CN100341006C - 基于实时操作系统的伺服控制器 - Google Patents

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Abstract

一种属于伺服控制技术领域的基于实时操作系统的伺服控制器，包括数字信号处理器，门阵列，单端口静态存贮器，通讯接口芯片，反向器，驱动器，显示灯，继电器，串行通讯接口，液晶显示模块。数字信号处理器分别与门阵列、单端口静态存贮器、反向器、驱动器、继电器、串行通讯接口、液晶显示模块相连；门阵列分别与单端口静态存贮器、通讯接口芯片相连；驱动器与显示器相连。本发明将μC/OS-Ⅱ多任务实时操作系统的内核移植在数字信号处理器芯片中，使伺服控制系统程序的编制简化，增加了系统工作的稳定性，简化了程序调制的时间。

Description

基于实时操作系统的伺服控制器
技术领域
本发明属于伺服控制技术领域，涉及到一种伺服控制器，具体地说是一种基于实时操作系统的伺服控制器。
背景技术
现代电子系统尤其是伺服控制系统常常需要同时处理许多数据流.而且这些输入来自不同的外部设备，通常有不同的数据速率。经过控制系统处理后输出的数据流通常也需要送往不同的外部设备。这些数据流的输入输出通常通过CPU的中断或DMA来进行，这些使系统的编程正变得越来越复杂。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明将μC/OS-II多任务实时操作系统的内核进行移植，使之可以工作在数字信号处理器(DSP)芯片中，并将数字信号处理器(DSP)应用于伺服控制系统，提供任务管理、时间管理、内存管理以及资源管理四大功能，使伺服控制系统程序的编制简化，目的是提供一种基于实时操作系统的伺服控制器。
本发明包括数字信号处理器1，门阵列2，单端口静态存贮器3，通讯接口芯片4、5，反向器6，驱动器7，显示灯8，继电器9，串行通讯接口10，液晶显示模块11。数字信号处理器1分别与门阵列2、单端口静态存贮器3、反向器6、驱动器7、继电器9、串行通讯接口10、液晶显示模块11相连。门阵列2分别与单端口静态存贮器3、通讯接口芯片4、5相连。驱动器7与显示灯8相连。
数字信号处理器1的数据线、地址线、控制线与门阵列2相连，门阵列2的输入线分别与通讯接口芯片4、5的采样信号输出端相连。门阵列2通过控制总线同单端口静态存贮器3相连。数字信号处理器1的数据线、地址线分别与单端口静态存贮器3的数据线、地址线相连。数字信号处理器1的编码器接口与反向器6的输出端相连。数字信号处理器1的IO口分别与驱动器7状态输入口、继电器9相连，驱动器7信号输出端与显示灯8相连。继电器9与外部报警喇叭相连。数字信号处理器1的串行信号输出端与串行通讯接口10串行信号输入端相连。数字信号处理器1的数据线输出端与液晶显示模块11数据线输入端相连。数字信号处理器1的调宽波输出端与外部负载相连。
门阵列2包括时序电路12、延时电路13。数字信号处理器1的控制线输出端与时序电路12的控制线输入端相连，时序电路12控制线输出端与单端口静态存贮器3的控制线输入端相连，通讯接口芯片4、5的信号输出端与延时电路13的信号输入端相连，延时电路13的信号输出端与数字信号处理器1的外部中断口相连。
根据数字信号处理器1所要完成的任务编制程序，程序预先存入数字信号处理器1中。
数字信号处理器1中预先编制的程序包括下列步骤：
开始；
对数字信号处理器1集成硬件资源进行初始化设置；
根据任务数量进行任务控制块初始化；
根据任务的优先级数量创建任务就绪表及任务优先级表；
创建任务；
对任务堆栈区进行初始化设置；
运行最高优先级的任务，初始化系统的控制参数；
启动定时器，建立时钟节拍
等待响应任务。
程序主要执行4个任务，根据任务优先级的高低为：“800Hz速度回路采样中断任务”，“位置采样中断任务”，“串行通讯中断任务”，“刷新液晶任务”。
任务1：800Hz速度回路采样中断任务
采集编码器数据，测量速度误差；
输入速度误差和位置误差，进行速度调节器校正；
输出PWM波。
任务2：位置采样中断任务
采集编码器值，测量位置误差；
根据位置误差进行位置调节器校正；
输出位置调节器结果。
任务3：液晶刷新任务
采集需要显示的数据量；
驱动液晶；
刷新液晶显示。
任务4：串行通讯中断
将通讯数据移入指定数据缓冲区。
根据预先编制的程序执行任务的数字信号处理器1包括：
任务控制块；
任务就绪表及任务优先级表；
任务堆栈区。
任务堆栈区包括：
采集编码器数据，测量速度误差，并进行速度调节器校正，输出调宽波任务区；
采集编码器值，测量位置误差，根据位置误差进行位置调节器校正并输出位置调节器结果任务区；
采集需要显示的数据量，驱动液晶，刷新液晶显示任务区；
将通讯数据移入指定数据缓冲区的任务区。
本发明的工作过程：单端口静态存贮器3是“扩展的数据存储器”，其控制总线通过门阵列2中的时序控制电路12与数字信号处理器相连接。由外部设备采集的控制信号，如启动信号、中断信号等通过通讯接口芯片4、5将RS-422协议的电平信号转换为TTL电平信号，输入门阵列2的延时电路13作延时处理，再输入数字信号处理器1。来自编码器的外部速度、位置信号经反向器6整形处理输入数字信号处理器1。数字信号处理器1根据任务优先级表响应优先级高的中断信号，而屏蔽优先级低的中断信号，并在任务控制块的控制下按任务就绪表和任务堆栈区完成对采集的速度、位置采样中断信号进行计算处理，作为系统的测速和位置反馈，数字信号处理器1通过对速度和位置信号进行校正计算处理，输出控制电机的调宽波信号，并且与其它系统进行信息交换。同时，数字信号处理器1输出需要显示的数据量，通过液晶显示模块11显示控制数据，将通讯数据移入指定数据缓冲区的装置。数字信号处理器1经IO口输出的系统状态信号输入驱动器7，驱动LED指示灯，用以显示当前系统的工作状态。当系统出现故障时，数字信号处理器1通过IO口输出信号控制继电器9工作，接通外部报警喇叭。串行通讯接口10实现串并数据转换和并串数据转换，完成数字信号处理器1与外部其它系统的串行数据通讯。
本发明的有益效果：本发明将μC/OS-II多任务实时操作系统的内核进行移植，使之可以工作在数字信号处理器(DSP)芯片中，μC/OS-II是一个源码公开、可移植、可固化、可裁减、占先式、开放式的多任务实时操作系统，其绝大部分源码是用ANSI C编写，提供了任务管理、时间管理、内存管理以及资源管理四大功能，使伺服控制系统程序的编制简化。本发明由于在实时操作系统下进行软件的编制，可增加系统工作的稳定性，简化了程序调制的时间。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，也是说明书摘要附图。图中1为数字信号处理器，2为门阵列，3为单端口静态存贮器，4、5为通讯接口芯片，6反向器，7驱动器，8显示灯，9继电器，10串行通讯接口，11液晶显示模块。
图2为本发明门阵列2、通讯接口芯片4、5和单端口静态存贮器3的结构示意图。
图3为本发明数字信号处理器1的主程序流程图。
图4为本发明数字信号处理器1速度回路采样中断任务子程序流程图。
图5为本发明数字信号处理器1位置采样中断任务子程序流程图。
图6为本发明数字信号处理器1液晶刷新任务子程序流程图。
图7为本发明数字信号处理器1串行通讯中断任务子程序流程图。
具体实施方式
本发明如图1所示，包括数字信号处理器1，门阵列2，单端口静态存贮器3，通讯接口芯片4、5，反向器6，驱动器7，显示灯8，继电器9，串行通讯接口10，液晶显示模块11。数字信号处理器1采用型号为TMS320F240，门阵列2选用型号为LATICCS1032，单端口静态存贮器3采用型号为IC61C1024，通讯接口芯片4、5选用型号为MAX488，反向器6选用型号为74LS14，驱动器7选用型号为74ALS245，串行通讯接口10选用型号为MAX491，液晶显示模块11选用型号为MGLS12864。

Claims (5)

1.一种基于实时操作系统的伺服控制器，其特征是包括数字信号处理器(1)，门阵列(2)，单端口静态存贮器(3)，通讯接口芯片(4)、(5)，反向器(6)，驱动器(7)，显示灯(8)，继电器(9)，串行通讯接口(10)，液晶显示模块(11)；数字信号处理器(1)分别与门阵列(2)、单端口静态存贮器(3)、反向器(6)、驱动器(7)、继电器(9)、串行通讯接口(10)、液晶显示模块(11)相连；门阵列(2)分别与单端口静态存贮器(3)、通讯接口芯片(4)、(5)相连；驱动器(7)与显示器(8)相连。
2.根据权利要求1所述基于实时操作系统的伺服控制器，其特征是数字信号处理器(1)的数据线、地址线、控制线与门阵列(2)相连，门阵列(2)的输入线分别与通讯接口芯片(4)、(5)的采样信号输出端相连；门阵列(2)通过控制总线同单端口静态存贮器(3)相连；数字信号处理器(1)的数据线、地址线分别与单端口静态存贮器(3)的数据线、地址线相连；数字信号处理器(1)的编码器接口与反向器(6)的输出端相连；数字信号处理器(1)的状态输出口与驱动器(7)状态输入口相连，驱动器(7)信号输出端与显示灯(8)的信号输入端相连；数字信号处理器(1)的IO口直接与继电器(9)相连，继电器(9)与外部报警喇叭相连；数字信号处理器(1)的串行信号输出端与串行通讯接口(10)串行信号输入端相连；数字信号处理器(1)的数据线输出端与液晶显示模块(11)数据线输入端相连；数字信号处理器(1)的调宽波输出端与外部负载相连。
3.根据权利要求2所述基于实时操作系统的伺服控制器，其特征是门阵列(2)包括时序电路(12)、延时电路(13)；数字信号处理器(1)的控制线输出端与时序电路(12)的控制线输入端相连，时序电路(12)控制线输出端与单端口静态存贮器(3)的控制线输入端相连，通讯接口芯片(4)、(5)的中断信号输出端与延时电路(13)的中断信号输入端相连，延时电路(13)的信号输出端与数字信号处理器(1)的外部中断口相连。
4.根据权利要求2所述基于实时操作系统的伺服控制器，其特征是根据预先编制的程序执行任务的数字信号处理器(1)包括：
任务控制块；
任务就绪表及任务优先级表；
任务堆栈区。
5.根据权利要求4所述基于实时操作系统的伺服控制器，其特征是任务堆栈区包括：
采集编码器数据，测量速度误差，并进行速度调节器校正，输出调宽波任务区；
采集编码器值，测量位置误差，根据位置误差进行位置调节器校正并输出位置调节器结果任务区；
采集需要显示的数据量，驱动液晶，刷新液晶显示任务区；
将通讯数据移入指定数据缓冲区的任务区。
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