基于dsp的磁悬浮小灯控制系统0001

1、基于DSP的磁悬浮小灯控制系统I摘要我们组设计的磁悬浮小灯控制系统是基于 TMS320F28377DSP芯片。本设计采用了 上下两个霍尔元件作为感应器，通过DSP中的AD模块去采集这两路信号，然后经过 PID 控制后把输出通过DSP的 DA模块将数据发送到驱动器控制线圈电流大小，以改变磁场 来控制灯的位置使其保持悬浮，整个系统够成了一个闭环控制系统， 抗干扰能力强，新 颖且可广泛于教育领域，增加学生的学习兴趣。Abstract关键词：TMS320F28337S PID控制 闭环控制系统基于DSP的磁悬浮小灯控制系统I摘要 .IAbstract .I引言. 1第一章磁悬浮小灯控制系统的结构 .1

2、1.1电源部分 . 21.2 AD转换部分 . 21.3 PID 部分. 31.4 DA转换部分 . 41.5驱动器部分 . 5第二章程序流程图.6结论. 6致谢. 6参考文献. 7附录. 8磁悬浮小灯控制系统整体结构图，如图1所示。AOs)PID CodtroNerSaturationDAC CLASSI BL1AD.VALUECl- -Anc ADCCL1磁 Channel： 1引言目前在现实生活中，磁悬浮技术得到了广泛的应用 ，本设计采用把磁悬浮技术使得小灯并发亮保持悬浮，改变了传统的照明技术，其中也用到了PID闭环控制。非常新颖，且系统比较稳定，能够很好的应用于教育领域，增加学生的学习

3、兴趣。对 其他领域也有广泛的启发意义。第一章 磁悬浮小灯控制系统的结构分析仪使用DSP28377S开发平台作为基础。整个系统可以分成 5个部分：(1)开关电源部分：给系统提供24V电源。(2) AD采集部分：使用TMS320X28377S内部的AD外设，对待测的的霍尔元件 两端进行模数转换。得到数字量表示的电压值。(3)PID部分：在DSP中，使用AD模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为PID控制器的反馈信号，然后设定期望值，在DSP中经过数字PID计算后通过DA模块传送给驱动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小， 一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。(4)驱动模块部分：根据DA传送过来的

4、信号输出相应大小电流给线圈。(5) DA输出部分：使用TMS320F28377S内部的DA外设，把经过PID计算的输 出量传送给外部的驱动器。OUTPUTSENSOR DOWN图1磁悬浮小灯控制系统整体结构图DesiredOFFSETSENSOfi.UPFrd-Order FilerGan2ACC OA8S1-BL1ADC CLASSI BL2Anr ADCCL1Channel: 2Fr-Order FiNerl基于DSP的磁悬浮小灯控制系统211开关电源部分设备的电源部分的目的是为了给整个系统体提供24v的电源图2系统的电源部分12 AD转换部分1.2.11.2.1 ADAD 转换本设计采用

5、TMS320F28377S内部的A/D转换器来采集外部霍尔元件的信号TMS320F28377S内部的A/D转换器的特性如下1.12位或16位的转换精度2.最高25MHz的转换速度、3.16路独立通道。由于控制系统的整体工作频率比这芯片内部 25MHz的最高转换速度慢。为了得 到更加精确的转换值，可以采用采集10次数据，讲采集到的数据就行快速排序，去 掉采集到系统的最高和最低的值，然后将这8次数据求其平均值。把这样处理后的结 果再当做一次采集的数据。1.2.21.2.2 ADAD转化的实现1.配置AD转换的时钟信号ADCCLK，系统预分频。2.配置AD转换的采样模式，本设计才用12位通道，单端模

6、式3.配置AD转换的通道以及转换完成后中断标志清零。基于DSP的磁悬浮小灯控制系统31.3 PID控制部分1.3.11.3.1 PIDPID控制原理PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集 到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的 输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算 不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系 统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳 定误差或过程反复的情况下，一个 PID反馈回路却可以保持系统的稳定。1.3.21.

7、3.2 PIDPID控制的实现在DSP中，使用AD模块采集到的外部信号，并转化为数字信号作为 PID控制器 的反馈信号，然后设定期望值，在 DSP中经过数字PID计算后通过DA模块传送给驱 动器，从而使得驱动模块能够调整电流的大小， 一控制磁场的强度，是灯保持悬浮。1定义变量floatek1 = 0;/偏差ek-1floatKp = -2.2;/定义比例系数floatKi = 0;/定义积分常数floatKd = -0.03;/定义微分常数floatdelta = 0;/定义误差floatuk = 0;uk2.采用PD控制实现程序float PID( float ek)基于DSP的磁悬浮小灯控

8、制系统4delta = ek-ek1;uk = Kp*ek+Kd/T*delta; ek1 = ek;return uk;1.4 DA 部分1.4.11.4.1 DADA 转换1.4.21.4.2 DADA转换实现1.5驱动器部分PID转换结束后，输出的数据就被存放 DA_value中,传送给驱动器,图4驱动器图基于DSP的磁悬浮小灯控制系统5第二章程序流程图磁悬浮小灯系统程序流程图如下：仁包含所要用到的头文件FincludeHF20 x_Projehl) 2定义各个变量(如血kp, kjj kd* AD_value) 3定义将用到的子函数(ConfigijreADC,PIDFDAC_5end

9、)1引始化系统时钟(InitSysarl()Z初始化中断向量表(InitPieCtrl(rInrtPtefedTableO)工开定时器中断(开三级中断)1. ADMW集来自霍尔元件的两路信号)2. PID (对采集到的信号进行3. DAC_send (把经卩处理的数据发送给驱动器图5 C程序流程图结论本设计实现了基于TMS320F28337S的磁悬浮小灯控制系统。使用了 TMS320F28377S内部的ADC、DAC资源，整个实验设计首先通过 AD采集外部的 信号，然后经过PID计算处理后，再通过DA将数据发送到驱动器控制线圈电流大 小，以改变磁场来控制灯的位置使其保持悬浮。娈重与子函埶mai

10、nlS 数中断函数基于DSP的磁悬浮小灯控制系统6/ Device Headerfile and Examples In clude File致谢参考文献1Texas In strume nt TMS320F2837xS Delfi no Microco ntrollersM丄 iterature Number: SPRUHX5C, 20152Texas Instruments. Using PWM Output as a Digital-to-Analog Converter on a TMS320F28377 Digital Signal Controller M. Application

11、 Report: SPRAA88A, 20083Texas Instruments.主程序清单：#in eludeF28x Project.h void ConfigureADC (void );void SetupADCSoftware (void );void error (void );unsignedlong AD_UP10,AD_DOWN10;float offset=1; / / 设置补偿 float Exp=-1.2;/定义期望int AD_value;float Real;/当前实际电压unsignedlong AD_UP_AVE,AD_DOWN_AVE;floatek1 =

12、0;/ 偏差 ek-1floatKp = -2.2;/定义比例系数floatKi = 0;/定义积分常数floatKd = -0.03;/定义微分常数floatT = 0.001;/定义周期floatsum = 0;floatdelta = 0;floatuk = 0;ukfloat abso (float ek)if ( ek = 65535)i = 65535;else if ( i = 0)i = 0;return i;void DAC_send ( unsigned char Passage,unsignedint dat) _unsignedchar i, mode;un sig n

13、ed int j;switch (Passage)/0 x20 :通道 A 0 x22: 通道 B 0 x24 :通道 C 0 x26 :D.设置软件自动更新case 0:mode = 0 x20;break ;case 1:mode = 0 x22;break ;case 2:mode = 0 x24;break ;case 3:mode = 0 x26;break ;基于DSP的磁悬浮小灯控制系统8default breakfor (i=0;i8;i+)/DA8534_DIN(mode&0 x80);j = mode&0 x80;if (j=0)GpioDataRegs.GPADAT.bi

14、t.GPIO16 = 0;ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); data=0 elseGpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 1;ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); data=1 DELAY_US(2);GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 1; ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); clk=1 DELAY_US(

15、2);mode = 1;DELAY_US(2);GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 0;/ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); clk=0DELAY_US(2);for (i=0;i16;i+) /DA8534 DIN(dat&0 x8000);j = dat&0 x8000;if (j=0)GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 0;ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); /data=0 e

16、lse/GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO16 = 1;ioport_set_pin_level(PIO_PB8_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); data=1 DELAY_US(2);GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 1; ioport_set_pin_level(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); clk=1 DELAY_US(2);dat = 1;DELAY_US(2);GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO18 = 0;/ioport_set_pin_le

17、vel(PIO_PB10_IDX,IOPORT_PIN_LEVEL_LOW); clk=0DELAY_US(2);GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO19 = 1;基于DSP的磁悬浮小灯控制系统9基于DSP的磁悬浮小灯控制系统10/ioport_set_p inevel(PI0_PB11 _I DX,IOPORT_PIN_LEVEL_HIGH); cs=1void quick (unsignedlong *a, int i, int j)int m, n, temp;int k;m=i;n=j;k=a(i+j)/2;do while (amk&mk&ni) n-;if (m

18、=n) temp=am;am=a n;a n=temp;m+;n-; while (m=n);if (mi) quick(a,i,n);_in terrupt厂un sig nedvoidcpu_timer0srlong i;(void )float ek=0;float Output;/ 变化unsigned long DA_value;CpuTimer O.ln terruptCou nt+;GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO12 = 1;/tur n on led基于DSP的磁悬浮小灯控制系统11基于DSP的磁悬浮小灯控制系统1 0AD_UP_AVE=O;AD_DO

19、WN_AVE=0;for (i=0;i10;i+)/AD sample 10 timesc on vert, wait for completi on, and store results/start con vers ions immediately via software, ADCAAdcaRegs.ADCSOCFRC1.all = 0 x0003;/SOCO and SOC1/start con vers ions immediately via software, ADCB /wait for ADCA to complete, the n ack no wledge flag wh

20、ile (AdcaRegs.ADCINTFLG.bit.ADCINT1 = 0); AdcaRegs.ADCINTFLGCLR.bit.ADCINT1 = 1;AD_UPi = AdcaResultRegs.ADCRESULT0; AD_DOWNi = AdcaResultRegs.ADCRESULT1;quick(AD_UP,0,9);/sortquick(AD_DOWN,0,9);AD_UP0=0;/delete maximun & minimunAD_UP9=0;AD_DOWN0=0;AD_DOWN9=0;for (i=0;i10;i+)AD_UP_AVE+=AD_UPi; AD_DOW

21、N_AVE+=AD_DOWNi;AD_value = ( int )( float )(AD_DOWN_AVE)-(AD_UP_AVE)/8.0);Real = AD_value/1000.0; /calculate Real as suspensionpositionof the plantek = Exp - Real;/ek is suspensionpositionerrorOutput = PID(ek)+offset;DA_value = (unsignedlong )(Output*65535/5.0);/convert Output toDA_value for DAC mod

22、uleDA_value = saturatio n(DA_value);/output saturati onDAC_se nd(0,DA_value);/using DA to sendDA_value to DAC moduleGpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIO12 = 0;/turn off led/ Ackno wledge this in terrupt to receive more in terrupts from group 1PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;/variables to store conver

23、sion results Uin t16 AdcaResult0;Uin t16 AdcaResult1;Uint16 sdata = 0 x0000;II send dataUi nt16 rdata;II received datavoid main (void )基于DSP的磁悬浮小灯控制系统1 1/ Step 1.1 nitialize System Control:/ PLL, WatchDog, enable Peripheral Clocks/ This example function is found in the F2837xS_SysCtrl.c file.In itSy

24、sCtrl();/ Step 2. Initialize GPIO:/ This example function is found in the F2837xS_Gpio.c file and/ illustrates how to set the GPIO to its default state.In itGpio();/ I ni tSpiaGpio();/ Step 3. Clear all interrupts and initialize PIE vector table:/ Disable CPU in terruptsDINT;/ I nitialize the PIE co

25、n trol registers to their default state./ The default state is all PIE in terrupts disabled and flags/ are cleared.In itPieCtrl();/ Disable CPU interrupts and clear all CPU interrupt flags:IER = 0 x0000;IFR = 0 x0000;/ I nitialize the PIE vector table with poin ters to the shell In terrupt/ Service

26、Routi nes (ISR).In itPieVectTable();/ Interrupts that are used in this example are re-mapped to/ ISR fun cti ons found within this file.EALLOW; / This is needed to write to EALLOW protected registersPieVectTable.TIMER0NT = & cpu_timer0_isr;EDIS; / This is n eeded to disable write to EALLOW protected

27、 registers/ Step 4. Initialize the Device Peripheral. This function can be/ fou nd in F2837xS_CpuTimers.cIn itCpuTimers();/ For this example, only in itialize the Cpu TimersCon figCpuTimer(&CpuTimer0, 200, 500);CpuTimer0Regs.TCR.all = 0 x4000;/ Use write-o nly in struction to set TSS bit/ Step 5. Us

28、er specific code, en able in terrupts:/ En able TINT0 in the PIE: Group 1 in terrupt 7PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.lNTx7 = 1;/Con figure the ADCs and power them upCon figureADC();/Setup the ADCs for software con vers ionsSetupADCSoftware();IER |= MNT1;基于DSP的磁悬浮小灯控制系统1 2/ Enable global Interrupts and high

29、er priority real-time debug events:EINT;/ En able Global in terrupt INTMERTM;/ En able Global realtime in terrupt DBGM/ Step 6. IDLE loop. Just sit and loop forever (opti on al):while (1)/Write ADC con figuratio ns and power up the ADC for both ADC A and ADC B void ConfigureADC (void )EALLOW;/write

30、con figurati onsAdcaRegs.ADCCTL2.bit.PRESCALE = 6;/set ADCCLK divider to /4AdcbRegs.ADCCTL2.bit.PRESCALE = 6; /set ADCCLK divider to /4AdcSetMode(ADC_ADCA, ADC_RESOLUTION_12BIT, ADC_SIGNALMODE_SINGLE); /AdcSetMode(ADC_ADCB, ADC_RESOLUTION_12BIT, ADC_SIGNALMODE_SINGLE);/Set pulse positi ons to lateAd

31、caRegs.ADCCTL1.bit .IN TPULSEPOS = 1; AdcbRegs.ADCCTL1.bit.lNTPULSEPOS = 1;/power up the ADCs AdcaRegs.ADCCTL1.bit.ADCPWDNZ = 1; AdcbRegs.ADCCTL1.bit.ADCPWDNZ = 1;/delay for 1ms to allow ADC time to power up DELAY_US(1000);EDIS;void SetupADCSoftware (void )Uin t16 acqps;/determ ine mi ni mum acquisiti on wi ndow (in SYSCLKS) based on resoluti onif (ADC_RESOLUTION_12BIT = AdcaRegs.ADCCTL2.bit.RESOLUTION) acqps = 14;75nselse /resolution is 16-bitacqps = 63;