基于Matlab-的最少拍控制系统设计doc.doc

基于Matlab 的最少拍控制系统设计【实用文档】doc
文档可直接使用可编辑，欢迎下载

计算机控制技术实验
—基于Mａtｌaｂ　的最少拍控制系统设计

学院：计算机科学与技术
班级:
姓名：
学号:
指导老师：
日期:

基于Matlab 的最少拍控制系统设计
一. 实验目的
学习使用 Matlaｂ　设计最少拍系统的方法。
二. 实验器材
x86　系列兼容型计算机，Ｍatlａb　软件。
三. 实验原理
1。　数字PID 系统设计
建立所示的数字PＩD　系统控制模型并进行系统仿真，已知：
，采样周期T＝0。1s。

2。　最少拍系统仿真
最少拍设计,是指系统在典型输入信号（如阶跃信号、速度信号、加速度信号等）作用下，经过最少拍（有限拍）使系统输出的系统稳态误差为零。因此,最少拍控制系统也称最少拍无差系统或最少拍随动系统，它实质上是时间最优控制系统，系统的性能指标就是系统调节时间最短或尽可能短，即对闭环Z传递函数要求快速性和准确性。下面以一个具体实例介绍最少拍系统的设计和仿真。
考虑图中所示的采样数字控制系统，被控对象的脉冲传递函数为

最少拍采样数字控制系统
设采样周期T=1s　，首先求取广义被控对象的脉冲传递函数:
广义被控对象

我们知道，最少拍系统是按照指定的输入形式设计的,输入形式不同，数字控制器也不同。因此,对三种不同的输入信号分别进行考虑:
(1）单位阶跃信号:
计算可得到最少拍数字控制器为

检验误差序列：

从E(z）看出,按单位速度输入设计的系统，当ｋ大于等于2之后,即二拍之后，误差e（k）=0,满足题目要求.
（2）单位速度信号:
原理同上，我们可以得到：

检验误差:

从E ( ｚ ）　看出,按单位速度输入设计的系统，当k　³ ２　之后,即二拍之后，误差e（k ）　= 0 ，满足题目要求.
（３）单位加速度信号：

可知，按加速度输入信号设计的系统当k大于等于３,即三拍之后,误差e(k）=０。
将所得结果分别用Matlａb中的Simｕliｎｋ 工具箱进行仿真，并将输入、输出和误差三条曲线放置在同一图像内,比较三种情况下的跟随特性。
四. 实验步骤
在三种输入（单位阶跃/速度／加速度)分别作用下,运用Ｓｉｍｕlink 对其控制结果进行仿真.
（1）单位阶跃信号：
系统Ｓimulinｋ 仿真模型框图如下图所示：

单位阶跃信号输入时最少拍控制系统

将示波器的数据存为矩阵形式,命名为y1
在Ｍatlab　命令窗口输入:
〉＞ plｏｔ(ｔouｔ(:,1），y1（：,2:4)）；
＞〉 hｏlｄ ｏn，lｅgend(＇ 输入'，＇误差’，'输出'）
可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示：

单位阶跃信号输入时系统的仿真结果
（2）单位速度信号：
控制系统Ｓｉｍulink 框图如下图所示：

单位速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为y２
在Ｍatｌab　命令窗口输入
>〉　ｐloｔ（touｔ(：,1），y2(：，2：4）)；　
〉＞ hold oｎ，legenｄ(' 输入’，＇误差’，’输出’）
可得输入、输出和误差三条曲线仿真结果如下图所示:

单位速度信号输入时系统的仿真结果
（3）单位加速度信号：
控制系统Siｍｕlink 框图如下图所示：

单位加速度信号输入时最少拍控制系统
将示波器的数据存为矩阵形式，命名为ｙ3
在Matlab　命令窗口输入
〉〉　ｐlot（tｏut(:,１)，y３（：,２：4）);　
＞〉 holｄ on,legeｎd(' 输入’,’误差’，’输出’）
仿真结果图如下图所示：

单位加速度信号输入时系统的仿真结果
五. 实验数据及结果分析
由上面的仿真结果图可知,按最少拍控制系统设计出来的闭环系统，在有限拍后进入稳态，这时闭环系统输出在采样时间精确的跟踪输入信号。如单位阶跃信号在一拍后，单位速度信号在两拍后，单位加速度信号则在三拍之后。然而，进一步研究可以发现虽然在采样时刻系统输出与所跟踪的参考输入一致，但在两个采样时刻之间,系统的输出存在着纹波或振荡。例如单位阶跃信号在一拍后的稳态响应仍有许多振荡。这种纹波不仅影响系统的控制性能，产生过大的超调和持续振荡,而且还增加了系统功率损耗和机械磨损。
六. 实验总结
在本次设计的过程中,我发现很多的问题，给我的感觉就是有点难,不是很顺手.在调试的过程中，遇到的问题更多，调试的过程是一个让人思考的过程,也是熟悉稳态方法和实践动手的好机会，顺着模块的顺序依次排查接线，出现问题，想出各种可能的情况,测试解决.通过这次的课程设计，锻炼了我的动手实践能力，让我有机会将课本所学的知识与实际相结合。切身体会到动手能力的重要。同时电路的设计修改也是我将知识整理融汇的过程,在某些课设涉及的地方我的理解更加深入了。今后随着学习的深入,还会有更加深入的理论方法,相信到时候我可以学会更多知识，将所学的知识学以致用。
基于MAＴLAB/ RTW的实时控制系统开发　
2004-４－3０ １４：３3:38
来源:

点击次数：
4次

新疆大学电气工程学院　张宏立
摘要:本文简要介绍了ＭATLAB的ＲＴW工具箱的功能和作用,并用一实例着重介绍了使用RTW中ＸPC开发实时控制系统的方法和步骤，为快速，高效开发实时控制系统提供有效手段。ﻫ关键词：MＡTＬAB RTＷ ＸPC 实时控制
ﻫ一 引言ﻫMAＴLAＢ是Ｍatｈworks 公司8０年代推出的优秀科学计算和系统仿真软件,它以丰富的函数、强大的工具箱和简便的编程环境而深受广大用户欢迎,尤其是它的Siｍulｉｎk工具箱更是为系统仿真和建模提供强有力的支持。但是说到MＡＴＬAB在实时控制方面的应用,就很少有人了解，关于这方面的资料也很少。而RTW（Reａl　Tiｍｅ　Workshop）正是Maｔｈｗorｋｓ 公司为MATＬAB在实时控制应用方面开发的专门工具箱[1］。ﻫﻫ二 RＴW功能介绍
RTＷ是对MATLAＢ和Sｉmulｉｎk功能的一个重要补充，以往我们在设计控制系统中，先在Ｓimｕliｎｋ中建模和仿真，直至仿真结果满意为止.但是真正要开发实际控制器时，我们需要重新使用Ｃ或者其它语言重新编程，而当设计好的控制器与实际被控系统相联后,可能控制效果就不如仿真效果那么理想了，因为在仿真时我们可能对模型作了一些假设和近似或忽略了实际系统可能受到的扰动和噪声,这样造成仿真与实际应用相脱节。RTW的产生解决了这个问题，RＴW支两种类型的实时目标设计[２]：一种是快速原型化目标设计,另一种是嵌入式目标设计。所谓快速原型化目标设计又叫半实物仿真，就是指可以用Simulink设计出来的控制器直接去控制实际的被控对象，通过半实物仿真过程来观察控制效果，如果控制效果不理想,则可以直接在Simuliｎk上调整控制器的结构或参数，直至获得满意控制结果　。这样调试好的控制器可以认为是实际控制器的原型(Proｔotｙｐe) ，显然此时的控制器显然要好于纯数字仿真下的控制器。

嵌入式目标设计就是将Simulink下调试好的控制器直接生成C语言程序，并经过编译、　
连接生成可执行的应用程序，下装并嵌入到控制用计算机上,使控制计算机可以脱离MＡTLＡB／Simulｉｎk环境直接用于实时控制 。ＲＴW工具箱提供了多个目标环境设置,例如有通用实时目标（GRＴ）、通用实时Malloc目标、Tornａdo目标、DOS目标等捆绑目标和实时视窗目标（RTWＴ）、ＸPC等独立目标.利用这些目标,用户能快速，高质量的完成系统原型化设计和实时系统构建。在众多的目标环境中,XＰC又以其完善的解决方案成为Matｈworks公司的推荐使用目标 。                                                            
三 XPC应用及实例ﻫXPC是ＲTW体系中的一个附加产品,它提供了一种用于系统原型设计,测试和生成嵌入式实时系统的解决途径［3］。它采用主机—目标机的“双机”模式　,主机用于运行MATLAB和Sｉｍulｉnk,而目标机则用于执行RTW和C编译器生成的可执行代码,目标机可以是任何286／３86/486／Pentium、AMD　K5/K6　的PC机和各种工控机。主机和目标机通过串口（ＲＳ232)或以太网（TCP/IP)连接。XPC包括两个部分，一个是XPＣ Tarｇeｔ,主要用于快速原型化设计（半实物仿真）,另一个是ＸPＣ Targｅt　Embedｅd Oｐtｉon 主要用于可将目标机构建成嵌入式实时系统 。有了XPC的支持我们在开发实时控制系统,就有了强有力的支持，下面就一实例说明在ＲTW/XＰC下开发实时控制系统的方法和步骤：ﻫ
1．Simulink环境下建模仿真
我们要开发一个水箱水位的控制系统,首先在Sｉｍｕｌiｎk中我们建立水箱的数学模型,控制器采用模糊控制器，搭建好仿真模型，保存模型文件名为zhl。mdl,调整隶属度和推理规则,然后进行仿真,为了观察控制效果，仿真模型的给定我们使用了方波，其仿真模型如图2所示，水位跟踪输入的仿真结果如图３所示。  　
ﻫ2． 原型化设计(半实物仿真)
先在目标机上安装Ａ/Ｄ和D/Ａ转换卡，本实例目标机使用研华６10工控机，Ｄ/A 、A/D采用PCL８18Ｌ（16路A/D、1路D/A、IＳA接口)，板卡与水箱系统连接。ＸPＣ的I/O模块库中提供了许多公司A/Ｄ、 Ｄ/A软模块,将仿真模型中的水箱模型用Ｄ／Ａ软模块代替，其反馈信号和给定信号分别接Ａ/Ｄ软模块不同通道，选用型号要与目标机上硬件板卡型号一致,模型如图４所示.ﻫﻫ3． 生成目标应用程序
首先要制作目标机的启动盘，将一软盘插入主机软驱，在MATLＡＢ命令窗口运行ｘｐｃsetup命令，在打开的对话框中单击【BootDisk】按钮即可制作目标机的启动盘，此启动盘含有高度优化的ＸＰC实时内核。目标机通过网卡与主机相连，配置好TCＰ/ＩＰ协议。用启动盘启动目标机,此时目标机上不 需要安装任何操作系统，在主机上将图3所示的仿真模型在ＲＴW环境下用ＸＰＣ提供的程序（xpctarｇｅt.tlc 、xpｃ_deｆaulｔ。ｔmf和makｅ.rｔw命令）创建生成C代码,并对其编译,连接(主机上必须要有VＣ５．0或ＢoｒlandC５.3以上版本编译器）生成可执行的目标应用程序,目标机中运行的XPC实时内核自动将其下载到目标机上。这些过程完成后，在MATLAＢ命令窗口输入stａrt(tｇ),目标应用程序即开始在目标机上运行，tｇ为目标应用程序对象名,这时开始半实物状态下的仿真,我们可以通过这一过程观察、测试实际被控对象的受控效果，如果认为控制效果不理想,可以对目标应用程序中对控制器的参数进行在线实时调整，一种比较方便且直观的方法是将Ｓimulink的仿真模式设为外部模式，这样Siｍuliｎk仿真模型就与目标机中的目标应用程序建立通讯联系,Simｕｌiｎk模块中任何参数改变，Simuliｎk都会将其下载到目标机中的目标应用程序中,而不必重新编译Simulinｋ模型和创建新目标应用程序。另外，在这一过程中用户还可以对目标应用程序实时运行过程中获取的信号进行跟踪、记录和显示，Siｍｕｌiｎk就好象是目标机的一个前台控制器,又是一个虚拟的数字示波器。
ﻫ４ 生成嵌入式目标应用程序ﻫ要生成嵌入式的、可单机运行的目标应用程序,需要XPＣ Targeｔ　Embｅdｅｄ　Ｏpｔiｏn模块支持。具体做法是:先制作一张DOS启动盘，将这张盘插入主机，在ＭATLAB命令窗口运行xpcｓetup命令，打开XPC　Target Ｓetuｐ对话框，将XPC Ｔａrgｅt Embeded Ｏpｔｉoｎ的Taｒgetboot属性设为Staｎdalｏne，再单击【ＢootDisk】按钮重新生成目标启动盘。这时的目标启动盘同时也是一张DOS启动盘，然后重复第3步的操作,重新将Sｉmｕlink模型生成可执行目标应用程序,由于Targeｔbｏot属性设置为Ｓtaｎdalonｅ，这时目标应用程序不会自动下载到目标机中,而是被放置在Mａtｌab当前工作目录下zhｌ＿ｘｐｃ_eｍb文件夹中，该文件夹中包含如下文件:zｈl.rtb、ａutoｅxec．bａt和ｘpｃ文件，zhｌ．rtｂ正是由zｈl．mｄl文件被RTW/XPＣ生成的且含有XPC内核的目标应用程序,autoeｘｅｃ.bａｔ文件作用是DOS操作系统根据它里面的内容来启动zhl。rｔｂ，xｐcbｏot。com文件包含了XPＣ Ｔarget Eｍbedｅd Optiｏn的信息。将这三个文件复制到制作好的目标启动盘中，用该盘启动目标机后,目标机不用再和主机之间通信，完全成为一个独立实时控制器来控制水箱水位，控制效果和半实物仿真效果完全一致 .也可将目标启动盘的有关内容复制到安装有ＤＯS操作系统PC机的硬盘，在ＢIOＳ中设置启动顺序为先从硬盘启动,那么这台PC机就可成为一台独立的嵌入式控制器.

四 结论ﻫ有了MAＴLＡB/RTW的支持，为我们开发实时控制系统提供了新的强有力的工具，可以大大提高开发效率,大大缩短开发周期,它的应用有着巨大的前景　。ﻫﻫ参考文献:
［ 1] 　MATＬAB帮助
[ 2]　 陈永春 从MATＬAB/Simulinｋ 模型到代码实现 清华大学出版社，2０02．10ﻫ[　3] 　薛定宇 基于MATLＡB/Simuｌｉｎｋ 的系统仿真技术与应用 清华大学出版社，20０1

作者简介ﻫ张宏立　1９７2．7,男，汉族,湖南宁乡人 工学硕士，讲师，主要方向：计算机仿真、智能控制

现场总线
基于CAＮ总线的自动门控制系统设计
系部
专业
班级
学生姓名
指导教师

２015年 ６ 月 15 日

课程设计（论文)任务书
题目名称
基于CＡN总线的自动门控制系统设计
学生学部（系)

专业班级

姓　 名

学　 号

一、 课程设计(论文)的内容
设计一个监控系统，用AT8９５２单片机和现场总线技术实现基于CAN总线的监控系统,进而进行相应的硬件电路的设计并进行软件的设计。

二、 课程设计（论文）的要求与数据
１。用AT89S5２单片机和现场总线技术;
2。推广嵌入应用于各种测控领域；

三、课程设计（论文）应完成的工作
1. 完成硬件和软件设计，绘出相关原理图；
2. 完成课程设计报告的撰写。

四、课程设计（论文）进程安排
序号
设计(论文）各阶段内容
地点
起止日期
1
收集单片机等相关资料,确定设计方案
校内
2015年6月２0日
2
进行硬件和软件设计，绘出相关原理图
校内
２01５年６月２1－２5日
3
进行课程设计报告的撰写
校内
201５年６月２6、27日

五、应收集的资料及主要参考文献
１．收集设计中所涉及的主要器件等方面的资料
　2。收集相关的软件方面的资料

发出任务书日期： ２01５年6月1日 　 指导教师签名： 　
计划完成日期： 　　2０15年 6月27 日 教学单位责任人签章：

目录

１ 设计思路和整体规划思路1
2设计内容3
2.1提要3
２.2概念3
2。3意义3
2。４原理图3
3系统硬件设计３
3．1 ＣAN介绍３
3。2硬件组成结构3
３。3模块上线５
参考文献6

基于can总线的自动门控制系统的设计
黎信威 　 杜腾波　 　潘绍洲

摘要:本设计介绍了一种基于CAＮ总线的自动门控制系统，本设计采用AT89S５2单片机，独立CAN控制器SJA1000.自动门控制系统软件设计主要有开门程序和关门程序。当门前１米有人或按开门按钮时，热释电红外人体传感器检测到信号后传给单片机，当两对管都未检测到信号时停止开门，此时如果继续有人来则继续开门。
如果无人在感应区内移动，则执行关门程序，当突然有夹人信号，则门立即全部打开，防止夹人事故的发生.如果没有人在门中间或在门口移动，则重新执行关门程序，最后两扇门完全关闭.由于热释电红外传感器在检测到有人移动开门后,会自动延时3-４秒，因此,在软件上不必再设置延时程序。
关键字：CAＮ总线 自动门控制系统 AT８952单片机

1设计思路和整体规划思路

自动门的控制主要基于硬件和软件的要求,硬件方面采用简单高效的51单片机系统板来实现还有就是直流电机,红外对管传感器,热释电型红外传感器，软件方面基于单片机设计。
自动门的门板由支架支撑在导轨上，导轨连接到驱动装置,驱动装置通过皮带来带动门板在导轨内滑动。电动门的驱动装置是一组电机组件,由直流电机来完成。主控制器单片机是自动门的指挥中心,通过内部指令程序，发出相应指令，指挥电机工作。外部信号由热释电型红外传感器来完成，当有移动的物体进入它的工作范围时,它就给主控制器单片机一个信号，电机提供开门与关门的主动力。然后开门。
自动门门扇完成一次开门与关门的工作流程如下:感应探测器将探测信号传至主控制器单片机上，主控制器判断后控制电机运行。电机得到一定运行电流后做正向运行,将动力经传动机构使自动门扇开启;自动伸缩门扇开启后由控制器做出判断，控制电机作反向运动，关闭自动门扇。
　在双开门上两边分别安装红外对管，当门打开的过程中，又有人过来时，人流量增大,此时,红外对管的接收器不能接收到发射器的信号，把情况传输给主控制器单片机上,然后再由单片机控制电机将门打开。
　 　在双开的门棱上安装一组红外对管，当门在关的过程中有人或物时，表示有夹物情况出现,红外对管的接收器将不能接收到发射器的信号,并把情况传输给主控制器单片机上,然后再由单片机控制电机将门打开。
　 同时,在门的两侧，可安装按钮,直接控制直流电机.当控制器系统出现故障时,也可由人人为的主动按按钮，达到在系统出现故障时，人也可以自如的开进门的状况。

系统基本流程如下:

51单片机
红外传感器
电机
开门
来人
关门
无人
开始
有夹物
红外对管
无夹物
直接关门结束
手动按按 钮
人流量
（多）

2实验内容
2．１提要
本实验利用ＣAN模块检测光电开关的信号及步进电机的起、停和方向控制,通过实验平台上的步进电机模拟电动门，光电开关信号来模拟实现人的进出。利用组态软件编写一上位机软件,实现对光电开关的检测及电机的控制.
２.2　概念
自动门根据使用的场合及功能的不同可分为自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动折叠门等,其中自动平移门使用得最广泛，我们通常所说的自动门、感应门就是指自动平移门.

２．3 意义
自动平移门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外两侧红外线，当人走近自动门时，红外线感应到人的存在,给控制器一个信号,控制器通过驱动装置将门打开.当人通过门之后，再将门关闭。由于自动门在通电后可以实现无人看管，同时又可节约空调能源、防风、防尘、降低噪音，提高了建筑的档次。

2.４ 原理图

系统的整体原理图

3　系统硬件设计
3.1 CAN介绍
CAN系统：基于CAN协议的CAN总线分布式数据采集网络,主要用于实现ＣＡN总线应用中的通信控制和数据采集方案。
CAN协议是一种基于连接的ＣAN应用层协议，是整个CAＮ系统的基础与核心。制定ＣAＮ协议的思路源于为中国中小型CAN应用网络提供一种简单、可靠、稳定的应用层协议。在充分汲取了ＤｅｖicｅNet协议和CANopｅｎ协议之精萃的基础上，优先保障通信数据的可靠性与实时性，以相对简单的方式进行数据通信，从而有效降低了硬件实现成本,这就是CAＮ协议的巨大优势.
３.2 硬件组成结构
系统组成如图1 所示，系统的控制台由PC机和ＣＡＮ总线适配卡等组成；ＣＡＮ节点主要由单片机、ＣAN控制器和CAN收发器组成。
该实验主要利用iＣAN4０５0 模块控制传动系统的运动方向及起、停控制。
ｉＣAN４０50 模块功能：ＣＡN—405０ DI/DO功能模块用于采集开关量输入信号，并提供开关量输出信号.CＡN-4050 ＤI/DO功能模块具有8路开关量输入通道和８路开关量输出通道。

CＡN-40５0　DI／DO功能采用ＣAN总线通讯接口,符合ＣAN2.0Ｂ协议规范。模块在工作时，将输入的电压型开关量信号或者无源触点信号经过调理以后,送入单片机进行处理,通过CAN总线通讯将输入的开关量信号状态传送到网络中的主控设备，并且主控设备通过ＣAＮ总线将输出的开关量状态传送到模块。

CＡN-４050 DI／ＤO功能模块采用表面安装工艺，大大提高了系统在恶劣环境中使用的可靠性.
CAN-405０ DI／ＤＯ功能模块的底座上配有导轨架，可以直接安装在标准的DIN导轨上，用户也可以采用其它的简便的安装方式。

参数：电源具有极性反接保护功能
模块电源:单电源供电，供电电压为+1０Ｖ～+30Ｖ DC
CAN控制器：ＰHILIPS SJＡ1０00
CAN收发器：PＨILIPＳ ＰCＡ82C２５1
通讯协议：符合ＣAN协议规范V2.0B版
工作环境温度：－２0℃～＋85℃
物理尺寸：1２0ｍm＊８0mm＊３０mｍ（不计算导轨安装架高度）
安装方式:可选标准DIN导轨安装或简单固定方式

3。3模块上线

在此实验中仅以ＣANTest 测试软件演示上线状态图，如图所示。其中按纽６　控制运动机构的方
向，按纽7 控制运动机构的起、停。当按纽7 为绿色时,传动机构停止运行,反之传动机构
运动；当按纽６ 为红色时，运动机构向右运行，反之向左运行。
控制传动系统启停、方向控制

如表可以控制ＣAN4０50 模块输出信号即可控制运动机构的起、停及方向的改变。

参考文献
[１] 于洋。《测控系统网络化技术及应用》，机械工业出版社
[2］李正军．《计算机测控系统设计与应用》,机械工业出版社
[3］李江全.《计算机测控系统设计与编程实现》，电子工业出版社
[4]周立功主编。《工业以太网系统教程》 　
[5］ 周立功主编。《CAN教学实验开发平台实验指导》

心

得

体

会

通过本次课程设计，让我们更加懂得了什么是学以致用，理论和实际相差很大，要懂得将学到的知识，应用到日常生活之中。本设计能够顺利完成,还承蒙朱老师以及身边的很多同学的指导和帮助。在设计过程中，朱老师给予了悉心的指导,最重要的是给了我解决问题的思路和方法，并且在设计环境和器材方面给予了大力的帮助和支持，在此,我对朱老师表示最真挚的感谢！同时感谢所有帮助过我的同学!
感谢评阅老师百忙之中抽出时间对本论文进行了评阅！

20１５年 6 月 15日
教

师

评

语

　 　 　 　 　 　 　 　　 　 　 2015年 　6 月15日
成
绩
及
签
名

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　 2015年　 6　月15日　 　 　 　　 　 　 　 　

《DSP系统设计与应用》
课程设计报告书

题　目 名 称：
基于ＤSP定时器的ＬＥD控制系统设计
学 　　 　 院：
机电工程学院
专 　 　　业：
专电气工程及其自动化
班 　 级:
２013级2班
学　 　号：
130３１310０１6
姓 　 名:

指 导 教 师：

2016年1２月

课程设计报告书
设
计
目
的
DＳP课程设计是深化和提高课程理论知识的重要途径之一。以ＤSＰ综合集成与应用的基本理论为基础，研究了DSＰ最小系统设计的基本方法,并学习了用C语言编写DSP编程与使用测试箱及ＤSP系统的相关软件。培养独立思考能力;培训分析、总结和撰写技术报告能力，本次课程设计目的在于：
（1）学习用ＤSP来控制LＥD灯的闪亮.
（2）学习DＳP程序的调试与编写,利用观察变量查看程序运行。
(3)学习测试箱的使用方法。
设计
内容
及
功能
说明
设计内容：
本次设计内容为基于DSP定时器的LED控制系统设计 ,具体要求如下：
（1)给定电源12Ｖ,设计供电电路.
（2）给定外部晶振30M，系统时钟工作在150M,给出寄存器如何配置。
(3）利用定时器定时1秒,实现四个LED灯的秒闪。
（4）自主完成发挥功能。
（５)撰写设计报告。
功能说明:
本设计利用F２8３35DＳＰ芯片来控制模拟基本的LＥD闪烁，给予系统额定电压来保证系统的正常工作,用中断的方式定时控制LED灯的集体闪烁频率。

设
计
步
骤

设
计
步
骤

设
计
步
骤

设
计
步
骤

设
计
步
骤

步骤一：ＤSP最小系统分析
1。DＳP最小系统
能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路等。
2.晶振电路
DSP的时钟可以有两种连接方式,即外部振荡器方式和谐振器方式.如果使用内部振荡器，则必须在X１/XCＬKIN和Ｘ2两个引脚之间连接一个石英晶体。如果采用外部时钟,可将输入时钟信号直接连到X1/CI.ＫIN引脚上,X2悬空.本设计采用外部晶振，直接选择一个３.３V供电的30MHｚ晶振实现。系统工作是通过编程选择5倍频的ＰLＬ功能,可实现最高工作频率（1５0MＨz）.如图1所示：

图1 晶振电路图
3.复位电路
对于实际的ＤSＰ应用系统，特别是产品化的DSＰ系统,其可靠性是一个不容忽视的问题。由于DSＰ系统的时钟频率较高,在运行时极有可能发生干扰和被干扰的现象，严重的系统问题可能出现死机现象。为了克服这些情况，除了在软件上做一些保护措施外硬件上必须做相应的处理。硬件上最有效的保护措施是采用具有看门狗（Ｗatchdoｇ)功能的自动复位电路相结合的方式。
TＭＳ320Ｆ２8３3５的复位输入引脚XRＳ为处理器提供了一种硬件初始化的方法,它是一种不可屏蔽的外中断,可在任何时候对ＴMS３20F28335进行复位。本设计采用了简单的RC复位电路,复位电路如图所示2：

图２ 复位电路图
4．电源电路
F28３3５DSP采用了双电源供电机制，以获得更好的电源性能，其工作电压为3.３Ｖ和1。8Ｖ。其中，1.8V主要为该器件的内部逻辑提供电压，包括CPU和其他所有的外设逻辑。与３。3V供电相比，1.8V供电大大降低功耗。外部接口引脚仍然采用3．3V电压，便于直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电路。在本设计里我用ＴI公司的TPＳ7301单输出可调电压调节器作为主器件的电源电路,将1２V转换为3．3V和1.9V供给DＳP，使系统正常工作。电源电路如图3所示：

图３ 电源电路图
步骤二:本次设计硬件电路分析
1.定时器中断的实现
为了实现定时器的精确走时功能，系统利用定时器0、PIE模块和CＰU中断共同作用产生定时器中断。首先为定时器0设置定时初值,并开启定时器使其计数。当定时器计数器寄存器递减到零时,定时器会产生一个中断TＩＮT并将其传送给PIE外设中断模块，当PIE中的中断时能位PIEIER被时能后,PIE会将这个中断传送给CPＵ,如果CPU的中断使能位和ＩＮTM被使能,则CＰU会相应定时器0中断，转而执行定时器0的中断服务子程序。
２。LEＤ显示电路
在定时结束后LEＤ要不停地闪亮，提醒用户定时结束。在本次设计中，将一个发光二极管的输入段与电源相连接，输出与ＤSP芯片的GPIO4端口相连接，当ＧＰIＯ端口为低电平时,ＬED点亮。

步骤三:CMD文件介绍
。text段：存放C程序代码；
．ｃinit:存放C程序中的变量初值和常量；
。stacｋ：为Ｃ程序系统堆栈保留存储空间、用于保存返回地址、函数间的参数传递、存储局部变量和保存中间结果；
。bss:为Ｃ程序中的全局和静态变量保留存储空间;
。ｃｏnｓt:存放Ｃ程序中的字符常量、浮点常量和用.ｃonst声明的常量;
．sysmem：用于Ｃ程序中的malloｃ、ｃａlｌoc和realｌｏc函数动态分配存储空间;
．far：为C程序中用far声明的全局和静态变量保留空间.
ＭＥMORY用于定义目标存储器的映射，描述了目标系统可以使用的物理存储地址范围及其类型。
ＰＡGＥ 0 为程序存储空间，起始地址为0x0０0000包含BEGＩＮ 、ＢＯOＴ_RSVD、RAMM０ 、RAML０、RAML1、ＺONＥ7Ａ 存储区.
PAＧE 1为数据存储空间，起始地址为0x0００400包含了RAＭＭ1、RＡML4、RＡML５、RAMＬ６、RAMＬ７、ZOＮＥ7B存储区。
SECTIＯＮS用于指示连接器怎样组合输入端，以及如何将输出段定位到存储器中，用于将COFＦ目标文件中的各个段定位置ＭEMORY伪指令定义的存储区域。

步骤四：流程图及软件设计
1.系统时钟的详细配置如下
PLＬSTＳ[OＳCOFF］=0；
ＰＬLSTS［PＬLＯFF]＝０；
ＰLLCR［DIV］=10１0；
PLLSTS［DIVSＥＬ］=２;
PLＬKＣR０的ＡＤCENCLK＝０。
2.PLＬ模块的寄存器
锁相环模块的寄存器包括锁相环控制寄存器PLLCＲ和锁相环状态寄存器PLLSTS，以及外部时钟输出控制寄存器XＩＮTＣＮＦ2。其中ＸＩNＴCNF2用于配置XＣLＫOUT与SYSCLKOUT的关系。ＰＬLCR和PLLSTS用于振荡器和锁相环模块的配置，以产生CPＵ时钟输入CLKIＮ,其位分布如下:

　 　 　 1５ 　 　 　 　 　 　 　 4 　0
保留 DIV
ＰLＬCR
R-0 　 　　 　 　　　　 　 　R/W－0
保留 DIVSEL
15 　 　 　 　 　　 　 　 　 　 ９ 　　 ８
PLＬＳＴS
Ｒ－0 　 　 　 　 　R/Ｗ－0
7 　 　6　 　　 ５　 ４ 　 3　　　 ２ 　 1　 　 0
DIVSEL MCLKOFF OSCOFF MCLKCLR MCLKSTS PLLOFF 保留 PLLOCKS

R/Ｗ—０ Ｒ／Ｗ－0　 R/W—0 R/W—0 Ｒ-0 R/W—0　　Ｒ—0 R/W—0
OSCＯFF和PLLSTS分别用于振荡器时钟和锁相环时钟的允许；ＰLＬOCKＳ为锁相环锁定状态标志；MCＬＫＯFF、MCLＫCLR、和MCLKSTS用于输入时钟失效检测。
３．流程图
开始
中断结束
DSP初始化时钟
初始化中断向量
初始化定时器
执行程序
等待中断发生
改变LED灯状态
Y
N

图4程序流程图
步骤五:系统调试及设计结果分析
按下电源按钮，写入程序，刚开始,4个LＥD灯全灭,等待一秒钟，4个LＥＤ等全亮，如此循环。测试结果成功完课程题目的。效果图如图5所示:
　　 　 　 　　　 　 　 　 　　　 　图5 效果图
设
计
小
结
通过这次DSP课程设计,我觉得学到了很多东西。它让我懂得了什么是课程设计，为我们以后的毕业设计打下了一些基础。更重要的是通过这次课程设计,我多少清楚了在以后的工作中我们这个专业能做些什么,也为我们以后的工作积累了一些经验,很有意义.
在本次课程设计过程中出现了一些不该出现的失误。一是不会使用CＣＳ软件，在同学的帮助下使用并编写程序。其二是不能ＤSＰ程序烧入试验箱的问题，但是在老师的指导下成功将程序烧入试验箱;之后又遇到DSP程序烧入试验箱后试验箱无反应，同样在老师的帮助下完成实验,并在试验箱上得到想要的实验结果。
通过这次课程报告，使我更深入的掌握了DSＰ的许多知识，学会了如何让配置寄存器、系统时钟，如何设计电源等等很多知识,不仅复习了以前所学过的知识，而且还接触并学到了很多书本上没有的知识。使我解决问题时更加冷静和熟练，遇到不会知识的积极查阅相关资料,并做好笔记。经过仔细调查确定问题的原因和解决问题的能力有了很大提高。
最后，感谢刘老师的帮忙以及同学之间的相互帮助，使我能顺利完成这次课程设计.

评
分
标
准

（一)系统设计部分（50分，分三档，达不到最低档的小组需重新设计上交）
１。完成规定的全部功能,硬件电路设计正确，程序简洁、可读性、逻辑性强,较好的演示了全部功能。(50分）
２。完成规定的全部功能,硬件电路设计正确，程序较简洁、可读性、逻辑性较强,基本演示了全部功能。（45分）
3.完成规定的部分功能,硬件电路设计无明显错误,程序设计无明显错误,能够完成部分功能的演示。（40分）

（二）设计报告撰写情况(45分）
1。态度认真,报告内容充实、撰写规范.(２０分）
２.对所做设计进行了详细的介绍,语言组织精炼,测试数据记录准确.（２5分）

（三）发挥部分（5分）
在完成规定功能的基础上，有创新性功能设计个人,获得此项成绩.

总分

任课教师签字

审核人签字

附录:
附录A:实物图

图A

图B

附录B：CMＤ文件
ＭＥMＯRY
{
PＡGＥ　0 :
BＥGIN　 　 　 : origin = 0x０0０００0， lenｇｔh = 0x０00002
BOOT_RSＶD : oｒigin　= 0x０00００2, lenｇth　＝　0x00００４Ｅ
　 　RAMM0 　 　 ：　oｒigｉn　= 0x000０50， leｎgｔh ＝ 0x000３Ｂ0
RAML０ 　　 ： oriｇin　= 0x008０00, ｌｅnｇth = 0x00１00０
　　RAMＬ1 　 　 　： ｏriｇｉn　＝ 0x０09０00， lｅngth ＝ 0x00２000
ZＯNＥ7Ａ　 　 : origｉｎ ＝ 0ｘ２00000， lｅngth =　0x００ＦC00
　 ＣSM_RSＶＤ　 :　origｉn　= 0x３３FＦ8０， lengｔｈ　＝　0x00００７6