基于GP32的直流电机控制器测试系统

1．系统的整体设计

本系统用于测试直流电机控制器的功能和性能。测试内容主要包括测试控制器的电流 值、速度值和PWM 输出的波形变化等。测试系统采集到这些值后，通过串口发送给PC 方 显示，能够方便用户监看、分析。本系统可以实现测试直流串励电机控制器和直流他励电机 控制器的性能和功能。

本测试系统硬件系统部分由主控芯片 MC68HC908GP32 最小系统电路、电源转换电路、 SCI 通信电路、光电隔离控制电路、A/D 转换电路和继电器驱动电路等部分组成。该系统能对多种模拟量进行采集，通过信号转换电路转换为0-5V 的电压信号，再将电压信号送入A/D 转换电路，实现数据的采集。为了节约I/O 口，本系统的A/D 转换芯片采用2 片TLC2543 , 第I 片用于模拟量输入，负责采集各传感器的值，第II 片用于采集各开关的状态;本测试系 统经常要读取电机的当前速度，且精度要求比较高，所以采用输入捕捉的方式采集测功机的 转速;同时系统需要采集24V 开关的状态，而负责采集的MCU 子系统的工作电压是SV，为 了保障MCU 的正常工作，所以需要采用光电隔离电路来实现24V 到5V 的转换。

2.系统的硬件设计

本系统选择了 Freescale Semiconductor 公司的MC68HC908GP32 处理器作为整个测试系 统的主控芯片，它是Motorola 的新型08 系列单片机中的一种通用芯片。具有一速度快、功 能强和价格低等优点，并且向下兼容原有的M68HC05 系列单片机，极大地维护了用户的利 益，而目‘新一代的M68HC08 系列机种按各种型号带有小同大小的片内闪速(FLASH)存储器，具有非常高的性价比。根据小同的应用，08 系列单片机分出很多型号，而本设计采用 的MC68HC908GP32 单片机在标准08 单片机核心的基础上，增加了增强型的串行通讯接口 SCI 和串行外围接口SPI。

2.1 串行通信SCI 电路

串行通信是计算机系统中常用的通信机制之一，在MCU 中，若用RS-232C 总线进行串行通信，则需外接电路实现电平转换。在发送端需要用驱动电路将TTL 电平转换成RS-232C 电平，在接收端需要用接收电路将RS-232C 电平转换为TTL 电平。电平转换器小仅可以由 品体管分立元件构成，也可以直接使用集成电路，本系统中使用MAX232 芯片来实现。 MAX232 芯片简单易用，单+5V 电源供电，仅需外接几个电容即可完成从TTL 电平到RS-232 电平的转换， PC 通过设置不同的协议同时与本系统和电机控制器进行串行通信。PC 发出 的数据，通过 MAX232 进行电平转换，本系统和电机控制器同时收到，然后根据帧头决定是否对这些数据进行处理。本系统和电机控制器发出的数据由PC 接收。SCI 通信电路原理图如图2 所示。

数据发送过程:MCU 的TxD ( TTL 电平)经过MAX232 的11 ( T1IN)送到MAX232 内部， 在内部TTL 电平被“提升”为232 电平，通过14 CTIOUT)发送出去。接收过程:内音下， 在内部狗RxD，进入外部232 电平经过MAX232 的13 (R1IN)进入到MAX232 的232 电平 被“降低”为TTL 电平，经过12 CR10UT)送到MCUMCU 内部。

2.2 A/D 转换电路

模拟量采集是测控系统的一个重要组成部分，本系统采用2 片TLC2543，第I 片用于模 拟量输入，负责采集各传感器的值，第II 片用于采集各开关的状态。图3 给出了利用SPI 及MCU 的PTC 口的PTCO-PTC 1 扩展两片TLC2543 的电路原理图。其中第I 片TLC2543 的片选接MCU 的PTCO、第II 片TLC2543 的片选接MCU 的PTC l。每片TLC2543 可接 11 路模拟量输入，这样本系统中的A/D 转换电路可外接22 路模拟量。当有更多路数模拟量 需要输入时，可以按此方法继续扩展。该电路适用于模拟量路数较多、且对实时性要求不是 太高的数据采集系统。

由于 TLC2543 对采样的模拟数据的分辨率为12 位，包括TLC2543 及其他IC 的电源端 必须用一个0.1 uF 的陶瓷电容连接到地，用作去耦电容。在噪声影响较大的环境中，也可以在0.1 uF 的陶瓷电容端再并联一个lOuF 的钮电容，以减小噪声对器件的影响，其电路设计图如图3 所示。

图3 基于SPI 的A/D 转换扩展电路

2.3 电源转换电路

本系统是 24V 直流电压供电，而MC68HC908GP32 是5V 供电，使用的光电编码器需 12V 工作电压，所以需要设计将24V 转换为5V 和12V 的电压转换电路。系统使用的是 LM2575 系列开关稳压集成电路，LM2575 是美国国家半导体公司生产的1A 集成稳压电路， 其原理图如图4 所示。

3.电机控制系统软件设计

系统的软件采用模块化设计，实现功能细分，一方面可提高软件的移植性和升级性，另 一方面增强软件的易测试性。软件的总体架构包括二部分:主程序、相关子程序和辅助文件， 全部采用08C