 即满足剪切虎克定律： f i 9 2 5r i g i dt o r q u ef i g u r e f = g ， ( 2 2 ) 由此可得出圆轴受扭时的虎克定律表达式： 卜等 。， 式中m i 为扭矩，1 。是试件的标距长度，i 。为圆截面的极惯性矩。 由式2 3 得到扭矩m n 和扭力角妒的关系： 6 嵋一詈尹 ( 2 4 ) 式2 3 中，g 为剪切模数，1 。是试件的标距长度，i 。为圆截面的极惯性矩。这些参量 由材料的本身的特性和形状决定的，是一个常量。所以只要测量出扭力角就可以算 出扭力了。 2 2 4 相位差转矩转速传感器测量原理 电磁式相位差转矩传感器由弹性轴、信号齿轮、线圈、磁钢组成。在一根弹性 轴的两端安装有两只信号齿轮，在两齿轮的上方各装有一组信号线圈，在线圈内装 有磁钢，与信号齿轮组成磁电信号发生器“1 。 它的基本原理是：通过弹性轴、两组磁电信号发生器，把被测转矩、转速转换 成两组交流电信号，这两组交流电信号的频率相同且与轴的转速成正比，而其相位 差的变化部分又与被测转矩成正比。当信号齿轮随弹性轴转动时，由于信号齿轮的 齿顶以及齿谷交替周期性扫过磁钢的底部，使气隙磁导产生周期性的变化，线圈内 部的磁通量也产生周期变化，使线圈中感生出近似正弦波的交流信号。 这两组交流电信号的频率相同且与轴的速度成正比，因此可以用来测转速。这 两组交流电信号之间的相位与其安装的相对位置及弹性轴所传递扭矩的大小以及方 向有关。 当扭力轴空载的时候，弹性轴不受扭，两组交流电信号之间的相位与其安装的相 对位置有关，两信号的初始相位差为o 。，所以在设计制造时，使其相差半各齿距左 右，即两组交流电信号之间的初始相位差在1 8 0 。左右。当扭力轴由于转矩作用而扭 转变形时，两信号发生器问的轴的扭转角为矿，使得两个信号的相位差发生变化，如 图2 6 所示。 两个信号之间的相位差的变化量a 日和弹性扭轴的扭转角妒的关系为： 9 = z 尹 ( 2 5 ) 式2 5 中，z 为圆盘转一圈所产生的信号个数。 7 囊 蠹 耳 一曩 也 图2 - 6 相位差改变示意图图2 - 7 传感器示意图 f i g2 - 6s k e t c hm a po fp h a s ed i s p l a c e m e n tf i g2 - 7 s k e t c hm a po fs e n s o r 当z = l 时，i a 9 = 缈，即扭转角与相位差角在数值上相等；当z = 6 0 时，f 6 9 ：6 0 矿， 即相位差是扭转角的6 0 倍。可见，z 大，相位差变化大，检测容易，可提供测量精 度。但是2 不能选择过大，因为相位差角9 不能大于2 瓢，即： 0 2z g 2 x ( 2 6 ) 实际上，考虑到正、反向转矩和起动转矩的需要，z 还得减少，通常取： 【o z k 8 v p i n 4 时有高加速斜率出现，分布区出现在由v p i n 6 v p i n 4 2 v p i n 6 规定的v p i n 4 区域( 实际的电机速度) 。对v p i n 5 和v p i n 6 的两个固定值，电机速度将有 高加速度。不考虑时间，只要v p i n 4 过了两倍的v p i n 5 就再次出现高加速度，直至某 一瞬间电机达到给定速度值，这时电机将停止加速。 可以对这个上升斜率建立一个数学模型，以便更容易分析整个电机速度上升率 和调节电机速度的上升，v p i n 4 的数学模型如下，参考图4 1 6 ： - 1 4 0 r 6 商 。， 其中f 为f v c 变换器中的f 频率。 l 畜加速斜事 瓷医鱼! 广东t 业大学丁学硕卜学位论文 给p i n 5 和p i n 6 施加的电压是由内部稳压电源驱动，而p i n 4 电压也由同一电源 驱动，电机速度由上面所述的电压之间的比决定，这些电压完全与v c c 变化和温度 系数无关。 4 5 6 3 检测电机的实际速度 应用测速电机对串激电机的速度进行检测，测速信号电压与电机速度成正比，测速 信号从p i n l 2 输入，经过f v c 后输出到p i n 4 ，所以p i n 4 是电机真实速度。用c 4 和r 2 1 组成r c 滤波电路，使得输入p i n 2 的测速信号更加稳定。为了得到最大 的信号噪声比，在没有使集成电路复位情况下，( 如v p i n l 2 达到5 5 v 出现复位) ， 建议要验证这个最大幅度在l v 峰值之内。 还必须验证p i n l 2 上的信号在“高”( 超过3 0 0 m y ) 和低之间要近似平衡，为了低 速稳定性测速电机最少是八极而十六极最好。测速电路的r c 极点要选择在3 0 h z 内， 尽可能远离电机在起动过程中产生的与交流电源相对应的三次谐波，也就是远离 1 5 0 h z 。另外，来自v c c 的一个大阻值电阻为p i n l 2 引入了一个正的补偿，用来消除 被检测出来的转速信号噪声。为了使电机速度在最低处p i n l 2 至少能达到一2 0 0 m v ， 必须要引入这个补偿。 对于最高转速为1 5 0 0 0 r m i n 的通用电机，c 。的推荐值为8 2 0 p f ，而r ：，必需为 4 7 0 k 。为了获得最大的信号噪声比，选用的r ：，必须要能产生1 2 v 电压，因为f v c 比值也象r 。值一样具有分散性，所以接到p i n 4 的电阻必须能调整，用相当于总 电阻值2 5 的一个微调电阻和一个固定位电阻串联组成，这样调整阻值就很容易了。 于零变换系数( m v ( r m i n ) ) 增加在7 7 以内。后者的分散是很窄的，如在p i n5 网络设计的最小的给定值被改变期间，最大1 速度误差被保证，始终符合这个增 加。p i n l 2 还检测测速信号的连贯性，在电流出现中断时( 电机停转) ，也禁止输出 触发脉冲，以免电机失控。 4 5 7t d a l 0 8 5 0 的p o b 要求 因为在t d b l 0 8 5 c 的应用中，同一块p c b 板上既有高压大电流的，也有低压小信 图4 2 2p c b 参考图 f i g4 - 2 2p c br e f e r e n c ed i a g r a m 号的存在，所以在制板时对各个信号隔离是很重要的“。以下几方面是佰板时 要求注意的： 1 、耦合芯片引脚的电容要靠近芯片，彼此要尽量靠近在同一点上接地。 2 、 如果用到测速发电机，测速发电机的接地连线一定要直接与p i n 8 相连， 由于测速电机离电动机最近，实际上测速发电机是最大的噪声产生源， 把测速发电机接地端直接与p i n 8 接地点相连减小了高的d o d t ( 瞬时 电压值) 信号。 3 、接地方式采用星型，而且比较敏感的引脚要用电容将其与地隔离。以图 4 2 2 作为参考洲，将“信号边界”和“a b ”一侧的电源输入通过地进 行了隔离。各元件布局兼顾了就近排列，减少外部干扰。 广东工业人学t 学硕l 学位论文 4 、布线时对电流较大的线路要加进行烫铜，尽量加大导通面积。 5 、对于一些发热较大的元件，比如这里的7 8 0 5 、康铜丝、水泥电阻要留足够 的散热位置。 4 6 电机转向控制 前面已经介绍了串激电机的转向控制原理，现在介绍具体电路构造。下图4 2 3 是电机转向控制电路图。电路用a r m 板的b 端口中四个脚作为控制脚，用高速光耦 6 n 1 3 6 进行隔离，u l n 2 0 0 3 驱动继电器的线圈，选用r o m n 公司的2 5 0 v a c7 a 继电器。 当g p b 5 = 0 ，g p b 6 = 0 ，g p b 7 = i ，g p b 8 = i 时k l 、k 4 继电器合上，k 2 、k 3 继电器断开电机 正转；当g p 8 5 = i ，g p b 6 = i ，g p b 7 = 0 ，g p b 8 = 0 时k 1 、k 4 继电器断开，k 2 、k 3 继电器合 上电机反转。 4 7 小结 图4 - 2 3 电机转向控制图 f i g4 - 2 3m o t o rd i r c t i o nc o n t r o ld i a g r a m 本章主要介绍了串激电机的控制器。整个控制器由t d a l 0 8 5 c 通用电机控制集 成芯片为基础，通过测速电机，继电器电路和a r m 控制信号构成了整个平台的电 机控制系统。本章也以本设计的实际电路为基础，分析了t d a l 0 8 5 c 的工作原理， 参数选择等，最后也给出了电机转向变换的控制图，具体实物图见附图5 。 4 0 第五章测试f 台的软件系统 第五章测试平台的软件系统 5 1 a d s 集成开发环境 5 1 1a d s 集成开发环境简介 a d s 集成开发环境是a r m 公司推出的a r m 核微控制器集成开发工具4 1 ，英文全 称为a r md e v e l o p e rs u i t e ，成熟版本为a d s i 2 。a d s i 2 支持a r m i o 之前的所有 a r m 系列微控制器，支持软件调试及j t a g 硬件仿真调试，支持汇编、c 、c + + 源程 序，具有编译效率高、系统库功能强等特点，可以在w i n d o w s 9 8 、w i n d o v sx p 、 w i n d o w s 2 0 0 0 以及r e d h a tl i n u x 上运行。 5 1 2a d s1 2 集成开发环境的组成 a d s1 2 由6 个部分组成，如表5 1 所示“”。用户一般直接操作的是 c o d e w a r r i o ri d e 集成开发环境和a x d 调试器，所以这一章我们只介绍这两部分软 件的使用，其它部分的详细说明参考a d s1 2 的在线帮助文档或相关资料。 5 1 3a d s 的开发流程图 a d s i 2 集成开发软件的工程开发流程图如图5 一l 。 5 1 4 连接设置 a d s 软件开发中最重要的是设置其输出设置与链接，它要跟$ 3 c 4 4 8 0 x 的初始化 4 l 广东j 1 = 业大学t 学硕f ：学位论文 文件的有关语句对应起来1 ，图5 - 2 ，图5 3 是本设计的设置。其中图5 2 中r ob a s e 是指s d r a m 只读部分，f l a s h 中的固件程序在a r m 系统上电后会将自动复制到s d r a m 的r o 部分里面，设置o x o o o o o o o o o x o c 0 0 8 0 0 0 区域为s d r a m 的只读区域。图5 3 中定义了c 语言入口地址为s e l f b o o t ，在4 4 b i n i t s 上有相应的定义。详细的 4 4 b i n i t s 程序可以在s u m s a n g 的官方网站上下载，下文的程序编写部分也对 4 4 b i n i t s 其中的程序进行解释。 这里只对本项目程序编写、编译所涉及的内容进行配置，详细的内容可以参照参 考书 3 0 1 。 表5 1a d s l 2 的组成 1 a b5 1c o n t e n to f a d s i 2 名称描述 使异 方式 a r m 舡编器 代码生成工具a r m 的c 、c * 编 拳嚣 由c o d * w m - i o ri d e 氍用 t h u m b 的c 、甜编译器 a r m 连接嚣 嶷赶计发蚪境 c o d e w a m o r ) e t 栏臀群。编洋连接 a x d 潮试嚣k 0 崎4 t k e 吣 仿真调试 目删 指- 争髓拟器a r m u l a t o r由a x d 讽用 a r m 开发包一蝗穑：崖的铡程 一些赛j f j 程序由c o d e w a m o r 实塌穰乎( 如f r o m e 日i d e 蠲用 a r m 心用瘁c ，c + ，霸数库等 用p 程辟健羽 图5 - 1a d s 开发流样圈 f i g5 - 1 f l o wc h a r to f a d sd e v e l o p i n g 堡圣至塑篁：l 童塑竺丝圣丝 图5 - 2 输出设置 f i g5 - 2o u t p u ts e t t i n g s 图5 - 3c 入口链接 f i g5 - 3ce n t r a n c el i n k i n g 广东工业大学t 学硕1 ：学位论文 5 2s 3 c 4 4 b o x 的固件程序和调试 5 2 1 固件的内容和修改 s 3 c 4 4 b o x 系统工作之前需要对其进行初始化配置，其中包括分配外部数据空 间、堆栈空间和中断入口等，因此在编写应用程序时必须在程序的入口处加入一些 必要的初始化代码，使系统在执行c 语言程序之前先完成对自身的初始化，从而正 确启动系统。初始化程序需要设置的内容主要有： 1 、定义入口地址： 2 、建立异常中断处理器； 3 、初始化存储器系统； 4 、初始化c 程序所要求的存储空间； 5 、进入c 言语程序的入口程序。 所有这些工作都在4 4 b i n i t s 汇编文件里面描述。固件程序可以在s u m s a n g 网站上 下载，只要对其中的内容修改一下就可以另外要将固件程序先烧录到f l a s h 中，还 需要编写f l a s h 的配置文件，然后通过烧录软件f l u t e d 烧写进去； 5 2 2 定义入口地址 初始化程序中必须指明主程序的入口地址，一般在a r m 汇编言语中的e n t r y 语句中。程序如下： ：事$ 木宰乖宰拳术宰 木木宰宰木 木幸木木宰乖 宰事 事木奉宰术宰事车 宰奉 事 木木 母 车# $ $ $ $ $ ：检查是否使用t a s m e x e 进行编译 ：宰宰宰宰木丰木 粤堆枣木宰宰 幸宰枣木幸幸串母乖木幸拳 牛幸拳$ $ 宰卓丰宰女母车木$ $ $ $ $ 乖事母 女 g b l l t h u m b c o d e c o n f i g = 1 6 量垂至型堡圣童墼丝丝蚕丝 t h u m b c o d es e t l t r u e c o d e 3 2 t h u m b c o d es e t l f a l s e t h u m b c o d e c o d e 3 2 ：t h u m 模式下的开始代码 ；：；：；：v e c t o rm a c r o ；：；：向量宏 a r e a s e l f b o o t ，c o d e ，r e a d o n l yc 入口地址，在a d s 的设置见图6 3 e n t r y r e s e t e n t r y br e s e t h a n d l e r ；f o rd e b u g bh a n d l e r u n d e f：h a n d l e r u n d e f bh a n d l e r s w i ：s w ii n t e r r u p th a n d l e r bh a n d l e r p a b o r t：h a n d l e r p a b o r t bh a n d l e r d a b o r t：h a n d l e r d a b o r t b ：h a n d l e r r e s e r v e d bh a n d l e r i r q bh a n d l e r f i q 5 2 3 进入c 语言的程序 在4 4 b i n i t 。s 中，进入c 语言程序运行的具体程序如下： ：l n o t ：t h u m b c o d e b l m a i n ：从汇编进入c 语言代码空间，不要使用m a i n 0 b。 至三些奎兰三耋堡圭耋堡丝墨 t h u m b c o d e o r r l r ，p c 。# l b xl r c o d e l 6 b lm a i n b c o d e 3 2 f o rs t a r t u pc o d ef o rt h u m bm o d e 从汇编进入c 语言代码空间，不要使用m a i n ( ) 5 2 4s s t 3 9 v f l6 0 的配置文件 根据h a s h 型号编写相应的配置文件”“，以下是s s t 3 9 v f l 6 0 的对应于s 3 c 4 4 b o x 的 配置文件，命名为d e f a u l t f c d ： c h a i n d e v i c e = s 3 c 4 4 b o x b s d r e a d b e g i n b y t e = o e n d b y t e = 0 x 3 f f f l a s h ：s s t 3 9 v f l 6 0 w r i t e c m d = o x 5 5 5 5 ，o x a a ，o x 2 a a a ，0 x 5 5 ，0 x 5 5 5 5 ，o x a o 写命令 e r a s e c m d = 0 x 5 5 5 5 ，o x a a ，o x 2 a a a ，0 x 5 5 ，0 x 5 5 5 5 ，0 x 8 0 ，0 x 5 5 5 5 。o x a a ，o x 2 a a a ， 0 x 5 5 ，o x o ，0 x 3 0擦除命令 料木料半以下为管脚的定义料 料 料$ 料 a 0 = 3 a l = 2 a 2 = l a 3 = 1 6 0 第五章测试甲台的软件系统 a 4 = 1 5 9 a 5 = 1 5 8 a 6 = 1 5 7 a 7 = 1 5 6 a 8 = 1 5 5 a 9 = 1 5 4 a 1 0 = 1 5 3 a 1 1 = 1 5 1 a 1 2 = 1 5 0 a 1 3 = 1 4 9 a a a 4 = 5 ： 6 - - 4 8 4 7 4 6 a 1 7 = 1 4 5 a 1 8 = 1 4 4 a 1 9 = 1 4 3 d 0 = 1 3 6 d 1 = 1 3 5 d 2 = 1 3 4 d 3 = 1 3 3 d 4 = 1 3 2 d 5 = 1 3 1 d 6 = 1 3 0 d 7 = 1 2 9 d t = d 8 = d 9 = 2 9 2 8 2 7 d 1 0 = 1 2 4 d 1 1 = 1 2 3 d 1 2 = 1 2 2 图5 - 4f l u t e d 软件界面 f i g5 4 f l u t e ds o f t w a r ei n t e f f a c ：e 广东t 业大学- 学硕i 学位论文 d 1 3 = 1 2 1 d 1 4 = 1 2 0 d 1 5 = 1 1 9 w r = 1 6 r d = 1 5 c s = 1 7 r e s e t c t r l = 0 x o o h i g h = l o w = s a f e m o d e = l 5 2 5 程序烧录 图5 - 5 串口设置 f i g5 5 s e n a lp o r ts e t t i n g s 应用经典的f l u t e d 软件，将简易j t a g 小板连接到并口，使用办法是将目标代 码( 二进制文件$ b i n ) 拷贝到软件所在目录下，名称必须是f s 4 4 b o i i ，_ b i o s b i n 覆盖掉原来的文件，然后点击f 2 k _ f s 4 4 b o i i b i o s b a t 文件。注意的是烧录文件的 名一定要为f s 4 4 b o i i b i o s b i n ，因为f 2 k f s 4 4 b o i i b i o s b a t 批处理文件已经定 义了这个名字，如果一定要自己命名，也可以对批处理文件作相应修改。程序运行 如图5 4 。当出现v e r i f y 验证通过完成后，烧写就完成了。 5 2 6 超级终端进行应用程序调试 按照一下步骤对超级终端进行设置和调试： l 、创建一个超级中断连接：开始一附件一通讯一超级终端。 2 、配置超级终端：超级终端的设置如图5 - 5 。 3 、这样设置后，a r m 板上电，超级终端会显示如图5 - 6 。 4 8 图5 - 6 超级终端显示 f i g5 - 6h y p e r t r ms h o w 5 2 7 调入应用程序调试 在超级终端提示符“s w 4 4 b o # ”下输入l o a d bo x o c 0 0 8 0 0 0 回车后选择“发 送一发送文件”，在“发送文件”对话框中的“协议”项下选择“k e r m i t ”，点击“浏 览”选择要调试的b i n 文件，如下图5 7 所示。按上图中的发送按钮，发送完毕后 在超级终端的提示符“s w 4 4 b o # ”下输入“g oo x o c 0 0 8 0 0 0 ”就可以运行程序了。 图5 7 发送窗口 p i g5 - 7s e n d i n gw i n d o w 广东t 业人学下学硕f ：学位论文 5 3u s b 接口的固件编程 5 3 1u s b 工作原理和固件程序的作用 u s b 的特点是即插即用和数据块传输。当u s b 插入到系统的时候，系统就会先 对它进行配置。所谓配置就是u s b 主机( 这里是p c ) 和从机( d 1 2 固件所在的m c u ) 进行的问答。这一过程由d 1 2 的端口0 来完成。主机在问答中会为从机配置设备地 址，也获得从机的一些信息，比如设备的描述符等。配黄好了后，d 1 2 就不用端口1 进行数据通讯了，而是用端口1 或者2 。“。 固件程序的主要任务就是对u s b 设备上的几个端点的通讯进行控制。当u s b 接 口收到数据或者发送数据成功，d 1 2 会发出中断请求，固件程序就是响应这些中断 请求并作出数据交换的。而数据交换的操作无非就是将数据从缓冲区内读入或者发 送出去。 5 3 2 固件编程结构 i l 厂商请求处理 p d f t j s b d1 2 命令接口 l 硬件提取层l i e p p h a l c i i 幽5 - 8 j s b 咧件编程结构图 f i g5 - 8s t r u c t u r eo fu s bf i r m w a r e 第五章测试p 舟的软件系统 图5 - 8 就是u s b 固件编程的结构图，其中各个结构的功能为： l 、硬件提取层；对单片机的i o 口、数据总线等硬件接口进行操作。 2 、p d i u s b d l 2 接口命令：对p d i u s b d l 2 器件进行操作的模块子程序集。 3 、中断服务程序：当p d i u s b d l 2 向单片机发出中断请求时，读取p d i u s b d l 2 的中断传输来的数据，并设定事件标志“e p p f l a g s ”和s e t u p 包数据缓 冲区”c o n t r o lx f e r ”传输给主循环程序。 4 、标准请求处理程序：对u s b 的标志设备请求进行处理。 5 、厂商请求处理程序：对用户添加的厂商请求进行处理。 6 、 主循环程序：发送u s b 请求、处理u s b 总线事件和用户功能处理等。 5 3 3 固件主循环程序m a i n l o o p c 主循环程序主要是检查事件标志并进入对应的子程序进行进一步的处理。m c u 一旦上电就开始初始化所有端口，存贮器、定时器和中断服务程序。之后会重新连 接u s b ，这一过程确保m c u 准备好服务d 1 2 之前不会对它进行任何操作。 v o i du s b _ m a i n ( v o i d ) u n s i g n e dl o n gd e l a y c n t ： m c u i n i t i a l0 ： d 1 2 s u s p d = 0 ： r e c o n n e c tu s b0 ： 丰丰幸木木料半木爿c 料 以下是主程序循环 丰堆木木木术书木术书料 w h il e ( t r u e ) u s b s e r v e 0 ： i f ( b e p p f l a g s b i t s e p 2 一r x d o n e ) 管脚，中断声明等的初始化说明 d 1 2 断开 重新连接 接收到端点2 接收标志 广东t 业大学丁学硕i 一学位论文 b e p p f l a g s b i t s e p 2 一r x d o n e = 0 ： 清除端点2 接收标志 f o r ( d e l a y c n t = o ：d e l a y c n t o x 9 0 0 ；d e l a y c n t +