基于MCU的直流电机测试系统设计

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