摘? 要：為了提高顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度，提升驅(qū)動(dòng)性能，提出基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。采用可編程邏輯技術(shù)、編程梯形圖進(jìn)行三相控制，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊。通過(guò)串口電路、顯示器電路微控制器以及CAN，設(shè)計(jì)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(jì)PWM數(shù)據(jù)通信模塊，實(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)整體設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度較快，能夠有效增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)性能。

關(guān)鍵詞：SOPC;顯示器;電路;微控制器;驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào)：TN873? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)以其強(qiáng)大的全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)器，成為當(dāng)今廣為采用的微控制器驅(qū)動(dòng)。顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)主要包括：功率板、三相正弦PWM及內(nèi)核程序三部分[1]。從對(duì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)分析中，可以看出顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)越來(lái)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(guò)新型的芯片、采用人工編程的方式設(shè)計(jì)全數(shù)字化的伺服系統(tǒng)，只需改變軟件即可對(duì)硬件進(jìn)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(duì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)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(dòng)的控制精度。集成化是指通過(guò)設(shè)計(jì)集成電路，提高顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)中驅(qū)動(dòng)模塊的靈活性。網(wǎng)絡(luò)化是指將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省５?dāng)前設(shè)計(jì)的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，存在驅(qū)動(dòng)速度慢、穩(wěn)定性差的問(wèn)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(zhǎng)期從事電子信息嵌入式驅(qū)動(dòng)開發(fā)設(shè)計(jì)工作為了改善上述問(wèn)題，優(yōu)化設(shè)計(jì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)，提出了基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)?？删幊滔到y(tǒng)芯片（System On a Programmable Chip，SOPC）是一種高效的系統(tǒng)級(jí)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(duì)梯形圖進(jìn)行編程，通過(guò)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)速度，致力于設(shè)計(jì)出滿足驅(qū)動(dòng)性能的新型顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)。

1? 基于SOPC的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

1.1? 基于SOPC的驅(qū)動(dòng)模塊

顯示器電路微控制器的核心是驅(qū)動(dòng)模塊，所以在設(shè)計(jì)電路微控制器驅(qū)動(dòng)時(shí)，首先要對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用可編程邏輯技術(shù)編程梯形圖進(jìn)行三相控制，驅(qū)動(dòng)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(duì)任何復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)說(shuō)，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(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，構(gòu)建隸屬函數(shù)，計(jì)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(jī)當(dāng)前角度，c為顯示器電路微控制器電機(jī)當(dāng)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(jì)算驅(qū)動(dòng)模塊中的量化因子時(shí)，設(shè)其量化因子為n，則有：

（2）

其中，p為對(duì)輸入量的修正值，i為電機(jī)給定轉(zhuǎn)速，E為相線電流，e為顯示器電路微控制器電機(jī)額定功率。通過(guò)式（2），得出基于SOPC的驅(qū)動(dòng)模塊中的量化因子。在計(jì)算量化因子過(guò)程中，需要根據(jù)不同的PID參數(shù)對(duì)模糊原則進(jìn)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(shí)際輸出變量范圍在[-6，6]之間，以此為標(biāo)準(zhǔn)建立基于SOPC的驅(qū)動(dòng)模塊。

1.2? ARM控制模塊

在顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)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(dòng)的設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)ARM控制模塊的串口電路時(shí)，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(zhǎng)為0.3 kΩ。選用損耗小、質(zhì)量?jī)?yōu)的電容，將電容值設(shè)置為18 pF以上，計(jì)算出顯示電路微控制器驅(qū)動(dòng)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(gè)阻值，C為顯示電路微控制器的電容。通過(guò)式（3）可知，文中所選擇的無(wú)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(zhǎng)可達(dá)18 pF。鑒于ARM控制模塊通常包含多個(gè)性能兼容性指標(biāo)，因此稱為多目標(biāo)[5]。分析單目標(biāo)問(wèn)題時(shí)，采用顯示器電路微控制器擬合ARM單目標(biāo)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線，獲取單目標(biāo)優(yōu)化的可靠性結(jié)論，進(jìn)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(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)中ARM控制模塊的設(shè)計(jì)。

1.3? PWM數(shù)據(jù)通信模塊

完成上述研究后，設(shè)計(jì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)中PWM數(shù)據(jù)通信模塊。以此，實(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。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(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)換相功能的部分，可以使用脈沖直流舵機(jī)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(hào)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(shí)間，調(diào)整電機(jī)RESET信號(hào)的電平及頻率。控制輸入轉(zhuǎn)向脈沖信號(hào)與舵盤轉(zhuǎn)向角度之間存在一定關(guān)系，可以通過(guò)定義6個(gè)PWM數(shù)據(jù)通信端接收口，依照電位針指標(biāo)變化趨勢(shì)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(zhǎng)，設(shè)定通信信號(hào)接收路段，因?yàn)檠b置接收端信號(hào)在傳遞過(guò)程中會(huì)受到外界影響因素干擾造成信號(hào)損失。所以采用分壓方式，安裝了多電位信號(hào)接收裝置，獲取當(dāng)前位置信息，根據(jù)磁感配件規(guī)劃地磁場(chǎng)，錄入初次獲取的數(shù)據(jù)，對(duì)比磁場(chǎng)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(hào)數(shù)值，輸出通信數(shù)據(jù)值，實(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)整體設(shè)計(jì)。

2? 實(shí)驗(yàn)分析

2.1? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選用TSMC CMOS 0.18 μm工藝庫(kù)，工作電壓為5.5 V，計(jì)算機(jī)選用Uicrv-18工作站，CPU主頻為600 MHz，存儲(chǔ)器為256 Mb。其種群大小選擇150，進(jìn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，考慮直流增益問(wèn)題，將顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度設(shè)置為本次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，驅(qū)動(dòng)速度越高，表明設(shè)計(jì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)性能越強(qiáng)。通過(guò)MATALB軟件進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)，測(cè)試驅(qū)動(dòng)速度，MATALB軟件運(yùn)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(dòng)設(shè)計(jì)和當(dāng)前顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

不同方法的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度對(duì)比結(jié)果如表2所示。

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

3? 結(jié)? 論

為了提高顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度，提升驅(qū)動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)設(shè)計(jì)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)模塊、ARM控制模塊和PWM數(shù)據(jù)通信模塊，實(shí)現(xiàn)顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)整體設(shè)計(jì)。該方法的顯示器電路微控制器驅(qū)動(dòng)速度較快，能夠有效增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)性能。

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