一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法

1.一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法，其特征在于，
该基于RCP与DSP的运动控制器的DSP芯片通过SPI串行总线与DA连接，DA与伺服控制器相连；伺服控制器通过50针的数据线与伺服电机相连；光电编码器通过物理线路将位移信号与DSP芯片的QEP采集模块的引脚进行连接以实现位移信号的采集；力传感器将采集到的力值信号通过物理线路与信号放大器进行连接，放大后的信号通过物理线路与DSP芯片的AD采集模块进行连接，进行AD转换；打印机模块通过RS232串口与DSP芯片连接；
实时时钟模块通过SPI串行总线与DSP芯片连接；键盘模块通过I2C总线与DSP芯片连接；
LCD模块通过GPIO口与DSP芯片连接；电源模块通过物理线路与DSP芯片连接；
所述力传感器在力值信号的采集电路中用滤波电路来消除信号中的噪声，在模拟信号采集中采用自校准的方式，在程序上使用过采样对采集的值进行处理；
伺服电机的速度变化是通过调节发送给伺服放大器的电压大小而实现的：要进行定速度控制，先要使能伺服放大器，这是通过控制GPIOB2使放大器的SRV-ON为1而让电机通电，进入伺服使能状态，然后是电机的模式选择，通过控制GPIOB1使C-MODE为0，当参数Pr02＝5时，输入0速度控制，输入1转矩控制；然后控制GPIOB0保证伺服放大器的ZEROSPD在正常运行状态下，当DA输出电压为0时，电机静止，当DA输出为正电压时，伺服电机相应的正传，而DA输出负电压时电机反转；在这个PID控制闭环中，执行器是通过SPI发送16数值然后改变DA输出电压控制伺服放大器而实现伺服电机的不同转速，反馈信号是通过光栅编码器采集到材料试验机工作台的位移信号，然后以脉冲的形式反馈给DSP芯片的QEP口，通过算法计算出当前材料试验机 工作台的速度；将计算的速度与设定的速度进行对比，通过PID控制算法得到一个反馈的控制信号，这样就可以使实际的速度与设定速度达到高度一致，实现速度反馈控制；
设计方法的具体步骤为：
(1)运动控制算法设计与仿真：在Matlab/Simulink中调用对应DSP芯片以及所需要的芯片的各个模块，结合Simulink中相关控制模块搭建出系统控制模型，利用Simulink强大的仿真功能，对搭建好的系统控制模型进行实时仿真，调节相应的控制参数，直到在仿真中达到控制要求；
(2)自动代码转换：利用自动代码生成功能将仿真好的控制模型转换成需要的代码，同时设置好要生成代码的类型，生成对应的控制代码，并自动将代码转到CCS开发环境中；
(3)代码移植：将运动控制代码在CCS开发环境中进行综合，修改后移植到嵌入式实时操作系统中；
(4)验证：将CCS环境中生成的二进制代码通过SEEDXDS-usb2.0仿真编程器，下载到通用运动控制器的处理器中，进行实际对象的在线运动控制，并且做好数据记录工作；
(5)信息反馈：将记录的数据与期望的控制输入进行对比，将对比结果反馈到Simulink中的控制模型中，如果实际结果和期望值有所出入，则相应的对Simul ink中的系统控制模型或者系统参数进行修改；
(6)重复以上步骤调节控制器的各个参数，完善整个运动控制器。

一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法\n【技术领域】\n[0001] 本发明涉及控制器的设计技术领域，具体地说，是一种基于快速控制原型RCP(Rapid Controller Prototyping)与 数字 信号 处 理器DSP(Digital Signal Processing)的运动控制器的设计方法。\n【背景技术】\n[0002] 现有运动控制器的开发往往包括两个大的环节，一是运动算法的软件开发，二是运动控制器的硬件设计。传统的开发过程中，这两大环节都分别需要专业的软件开发工程师和硬件开发工程师来针对专门的开发要求进行开发；然后共同调试，使控制算方法能很好的应用于硬件中。只有这两个环节紧密的配合达到形成一个最优的系统，才称得上成功的运动控制器的开发。\n[0003] 然而，在实际的运动控制器的开发过程中，运动算法的实现是一个相当复杂的软件开发过程，这个过程往往需要专业的软件开发工程师来实现。现在的控制系统的自动化设计，大多都是在对应微处理器的开发环境中手动编写汇编或C语言或C++代码，开发周期长，对程序员的要求较高，而且大多数程序员只熟悉某种语言，适应性很差，在大型开发项目中要互相结合开发就会出现明显的局限性。由于不同的程序员编程习惯的不同，同样的系统不同的人用同样的语言写出的代码差别很大，使其易读性很差，甚至对程序员自己来说，对于某些稍微复杂点的程序，亲自编写的程序在过一段时间后自己读起来都很吃力，尤其对汇编语言更是如此。\n[0004] 而运动控制器的硬件则需要硬件工程师根据运动控制器的控制对象以及外围设备来进行设计，选择MCU(如：DSP)以及各种外围器件。这就要求硬件工程师对各种MCU以及各种外围器件相当的熟悉，具有丰富的硬件开发经验。而硬件的设计不可能一次成功，往往需要由验证到修改，由修改到验证这样反复的尝试。DSP系统模块很多，要用汇编或C语言编写就一定要对其寄存器与内部结构了解很深，同时就像TI公司的DSP开发环境CCS学习起来也很费时间，尤其在GEL与CMD文件的编写时，需注意的问题很多，这样对程序员的要求很高，这样不但延长了系统开发周期，更是将一大批想用DSP技术人员拒之门外。\n[0005] 然而，硬件设计对于软件工程师是一个比较陌生的环节，而运动算法复杂的编程也是硬件工程是一个比较薄弱的环节。所以在运动控制器的开发过程中存在着运动算法开发和硬件设计脱节的环节；这是传统开发方法中存在不课避免的一个问题。同时，在控制系统设计中，传统的手动编写代码的方法易读性差，开发周期长，对程序员要求较高，新手入门较难。\n【发明内容】\n[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法。\n[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：\n[0008] 一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法，所用的硬件包括通用运动控制器，软件开发平台为MATLAB/Simulink/RTW，具体步骤为：\n[0009] (1)运动控制算法设计与仿真：在Matlab/Simulink中调用对应DSP芯片(TMS320F2812)以及所需要的芯片的各个模块，结合Simulink中相关控制模块搭建出系统控制模型，利用Simulink强大的仿真功能，对搭建好的系统控制模型进行实时仿真，调节相应的控制参数，直到在仿真中达到控制要求；\n[0010] 本步骤要求开发者能较熟练的运用Matlab软件，对Simulink的工具箱以及Ti公司的SDP系列模块有一定的了解；该步骤可以模拟仿真输出的结果，可以让设计者很好的观察系统控制模块的效果，大大提高了设计的效率；\n[0011] (2)自动代码转换：利用自动代码生成功能将仿真好的控制模型转换成需要的代码，同时设置好要生成代码的类型(如：汇编代码，C代码或者C++代码)，生成对应的控制代码，并自动将代码转到CCS开发环境中；\n[0012] 本步骤利用自动代码生成功能，使开发者能在不写一行代码的情况下获得复杂的运动控制代码，降低了运动控制算法开发的开发门槛，提高了运动控制算法程序的开发效率；\n[0013] (3)代码移植：将运动控制代码在CCS开发环境中进行综合，做必要的修改后移植到嵌入式实时操作系统中；\n[0014] 由于系统采用嵌入式开发方法，所以给代码的移植带来很大的便利；该步骤要求开发者对CCS开发环境有一定的了解，并且能够在CCS开发环境下进行汇编代码或者C代码的编程工作，本步骤将自动生成的代码进行必要的修改，使其符合具体开发应用的需要，最后将移植有运动控制算法的嵌入式实时系统代码编译成最终的可执行代码；\n[0015] (4)验证：将CCS环境中生成的二进制代码通过SEEDXDS-usb2.0仿真编程器，下载到通用运动控制器的处理器(DSP)中，进行实际对象的在线运动控制，并且做好数据记录工作；\n[0016] 本步骤要求设计者熟练的使用SEEDXDS-usb2.0仿真编程器，正确的将编译的可执行文件下载到处理器中，在硬件实体是进行调试，做好数据记录，以便进行再次修改；\n[0017] (5)信息反馈：将记录的数据与期望的控制输入进行对比，将对比结果反馈到Simulink中的控制模型中，如果实际结果和期望值有所出入，则相应的对Simulink中的系统控制模型或者系统参数进行修改；\n[0018] 本步骤为运动控制器算法的优化提供了试验数据，在记录下实际结果的基础上进行再编程，提高了运动控制算法开发的效率，也体现了RCP开发方法不可比拟的优点；\n[0019] (6)重复以上步骤调节控制器的各个参数，完善整个运动控制器。\n[0020] 与现有技术相比，本发明的积极效果是：\n[0021] 本发明可以根据运动控制程序在RCP硬件平台上的运行情况以及产品硬件系统的需要，在RCP硬件平台的基础上，同步的进行控制算法和产品硬件电路的设计，提高了开发效率；采用Matlab的自动代码装换技术，可以很好的将在Matlab中很容易实现的各种运动控制算法(如PID控制，模糊控制等)转换成可读可写的C代码，而且能够很好的移植嵌入到CCStudio开发环境中进行调用，这些运动控制的C代码很复杂，往往需要专业有经验的程序员进行编写，这样就大大的降低了运动控制器开发的门槛，而且开发的周期和成本得到很的缩减。\n【附图说明】\n[0022] 图1为基于RCP的DSP运动控制器的开发方法的总体框图。\n[0023] 图2为本发明的结构示意图；\n[0024] 图3为定速度PID控制流程图；\n[0025] 图4为QEP设置示意图；\n[0026] 图5为定速度控制的RCP实现的程序图；\n[0027] 图6为定扭矩PID控制流程图；\n[0028] 图7为AD模块设置示意图；\n[0029] 图8为定扭矩控制的RCP实现的程序图；\n[0030] 图9为电源的原理图；\n[0031] 图10为TPS75733封装图；\n[0032] 图11为TPS76801Q封装图；\n[0033] 图12a为TPS75733接线原理图；\n[0034] 图12b为TPS76801Q接线原理图；\n[0035] 图13为电压转换芯片SN74CBTD3384；\n[0036] 图14a，图14b，图14c为力传感器接口及其放大器接线原理图；\n[0037] 图15为AD620引脚封装图。\n【具体实施方式】\n[0038] 以下提供本发明一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法的具体实施方式。\n[0039] 下面以一种基于RCP与DSP的运动控制器的材料试验机，来详细说明其设计方法，附图1为一种基于RCP与DSP的运动控制器的设计方法的总体框图。\n[0040] 请参见附图2，一种基于RCP与DSP的运动控制器的材料试验机，DSP芯片通过SPI串行总线与DA连接，DA与伺服控制器相连；伺服控制器通过50针的数据线与伺服电机相连；光电编码器通过物理线路将位移信号与DSP芯片的QEP采集模块的引脚进行位移信号的采集；力传感器将采集到的力值信号通过物理线路与信号放大器进行连接，放大后的信号通过物理线路与DSP芯片的AD采集模块进行连接，进行AD转换；打印机模块通过RS232串口与DSP芯片连接；实时时钟模块通过SPI串行总线与DSP芯片连接；键盘模块通过I2C总线与DSP芯片连接；LCD模块通过GPIO口与DSP芯片连接；电源模块通过物理线路与DSP芯片连接；所述的DSP芯片为Ti公司出品的TMS320F2812；\n[0041] 所述的控制器设计分为速度闭环控制设计以及转矩闭环控制设计；\n[0042] 所述的速度闭环控制设计，用光电编码器采集位移信号，然后将采集到的反馈信号经控制器的芯片信号处理器的运算和处理后，再通过DA发出反馈控制信号来调整电机的转速，从而达到速度反馈的效果；\n[0043] 基于RCP开发理念的速度反馈控制的具体实现过程为：伺服电机的速度变化是通过调节发送给伺服放大器的电压大小而实现的。要进行定速度控制，先要使能伺服放大器，这是通过控制GPIOB2使放大器的SRV-ON为1而让电机通电，进入伺服使能状态，然后是电机的模式选择，通过控制GPIOB1使C-MODE为0，当参数Pr02＝5时，输入0速度控制，输入\n1转矩控制；然后控制GPIOB0保证伺服放大器的ZEROSPD在正常运行状态下，当DA输出电压为0时，电机静止，当DA输出为正电压时，伺服电机相应的正传，而DA输出负电压时电机反转；在这个PID控制闭环中，执行器是通过SPI发送16数值然后改变DA输出电压控制伺服放大器而实现伺服电机的不同转速，反馈信号是通过光栅编码器采集到材料试验机工作台的位移信号，然后以脉冲的形式反馈给DSP芯片的QEP口，通过算法计算出当前材料试验机工作台的速度；将计算的速度与设定的速度进行对比，通过PID控制算法得到一个反馈的控制信号，这样就可以使实际的速度与设定速度达到高度一致，实现速度反馈控制，其实现流程图如附图3；\n[0044] 定速度控制的RCP实现：客户实际要求的速度单位是mm/min(0-600mm/min)，在这段程序中，所设定的定速度为200mm/min，对于从QEP采集的数据，因为每1000个脉冲代表电机旋转一圈，所以QEP模块的设置如附图4；这样QEP采集输出的数据单位是r/min，而材料试验机的螺距为5mm，电机一转对应材料试验机升降5mm，所以设定的速度除以5才能与反馈信号的单位匹配；在伺服放大器的设定中，输入1V电压对应的转速为500r/min，所以将速度除以500(或乘以0.002)得到的才是输出给伺服电机所需要的电压。而又考虑到DA电压的输出是由SPI对应的16位数据得到的，尽管设计中采用的是10位DA，但SPI需发送\n16的数据，其中高四位与低二位都是空位，而中间的10位才是真正对应的DA转换值；于是\n0v电压对应的16位数据应该是512*4＝2048，2.048V对应的是1024*4＝4096，-2.048V对应的是0*4＝0。DA芯片MAX504的电压输出范围是-2.048V——+2.048V，而对应的10位数据应该是0——1024，只是最后把数据向左移2位即乘以4；于是以0为界限，SPI的数据每增加1对应的电压大小为2.048/512＝0.004V，即要乘以250；然后在此基础上加上0V电压时对应的10位数据值即512，最后放大四倍就好；除此以外，还需DSP的三个IO口来分别控制伺服电机的使能、模式选择、嵌位选择，该设计选用的分别是GPIOB2、GPIOB1、GPIOB0；综上所述，得到速度控制在Simulink中的RCP模型如附图5；\n[0045] 建立好速度反馈的RCP控制模块后，就可以利用Simulink强大的仿真功能进行建模及仿真(步骤1)；通过仿真，可以修改模块中的参数，使程序能够优化；当对仿真效果满意时，就可以通过代码自动转换技术(步骤2)，将仿真后的模块转换成所需要的控制代码；\n将控制代码在CCS(步骤3)中进行综合，做必要的修改，然后编译成可执行代码；然后通过仿真编程器(步骤4)将可执行代码下载到TMS320F2812控制器中；启动材料试验机，进行速度反馈的调试，做好记录以便进行控制模型的必要的的修改(步骤5)。\n[0046] 所述的转矩闭环控制设计，在转矩控制中，通过力传感器采集力值信号，从传感器中得到的力值信号经AD放大器进行信号放大后，通过控制器的芯片信号处理器的AD模块采集电压值；再根据力，半径和转矩之间的关系，经转换就可得到当前转矩大小，经过DSP的算法和处理后，调整DA输出的模拟量值，来控制伺服电机输出的转矩值，从而达到转矩的反馈控制；\n[0047] 基于RCP开发理念的转矩反馈控制的具体实现过程：转矩等于力值乘以力臂，当力臂不变时，定转矩的实现其实就是定力值的实现；伺服电机的扭矩变化也是通过调节发送给伺服放大器的电压大小而实现的，只是要通过控制GPIOB1使C-MODE为1让伺服放大器处于扭矩控制状态(当参数Pr02＝5时)；同时还要通过控制GPIOB2使放大器的SRV-ON为1而让电机通电，进入伺服使能状态，在这个PID控制闭环中，执行器是通过SPI发送16数值然后改变DA输出电压控制伺服放大器而实现伺服电机的不同转矩，反馈信号是通过力传感器采集到材料试验机输出力值大小经AD620放大信号后由AD采集经过一定的算法计算出扭矩大小，其实现的流程图如附图6；\n[0048] 定转矩控制的RCP实现：在本设计中选用的是ADCIN0接口，AD转换的结果保存在ADCResult0寄存器中，而DSP芯片AD转换过程中的数字值与电压值有如下对应关系：\n[0049] \n[0050] 在该设计中，DSP芯片的ADCL0引脚接地，因此数字值和电压值的对应关系可以转换为：\n[0051] \n[0052] 于是将ADC功能模块的输出值乘以0.0007326得到的即是ADCIN0引脚实际采集到的电压大小；ADCIN0引脚采集的电压值是经过AD620放大之后的信号，由于当传感器上的压力值为0时，AD620的输出电压不为0，为0.665V，所以计算电压增加量的时候应当减去AD620的初始电压0.665V；这样得到的电压值除以传感器的灵敏度2.4×10-3V/N，即乘以\n416.66667，得到的即为压力传感器采集到的压力值；最后将压力传感器采集到的压力值引出到子系统模块1的输出端口；伺服驱动器的设定是输出1.3N/m额定转矩对应的输入电压为1V；所以将期望的转矩值除以1.3或乘以0.76923即得到输出该期望转矩值应向伺服驱动器发送的电压值；\n[0053] DSP在Simulink中的AD模块设置如附图7所示：除此以外，还需DSP的两个IO口来分别控制伺服电机的使能、模式选择，该设计选用的分别是GPIOB2、GPIOB1，综上所述，得到转矩控制在Simulink中的RCP模型如附图8；\n[0054] 建立好转矩反馈的RCP控制模块后，就可以利用Simulink强大的仿真功能进行建模及仿真(步骤1)；通过仿真，可以修改模块中的参数，使程序能够优化。当对仿真效果满意时，就可以通过代码自动转换技术(步骤2)，将仿真后的模块转换成所需要的控制代码；\n将控制代码在CCS(步骤3)中进行综合，做必要的修改，然后编译成可执行代码；然后通过仿真编程器(步骤4)将可执行代码下载到TMS320F2812控制器中；启动材料试验机，进行转矩反馈的调试，做好记录以便进行控制模型的必要的的修改(步骤5)。\n[0055] 电源模块：对于DSP控制板系统的供电电源，本发明采用自行设计的线性稳压电源关，它能够将220V的交流电源转换成多种稳压直流电源输出，它能够提供+12V，2个+5V和-5V三种稳压直流电源，以及多个独立的接地，该电源很好的解决了电压干扰的问题，本发明将模拟电路与数字电路分开，很好的提高了模拟量采集的精度，完全能够满足所设计的DSP控制板的供电要求，如附图9为电源的原理图；\n[0056] 对于DA芯片MAX504、信号放大芯片AD620所需的电源都是5V，则可直接利用总供电电源即可，而DSP芯片与普通单片机不一样，其芯片内核CPU供电为+1.9V，而外部的GPIO接口供电为+3.3V，当DSP芯片上电时，外部的GPIO接口(+3.3)先上电，然后内核CPU(+1.9V)再上电，并且内核的供电电流要不大于1uA，因此这就需要一个能把5V转换为\n1.9V与3.3V的芯片，并要保证这两块芯片在上电时有一定的先后顺序，在该设计方案中选用的两款电压转换芯片分别为TPS75733和TPS76801Q，下面分别对这两款电压转换芯片加以介绍：TPS75733是一款将输入的5V电压转换为3.3V电压输出的芯片，附图10为其封装图，EN为TPS75733的使能引脚，当该引脚为低电平时，TPS75733能够实现电压转换功能；\n当该引脚为高电平时，在完成电压转换的同时，芯片内部的电压调节器关闭，标准状态下的静态电流减小到1uA，FB引脚为TPS75733的反馈引脚，将输出的电压接入反馈引脚，这样就可以使TPS75733对输出的电压进行实时调整，保证输出电压的准确性，TPS75733的各引脚功能如表1所示：\n[0057] 表1TPS75733引脚功能\n[0058] \n 引脚名称 序号 I/O 描述\n EN 1 I 使能引脚\n FB/PG 5 I 电压反馈调节引脚\n GND 3 接地引脚\n IN 2 I 电压输入引脚\n OUTPUT 4 O 电压输出引脚\n[0059] TP876801Q也是一款将5V电压转换成1.9V电压输出，附图11为其封装图，EN为TPS76801Q的使能引脚，当该引脚为低电平时，TPS75733能够实现电压转换功能；当该引脚为高电平时，在完成电压转换的同时，芯片内部的电压调节器关闭，进入休眠状态，标准状态下的静态电流减小到1uA，FB为TPS76801Q的反馈引脚，用以监视输出电压，保证输出电压的准确性。\n[0060] TPS76801Q的各引脚的功能如表2所示：\n[0061] 表2TPS76801Q引脚功能\n[0062] \n[0063] 由于在DSP芯片的上电过程中要求外部的GPIO接口要先于内核上电，而DSP的GPIO接口供电要求是+3.3V，内部CPU的供电要是+1.9V，所以TPS75733和TPS76801Q为DSP供电要有一个先后顺序，即TPS75733先为外部GPIO接口供电，而后使能TPS76801Q为内核供电，同时要保证内核供电电流不大于1uA。\n[0064] 本发明的解决方案是将TPS75733的FB引脚和TPS76801Q的EN引脚相连，而TPS75733的EN引脚直接接地，这样在系统上电后，TPS75733直接实现电压转换，而当TPS75733的FB引脚接收到反馈电压的同时，TPS76801Q的EN引脚也接收到一个高电平，从而使TPS76801Q进入到休眠的工作状态，并且在两款芯片在供电上还存在一个反馈的时间差，从而满足DSP芯片供电的设计要求，电路设计原理图参见附图12a，图12b所示。\n[0065] 电压转换芯片SN74CBTD3384：由于此DSP芯片TMS320F2812的I/O接口电压为\n3.3V，而一般的外围设备的接口电压为5V，这就需要一个5V到3.3V的电压转换芯片，该设计选用的就是SN74CBTD3384芯片，该芯片应用很简单，只需外接5V电源线与相应的地，然后3.3V与5V的转换口接到芯片上相应的输入输出口即可，参见附图13。\n[0066] 光栅编码器接口电路：在该设计中光栅编码器是用来采集伺服电机的速度信号和位置信号的传感设备；旋转编码器有三个通道：A通道，B通道和Z通道；其中A通道和B通道输出方波的相位相差90度，只接其中一路通道的话，可以得到转速的信息；接两路通道的话，不仅可以得到转速信息，还可以判断旋转方向，Z通道也称为零通道，该通道给出了编码器轴的绝对零位。\n[0067] 在本发明中，为了即得到速度大小有得到电机转向，且考虑到此DSP芯片TMS320F2812有专门采集光栅信号的正交接口QEP，则在硬件上是同时连接光栅的A、B两路通道，它能够直接将脉冲数储存到相关寄存器中，并且能够通过脉冲数的增减和频率来分别判断编码器的方向和速度。因此在电路设计的过程中，只需直接将A和B两路信号线连接到F2812的两个QEP接口上；但是考虑到编码器的供电为5V，A和B两路信号输出的方波的峰值也为5V，超出了F2812芯片的供电范围(+3.3V)，所以要通过SN74CBTD3384进行电压转换将峰值电压降为3.3V。\n[0068] 力传感器：测量力值的大小是为了实现电机的定转矩控制，在力臂一定的情况下只需测量力值大小就能得到相应的转矩，在该设计中采用的是S型压力传感器，当应力作用在应变片R上时，电桥的另外两端就能输出与所加应力成正比的电压，对电路的设计而言只需用AD去采集所输出的电压大小就能得到相应的拉力大小，但考虑到其输出信号很弱，则需另加一个信号放大器后才能被DSP有效采集，本设计中采用的AD620，其整体接线电路原理图参见附图14a，图14b，图14c；在力值信号的采集电路中用滤波电路来消除信号中的噪声，在模拟信号采集中采用自校准的方式，在程序上使用过采样对采集的值进行处理，实践证明通过以上三个手段，采集到模拟量的值比较理想。\n[0069] 对于AD620，它是一款高精度的电压放大芯片，它能够采集传感器两路通道的电势差并进行放大输出，其放大系数可以从1到1000，AD620的放大倍数取决于两个RG引脚之间接入的增益电阻大小，放大系数G与增益电阻RG的关系为：\n[0070] G＝1+(49.4K/RG)\n[0071] 在本发明中，所选用的放大增益电阻为470Q，这样AD620的放大系数将近106倍，得出的电势差刚好能够满足F2812芯片的AD模块0V到3V的电压输入要求；AD620的封装图，参见附图15所示：\n[0072] DA芯片MAX504：在速度控制模式下，要改变交流伺服电机的转速大小可用PMW输出(调节占空比)或DA输出(改变电压输出大小)来实现；该设计采用的是DA输出方案，采用的芯片就是MAX504；它是MAXIM公司生产的一款低功耗、低电压输出的10位串行数模转换芯片，串行数/模转换器。MAX504既可用+5V单电源工作功能，也可用±5V双电源工作，并且该芯片对于包括偏移、增益和线性误差在内的各项误差均以调整，所以应用非常简单，不需要再度校正。\n[0073] MAX504采用的是三线串行接口，与SPI，QSPI和Microwire标准均兼容。MAX504可通过写入两个8位长的数据进行编程，其写入的先后顺序为，4个填充位，10个数据位和最低两位的0；此处，最高4位的填充位只有当MAX504采用菊花链方式连接时必须写入，而最低的两位0则一定需要写入。当且仅当CS片选有效时，数据在SCLK的上升沿逐位打入片内的16位移位寄存器，并在CS上升沿，将有效的10位数据(第2～第11位)传送到D/A转换寄存器中，修改原寄存器内容。\n[0074] MAX504芯片为14管脚的DIP或者SO封装形式，除电源和地管脚外，管脚可以分为两组，一组与处理器相连接，另一组管脚的不同连接可以改变MAX504的工作模式，MAX504具有三种工作模式，分别是单极性输出，双极性输出和四象限乘法器。通过将MAX504的REIN，VOUT，BIPOFF和RFB几个管脚的不同连接方式，可以根据需要将MAX504定义为需要的工作模式；由于在控制伺服驱动器时，需要使用正负电压分别控制电机的正反转，所以在使用MAX504时我们用到的是双极性配置，硬件上要将BIPOFF连接到REFIN和RFB，然后采用的是双电源(±5V)供电。\n[0075] F2812芯片与MAX504的通信是通过其自带的串行外设接口SPI来实现的。SPI是一个高速同步串行输入输出端口，它以可编程的位传送速率从器件移入或移出；MAX504与DSP芯片TMS320F2812处理器连接的主要管脚有三个，分别是：\n[0076] (1)DIN-数据输入端，该管脚用于接收串行通信数据信号，直接与DSP的SPISIM0管脚连接；\n[0077] (2)SCLK-串行时钟输入端，该管脚用于接收串行通信的时钟信号，以便串行通信过程中的通信双方的同步，直接与DSP的SPI时钟输出管脚SPICLK连接即可；\n[0078] (3)CS-片选管脚，该管脚为低电平有效，只有当CS有效时，MAX504接收数据，并在CS失效时，开始进行数据转换，本电路中，使用DSP的从动发送使能引脚SPISTEA，但从DSP出来的信号都是以3.3V电压为基础的，而外围DA芯片MAX504信号是以5V为基础的，所以在两者的信号之间需要一个3.3V到5V的电压转换芯片SN74CBTD3384。\n[0079] 键盘模块：发明中的键盘模块采用周立功公司的7290键盘芯片；使用I2C通信方式与TMS320F2812芯片通信；该芯片能提供8行8列的64个键；在本发明中更具实际情况用4x5行列的20个键。\n[0080] LCD模块：本发明采用320x240点阵的液晶；液晶模块通过GPIO口与TMS320F2812芯片相连；由于液晶在电系统中需要的功率相对比较大；所以单独使用一个三端稳压器专门为其供电。\n[0081] 实时时钟模块：本发明用DS1302实时时钟芯片来实现实时时钟模块，DS1302通过SPI串行总线与TMS320F2812芯片进行通信；系统可以实现实时时间的读取和设置，为系统提供时间基准。\n[0082] 打印机模块：本发明选用炜煌汉字微型打印机，采用RS232串口与TMS320F2812芯片进行通信，由于打印机需要的功率比较大，所以将其供电电源与模拟电源和数字电源分开单独供电。\n[0083] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。