基于微控制器的数字式温度伺服控制系统

　　1 引言

　　居室气候是一种与人体健康最密切的人造气候。随着人们物质生活水平的日益提高,各种调节居室气候的电器产品已越来越多地进入寻常百姓家,居室气候已变得越来越舒适,越来越不受自然气候的制约。空调控制室内温度随室外温度改变而连续缓慢变化,更贴近人的生理感受,使人感觉更加舒适,健康。本文以数码变温空调的研究为背景,以其中伺服系统的设计为核心,研究内容涉及温度控制器的设计、电机驱动电路设计、电机调速方案确定以及程序实现等方面。

　　2 伺服系统硬件结构框图设计

　　以lpc2214 为核心的温度控制器硬件框图如图1 所示,它由嵌入式微控制器lpc2214,电源模块,时钟系统,JTAG 调试接口,复位电路,数字温度采集部分,LCD 液晶显示器,独立键盘,电机控制模块等部分组成。

　　3 硬件部分详细电路设计

　　3.1 基于ARM 的最小系统设计

　　基于lpc2214 的最小系统主要由电源模块、时钟模块、JTAG 调试模块、复位配置模块构成,lpc2214 自带16K 静态SRAM 和128K FLASH,可以下载用户程序,所以不需要外扩存储器模块。

　　1、电源系统。控制系统使用的lpc2214 芯片,需要4 组电源输入:数字3.3V、数字1.8V,模拟3.3V、模拟1.8V。理想情况下,电源系统需要提供4 组独立的电源:两组3.3 V 电源和两组1.8V 电源,它们需要单点接地或者大面积接地。本系统中使用的A/D 功能对电流进行采样,要求不高,所以模拟电源和数字电源可以不分开供电。数字温度传感器DS1820 可以使用单线寄生电源,可以直接挂入lpc2214 的I/O 口进行温度采集,所以不需要单独供电。这样,末级只需要提供两组电源。电源的前级设计和末级设计与供给系统的电源的输入有关,前级电源使用9-15V 直流电压输入。

　　2、时钟系统与复位电路。系统使用外部晶振或外部时钟源,内部PLL(锁相环)电路可以调整系统时钟,使系统的运行速度更快(CPU 的最大操作时钟为60MHz)。倘若不使用片内的PLL 功能及ISP(在系统编程)功能,则外部晶振频率范围是1~30MHz,外部时钟频率的范围是1~50MHz;若使用外部PLL 功能或ISP 功能,则外部晶振频率范围是10~25MHz,外部时钟频率范围是10~25MHz。lpc2214 有两个复位源,RESET 引脚和看门狗(WDT)复位。RESET 复位属于硬件复位,看门狗复位属于软件复位。

　　3、JTAG 调试接口。调试与测试接口不是系统运行必需的,但现代系统越来越强调可测性,调试、测试接口的设计也越来越受到重视。

　　图3 是复位和JTAG 接口电路,它在复位信号和CPU 之间插入三态门74HC125。使用三态门主要是为了复位芯片和JTAG 仿真器都可复位。如果没有74HC125,当复位芯片输出高电平,JTAG 仿真器就不能把它拉低,这不但不能实现所需要的功能,还可能损坏复位芯片或JTAG 仿真器。因为这种电路JTAG 仿真器对lpc2214 有完全的控制,仿真性能最好。