基于DSP的多被控对象实验仪器集成系统的开发

论文摘要

近年来我国高校办学规模不断扩大,实验设备使用人数及次数大幅度增加,而当前的实验教学设备已经很难跟上教学改革发展的步伐。针对目前DSP用于控制的实验装置较少,实验效果较差的情况,设计开发了一种满足目前高等学校DSP实验教学要求的实验平台。该平台不仅可以满足实验教学要求,同时也可以满足工程技术人员对DSP系统的研究与开发需求。本系统的设计以先进性、典型性、实践性、开放性、模块化为指导思想;采用TI公司的TMS320F2812核心控制器,该控制器功能强大,外设丰富;选用了典型的直流电机、步进电机、电阻炉作为控制对象。模块化、开放式的设计思想使系统结构更加简洁,便于设计、调试、维护。开放式的硬件设计便于实验人员了解电路设计原理,开放式的接口电路设计使得实验人员能够亲手把各种接口用连接导线连接后构成实际的控制电路,这样可以充分调动学生的积极性,充分培养他们的实践动手能力。文中首先介绍了该系统的下位机硬件电路的设计,包括系统电源模块、三个对象的控制电路、系统通讯电路。然后针对三个被控对象不同的控制要求设计了相应的控制程序,以及下位机串口和CAN总线两种通讯方式的程序实现。考虑到本系统为多控制对象的特点,为提高系统的稳定性和实时性,还研究了嵌入式操作系统下的任务调度方法以实现多对象的同步运行。通过对硬件电路的设计、制作,软件的编写、调试及实验,结果表明,整个系统的控制方案是可行的,硬件平台安全稳定、软件运行平稳可靠,满足设计要求。同时系统的可操作性较强,可以满足学校DSP与控制系统教学、实验的需要,在教学和科研领域将具有很好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 DSP试验平台发展现状及趋势
• 1.3 本课题任务及本人工作
• 1.4 本文的主要内容简介
• 第二章 系统整体设计
• 2.1 系统整体设计思想
• 2.2 系统功能概述
• 2.3 系统硬件结构
• 2.4 系统软件结构
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 控制器介绍
• 3.1.1 TMS320F2812 DSP简介
• 3.1.2 系统设计中所用的DSP硬件资源
• 3.2 通讯电路设计
• 3.2.1 串口通信
• 3.2.2 CAN通信接口
• 3.3 系统电源设计
• 3.3.1 供电电源电路
• 3.3.2 供电电源的进一步处理
• 3.4 三对象控制电路设计
• 3.4.1 直流电机控制电路
• 3.4.2 步进电机控制电路
• 3.4.3 电阻炉控制电路
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 开发平台介绍
• 4.2 对象控制程序
• 4.2.1 直流电机
• 4.2.2 步进电机
• 4.2.3 电阻炉
• 4.3 通讯模块
• 4.3.1 串口通讯
• 4.3.2 CAN总线通讯
• 第五章 嵌入式操作系统下的多任务控制
• 5.1 任务与任务管理
• 5.2 μC/OS-II任务调度机制
• 5.3 任务级和中断级的任务切换步骤和原理
• 5.3.1 任务级的任务切换原理
• 5.3.2 中断级的任务切换原理
• 5.3.3 任务状态
• 5.4 任务调度的实现
• 5.4.1 任务切换的堆栈结构
• 5.4.2 任务堆栈结构初始化
• 5.4.3 任务切换函数
• 5.4.4 任务的执行过程
• 第六章 总结与展望
• 6.1 系统设计总结
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文