基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計

摘? 要：為了提高顯示器電路微控制器驅(qū)動速度，提升驅(qū)動性能，提出基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計。采用可編程邏輯技術(shù)、編程梯形圖進行三相控制，設(shè)計驅(qū)動模塊。通過串口電路、顯示器電路微控制器以及CAN，設(shè)計ARM控制模塊。引入PWM數(shù)據(jù)微處理技術(shù)控制模擬電路輸出數(shù)據(jù)，設(shè)計PWM數(shù)據(jù)通信模塊，實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動整體設(shè)計。實驗結(jié)果表明，基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動速度較快，能夠有效增強驅(qū)動性能。

關(guān)鍵詞：SOPC;顯示器;電路;微控制器;驅(qū)動

中圖分類號：TN873? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）24-0050-03

Driving Design of Display Circuit Microcontroller Based on SOPC

WU Yulong

（Nanjing Paneng Technology Development Co.，Ltd.，Nanjing? 210032，China）

Abstract：In order to increase the driving speed and improve the driving performance of display circuit microcontrollers，a driving design of display circuit microcontroller based on SOPC is proposed. Using programmable logic technology，programming ladder diagram for three-phase control，and designs driving module on this basis. ARM control module is designed through serial port circuit，display circuit microcontroller and CAN. PWM data micro processing technology is introduced to control the output data of analog circuit，and PWM data communication module is designed to realize the overall design of display circuit microcontroller driving. The experimental results show that the driving speed of the display circuit microcontroller based on SOPC is very fast，which can effectively enhance the driving performance.

Keywords：SOPC;display;circuit;microcontroller;driving

0? 引? 言

顯示器電路微控制器驅(qū)動以其強大的全數(shù)字化驅(qū)動器，成為當今廣為采用的微控制器驅(qū)動。顯示器電路微控制器驅(qū)動的設(shè)計主要包括：功率板、三相正弦PWM及內(nèi)核程序三部分[1]。從對顯示器電路微控制器驅(qū)動的發(fā)展趨勢分析中，可以看出顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計越來越趨于數(shù)字化、智能化、集成化以及網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字化是指通過新型的芯片、采用人工編程的方式設(shè)計全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)，只需改變軟件即可對硬件進行相應(yīng)的控制。智能化是指結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及自適應(yīng)控制，將外界干擾因素對顯示器電路微控制器驅(qū)動造成的不利影響降至最低，提高顯示器電路微控制器驅(qū)動的控制精度。集成化是指通過設(shè)計集成電路，提高顯示器電路微控制器驅(qū)動中驅(qū)動模塊的靈活性。網(wǎng)絡(luò)化是指將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計中，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省５斍霸O(shè)計的顯示器電路微控制器驅(qū)動在實際應(yīng)用過程中，存在驅(qū)動速度慢、穩(wěn)定性差的問題[2]。筆者作為南京磐能電力科技股份有限公司在職員工，長期從事電子信息嵌入式驅(qū)動開發(fā)設(shè)計工作為了改善上述問題，優(yōu)化設(shè)計顯示器電路微控制器驅(qū)動，提出了基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計。可編程系統(tǒng)芯片（System On a Programmable Chip，SOPC）是一種高效的系統(tǒng)級芯片解決方案，屬于特殊的嵌入式系統(tǒng)芯片。利用可編程邏輯技術(shù)對梯形圖進行編程，通過設(shè)計驅(qū)動模塊、ARM控制模塊和PWM數(shù)據(jù)通信模塊，提高顯示器電路微控制器驅(qū)動速度，致力于設(shè)計出滿足驅(qū)動性能的新型顯示器電路微控制器驅(qū)動。

1? 基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計

1.1? 基于SOPC的驅(qū)動模塊

顯示器電路微控制器的核心是驅(qū)動模塊，所以在設(shè)計電路微控制器驅(qū)動時，首先要對驅(qū)動模塊進行設(shè)計。采用可編程邏輯技術(shù)編程梯形圖進行三相控制，驅(qū)動電壓設(shè)為45 V，連續(xù)相電流最小至8 A，最大至12 A。于對任何復(fù)雜的驅(qū)動模塊來說，比例和量化因子的設(shè)置是必不可少的[3]。根據(jù)顯示電路單片機驅(qū)動運行的特點，構(gòu)建隸屬函數(shù)，計算其比例因子和量化因子。假設(shè)其比例因子為z，可得式（1）：

（1）

其中，b為輸入量的隸屬函數(shù)，a為輸出變量的隸屬函數(shù)，u為顯示器電路微控制器電機當前角度，c為顯示器電路微控制器電機當前轉(zhuǎn)速，d為輸出變量控制曲面。根據(jù)式（1），獲取比例因子。在計算驅(qū)動模塊中的量化因子時，設(shè)其量化因子為n，則有：

（2）

其中，p為對輸入量的修正值，i為電機給定轉(zhuǎn)速，E為相線電流，e為顯示器電路微控制器電機額定功率。通過式（2），得出基于SOPC的驅(qū)動模塊中的量化因子。在計算量化因子過程中，需要根據(jù)不同的PID參數(shù)對模糊原則進行調(diào)整。具體調(diào)整內(nèi)容如表1所示。

從表1可以看出，基于PID參數(shù)的實際輸出變量范圍在[-6，6]之間，以此為標準建立基于SOPC的驅(qū)動模塊。

1.2? ARM控制模塊

在顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計中，ARM控制模塊主要包括串口電路、顯示器電路微控制器以及CAN。ARM控制模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

考慮在顯示器電路微控制器驅(qū)動的設(shè)計過程中，一般選擇較小溫度系數(shù)和較高精度的電阻[4]。在設(shè)計ARM控制模塊的串口電路時，將其電阻設(shè)置為介于5.0 kΩ～180.0 kΩ之間。在3.0 kΩ～136.4 kΩ范圍內(nèi)定義電阻的搜索空間，設(shè)置步長為0.3 kΩ。選用損耗小、質(zhì)量優(yōu)的電容，將電容值設(shè)置為18 pF以上，計算出顯示電路微控制器驅(qū)動的截止頻率，并將其用k表示，則有式（3）：

（3）

其中，R和R′分別為顯示電路微控制器的兩個阻值，C為顯示電路微控制器的電容。通過式（3）可知，文中所選擇的無源低通顯示器電路微控制器的截止頻率約為160 kHz。由此可估算出電容在18 pF～1 036 pF的范圍內(nèi)，步長可達18 pF。鑒于ARM控制模塊通常包含多個性能兼容性指標，因此稱為多目標[5]。分析單目標問題時，采用顯示器電路微控制器擬合ARM單目標系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線，獲取單目標優(yōu)化的可靠性結(jié)論，進而得到顯示電路微控制器的自適應(yīng)函數(shù)。并將其用f表示，則有式（4）：

（4）

其中，s為自變量;e為采樣頻率。根據(jù)式（4）可知，在微控制器理想顯示電路的情況下，最大值為25 000。CAN主要用于串口電路與顯示器電路微控制器之間的連接。采用串口電路、顯示器電路微控制器以及CAN三部分，實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動中ARM控制模塊的設(shè)計。

1.3? PWM數(shù)據(jù)通信模塊

完成上述研究后，設(shè)計顯示器電路微控制器驅(qū)動中PWM數(shù)據(jù)通信模塊。以此，實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計。PWM數(shù)據(jù)通信模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

PWM數(shù)據(jù)通信模塊作為實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動換相功能的部分，可以使用脈沖直流舵機調(diào)試終端信息數(shù)據(jù)的輸入，引入PWM數(shù)據(jù)微處理技術(shù)，控制模擬電路輸出數(shù)據(jù)，設(shè)定其控制數(shù)據(jù)信號的周期為15 ms～25 ms?；魻杺鞲衅鲀?nèi)裝有相應(yīng)的舵盤通訊裝置，使其整體呈現(xiàn)線性變化。

舵盤直接與內(nèi)部數(shù)據(jù)反饋電位幀連接，按照數(shù)據(jù)幀傳遞時間，調(diào)整電機RESET信號的電平及頻率?？刂戚斎朕D(zhuǎn)向脈沖信號與舵盤轉(zhuǎn)向角度之間存在一定關(guān)系，可以通過定義6個PWM數(shù)據(jù)通信端接收口，依照電位針指標變化趨勢調(diào)整旋轉(zhuǎn)角。結(jié)合磁傳感器終端傳感裝置與發(fā)射管定頻安裝波長，設(shè)定通信信號接收路段，因為裝置接收端信號在傳遞過程中會受到外界影響因素干擾造成信號損失。所以采用分壓方式，安裝了多電位信號接收裝置，獲取當前位置信息，根據(jù)磁感配件規(guī)劃地磁場，錄入初次獲取的數(shù)據(jù)，對比磁場收集數(shù)據(jù)與初次的獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)比值推斷終端接收信號數(shù)值，輸出通信數(shù)據(jù)值，實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動整體設(shè)計。

2? 實驗分析

2.1? 實驗準備

本次實驗選用TSMC CMOS 0.18 μm工藝庫，工作電壓為5.5 V，計算機選用Uicrv-18工作站，CPU主頻為600 MHz，存儲器為256 Mb。其種群大小選擇150，進化代數(shù)選擇300，設(shè)定的初始交配概率是0.95，初始變異概率是0.30。在實驗過程中，考慮直流增益問題，將顯示器電路微控制器驅(qū)動速度設(shè)置為本次對比實驗的評價指標，驅(qū)動速度越高，表明設(shè)計顯示器電路微控制器驅(qū)動性能越強。通過MATALB軟件進行10次實驗，測試驅(qū)動速度，MATALB軟件運行界面如圖3所示。

分別采用本文基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計和當前顯示器電路微控制器驅(qū)動進行對比，記錄實驗結(jié)果。

2.2? 實驗結(jié)果與分析

不同方法的顯示器電路微控制器驅(qū)動速度對比結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，本文方法驅(qū)動速度明顯高于當前方法驅(qū)動速度，由此可知，本文設(shè)計的基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動速度較快，能夠有效增強顯示器電路微控制器驅(qū)動性能。

3? 結(jié)? 論

為了提高顯示器電路微控制器驅(qū)動速度，提升驅(qū)動性能，基于SOPC技術(shù)，提出了基于顯示器電路微控制器驅(qū)動設(shè)計方案。通過設(shè)計顯示器電路微控制器驅(qū)動模塊、ARM控制模塊和PWM數(shù)據(jù)通信模塊，實現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動整體設(shè)計。該方法的顯示器電路微控制器驅(qū)動速度較快，能夠有效增強驅(qū)動性能。

參考文獻：

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作者簡介：吳玉龍（1985.07—），男，漢族，江蘇徐州人，中級工程師，碩士研究生，研究方向：電子信息技術(shù)。