1 多功能电机控制器使用说明书 目录 多功能电机控制器使用说明书 .......................................................................................... 1 主要技术参数............................................................................................................ 1 系统硬件结构............................................................................................................ 2 伺服软件系统结构..................................................................................................... 6 PID算法设计思路 ............................................................................................... 6 PID滤波器C语言代码 ........................................................................................ 7 系统通信部分软件设计....................................................................................... 9 使用快速原型系统调试系统的基本思路 ................................................................... 10 驱动器外壳加工问题 ............................................................................................... 11

主要技术参数 1． 输入电压：直流18-60V 2． 最大输出电流：10A 3． 最大峰值输出电流：20A 4． 限位输入形式：霍尔开关限位滑动变阻器限位 5． 开关量输入输出接口电平：5V TTL 6． 开关量输入输出接口数量：8个 7． 编码器输入接口种类：相位相差90度的双路方波信号 8． 编码器输入接口电平：兼容3.3V，5V TTL电平 9． 电机驱动PWM频率：1K-72K可调 10． 通信接口形式: CAN总线 RS232总线 2

系统硬件结构 核心控制电路硬件结构

ARM高速总线仲裁单元

256K字节闪存64K字节SRAM100M 以太网MACDMA

单元USB OTG

物理层

Cortex-M3 CPU 72Mhz

12路DMA通道

CRC单元桥

USARTCAN 2.0BRS232电平转换CAN总线物理层DB9DB9

滤波光电编码器1路滤波

磁栅绝对编码器1路

正交编码器采集单元

磁栅绝对编码器采集单元

（AD 12bits 1M MAX）电流传感器采集 PWM单元(死区)滤波 电位计反馈ETM仿真9针仿真接口

至功率驱动部分I/O单元限位开关(两路隔离12V，八路非隔离5V)

USB和以太网由于空间现在本系统中功能被屏蔽。 USB接口可以实现系统的在线更新和维护。 基于实时以太网的高速控制器为伺服电机控制器发展的趋势（西门子和法兰克的数控系统都采用这种方式），对于分散式控制系统，这种控制方式可以省略掉入安阳控制系统中购买多串口卡的成本；并且，由于网络变压器的隔离特性，即使下层电路在未来的设计中不采用隔离设计，整个系统对于工业控制计算机仍然是隔离的，实用此种方法可以提高系统的稳定性，降低整个系统的成本，并实现控制系统固件库的在线远程更新。 以上两种功能可以在新的电路板设计中增加。 系统的多功能输入输出结构中预留绝对式磁栅编码器的接口单元。

启动模式 根据使用说明书 3

在系统的默认条件下，从主储存器启动，即BOOT0引脚位低，这种情况适合系统通过仿真器调试时使用。这种启动模式也是默认值。即在电路板中左部的BOOT0和BOOT1不连接任何短路冒。这样设计的目的是要早工业应用场合避免使用短路冒造成系统在震动工况下不稳定的情况。如图1.1 所示。

图1.1 从主FLASH启动的默认设置 如果系统需要有在线更新功能，本主控板可以通过USART2，USB OTG FS对系统进行更新。这时，要将系统的启动模式设置为系统储存器启动，即BOOT0短路冒连接。这方面的具体信息参考ST公司的“STM32F105xx and STM32F107xx system memory boot mode”。 具体设置如表1.1所示 表1.1 系统启动设置 启动模式 跳线设置 主闪存启动 BOOT0，BOOT1不连接任何短路冒 系统储存器启动 BOOT0短路冒连接 SRAM启动 BOOT0，BOOT1使用短路冒短接

系统复位 系统的NRST引脚（14脚）在低电平作用下复位整个系统，同时在EX2外部扩展引脚上的4脚可以输出RESET的复位信号、同时也可使系统在休眠的状态下被唤醒。 同时RESET同JTAG的15脚相连；还同网络芯片88348的29脚相连。 硬件连接图如图2.1所示 图 2.1 复位电路的连接 4

系统时钟 对于STM32F107来说，系统有两个时钟输入，一个是高速时钟输入，另一个是低速时钟输入。 考虑到大多数系统的需求，系统板只给出了高速时钟输入的时钟入口。时钟频率位25Mhz。 如果需要低速时钟可以使用EX2外部扩展引脚的5，6脚。时钟频率位32.768Khz。 同时系统的67脚即PA8还可以向88348网络芯片提供50Mhz的时钟信号用于RMII通信。 对于网络通信和USB接口使用stm32f107工控板提供了如图3.1所示的以下解决方案。

图3.1 以太网和USB的时钟电路解决方案。 JTAG 通过如下方式连接JTAG。如图4.1所示。

图4.1 JTAG连接示意图 电源供电部分 系统使用5V电源供电，同时，再不焊接LM1117供电芯片的情况下也可以5

使用引出排针的3.3V进行供电。 所有的电源供电以及排针的引出在电路板上已经清晰的表明四个定位孔同GND相连，当使用铜柱同底层扩展板连接时，可扩大地线的范围；当需要连接柱带电时，可以用塑料柱连接。推荐铜柱和塑料柱的高度位10mm. 系统可由USB接口供电，无论USB口的控制信号PC9为何种状态时，系统都可以通过USB为系统供电。但是当PC9为高电平或者高阻状态时电流只可以由外部USB口向系统，而当PC9为低电平时，电流既可以从外部流入，也可从板子流出。所以，在系统使用其他供电形式并与计算机USB口相连接的情况下，要将PC9置为高阻态。当系统只使用USB口供电时PC9为何种状态都可以。 如果系统需要使用外部时钟，比如在断电的时候也保留部分寄存期的内容，就需要将外部扩展口EX2的8脚BAT引出同一块电池相连。

CAN总线部分 CAN总线使用TI的CAN总线驱动芯片SN65HVD230。这种芯片可以工作于三总模式：高速模式用于大多数工业场合；低功耗模式可以省电；斜率模式可以降低EMI。本系统只采用高速模式。高速模式的选择需要将RS（pin 8）拉低。在某些多机通信的场合，可能不需要120的负载电阻，这时，需要将位于电路板左上角标记有120字样旁边的电阻焊下来。 信号通过stm32f107的CAN1与这个驱动芯片相连，对于本电路板无需REMAP。连接引脚如表6.1所示。 表6.1 CAN总线连接表 引脚 管脚名 功能名 驱动芯片连接管脚 驱动芯片管脚功能 81 PD0 CAN1_RX 4 Receiver output

82 PD1 CAN1_TX 1 Driver input

串口通信部分 串口通信部分使用max3232作为电平转换芯片其连接如图7.1所示。 表7.1 RS232部分连接表 引脚 管脚名 功能名（remap） 驱动芯片连接管脚 驱动芯片管脚功能 84 PD3 USART2_CTS 9 ROUT2

85 PD4 USART2_RTS 10 DIN2

86 PD5 USART2_TX 11 DIN1

87 PD6 USART2_RX 12 ROUT1 6

伺服软件系统结构 Cortex-M3内核 STM32互联型MCU硬件μC/OS-ⅢCortex M3内核相关程序

硬件抽象层以太网驱动USB-OTG驱动CAN总线驱动USART驱动PWM驱动

BSPμC/OS-Ⅲ系统内核任务管理相关

任务编码器数据采集电流传感器数据采集限位开关状态采集指令解码PID算法软件计算结果PWM输出反馈相应的工作状态

应用层

Micrium 发布的嵌入式实时操作系统uC/OS-III，它的特性如下：抢先式多任务处理，无数目限制的任务及优先级，时间片轮番调度法允许多任务具有相同的优先级。

抢先式多任务处理内核 uC/OS-III总是先运行已就绪的最重要的任务。uC/OS-III可以支持不限数目的任务，并允许被监视的任务在运行时增加其栈的大小。uC/OS-III同时支持不限数目的任务优先级。

时间片论调度 uC/OS-III允许多个任务运行在同一个优先级上，每个任务都拥有一个用户指定的运行时间周期。每个任务都可以被指定其自己的时间量，并且当不需要其全部的时间量的时候，任务可以放弃其拥有的时间片。uC/OS-III同时支持不限数目的内核事件，如任务、信号量、互斥体、事件标志、消息队列、计时器和内存分配等。uC/OS-III通常在运行时是可配置的。

几乎为零的中断禁止时间 uC/OS-III拥有大量的内部数据结构体和变量需要被访问。对这些关键区域的保护是通过锁定调度程序而不是关中断来实现的。中断几乎只被禁止了零时钟周期，这保证了实时操作系统可以对那些最快的中断做出响应。 综上所述，相对于uC/OS-II，uC/OS-III对提高伺服系统的相应速度与可扩展性有重大的意义。

PID算法设计思路