專利名稱：基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種伺服控制器，具體地說(shuō)是一種基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子系統(tǒng)尤其是伺服控制系統(tǒng)常常需要同時(shí)處理許多數(shù)據(jù)流.而且這些輸入來(lái)自不同的外部設(shè)備，通常有不同的數(shù)據(jù)速率。經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)處理后輸出的數(shù)據(jù)流通常也需要送往不同的外部設(shè)備。這些數(shù)據(jù)流的輸入輸出通常通過(guò)CPU的中斷或DMA來(lái)進(jìn)行，這些使系統(tǒng)的編程正變得越來(lái)越復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明將μC/OS-II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行移植，使之可以工作在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片中，并將數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)應(yīng)用于伺服控制系統(tǒng)，提供任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理以及資源管理四大功能，使伺服控制系統(tǒng)程序的編制簡(jiǎn)化，目的是提供一種基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器。
本發(fā)明包括數(shù)字信號(hào)處理器1，門陣列2，單端口靜態(tài)存貯器3，通訊接口芯片4、5，反向器6、驅(qū)動(dòng)器7，顯示燈8，繼電器9，串行通訊接口10、液晶顯示模塊11。數(shù)字信號(hào)處理器1分別與門陣列2、單端口靜態(tài)存貯器3、反向器6、驅(qū)動(dòng)器7、繼電器9、串行通訊接口10、液晶顯示模塊11相連。門陣列2分別與單端口靜態(tài)存貯器3、通訊接口芯片4、5相連。驅(qū)動(dòng)器7與顯示燈8相連。
數(shù)字信號(hào)處理器1的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線與門陣列2相連，門陣列2的輸入線分別與通訊接口芯片4、5的采樣信號(hào)輸出端相連。門陣列2通過(guò)控制總線同單端口靜態(tài)存貯器3相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的數(shù)據(jù)線、地址線分別與單端口靜態(tài)存貯器3的數(shù)據(jù)線、地址線相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的編碼器接口與反向器6的輸出端相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的IO口分別與驅(qū)動(dòng)器7狀態(tài)輸入口、繼電器9相連，驅(qū)動(dòng)器7信號(hào)輸出端與顯示燈8相連。繼電器9與外部報(bào)警喇叭相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的串行信號(hào)輸出端與串行通訊接口10串行信號(hào)輸入端相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的數(shù)據(jù)線輸出端與液晶顯示模塊11數(shù)據(jù)線輸入端相連。數(shù)字信號(hào)處理器1的調(diào)寬波輸出端與外部負(fù)載相連。
門陣列2包括時(shí)序電路12、延時(shí)電路13。數(shù)字信號(hào)處理器1的控制線輸出端與時(shí)序電路12的控制線輸入端相連，時(shí)序電路12控制線輸出端與單端口靜態(tài)存貯器3的控制線輸入端相連，通訊接口芯片4、5的信號(hào)輸出端與延時(shí)電路13的信號(hào)輸入端相連，延時(shí)電路13的信號(hào)輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器1的外部中斷口相連。
根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理器1所要完成的任務(wù)編制程序，程序預(yù)先存入數(shù)字信號(hào)處理器1中。
數(shù)字信號(hào)處理器1中預(yù)先編制的程序包括下列步驟開始；對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器1集成硬件資源進(jìn)行初始化設(shè)置；
根據(jù)任務(wù)數(shù)量進(jìn)行任務(wù)控制塊初始化；根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)數(shù)量創(chuàng)建任務(wù)就緒表及任務(wù)優(yōu)先級(jí)表；創(chuàng)建任務(wù)；對(duì)任務(wù)堆棧區(qū)進(jìn)行初始化設(shè)置；運(yùn)行最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，初始化系統(tǒng)的控制參數(shù)；啟動(dòng)定時(shí)器，建立時(shí)鐘節(jié)拍等待響應(yīng)任務(wù)。
程序主要執(zhí)行4個(gè)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低為“800Hz速度回路采樣中斷任務(wù)”，“位置采樣中斷任務(wù)”，“串行通訊中斷任務(wù)”，“刷新液晶任務(wù)”。
任務(wù)1800Hz速度回路采樣中斷任務(wù)采集編碼器數(shù)據(jù)，測(cè)量速度誤差；輸入速度誤差和位置誤差，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)器校正；輸出PWM波。
任務(wù)2位置采樣中斷任務(wù)采集編碼器值，測(cè)量位置誤差；根據(jù)位置誤差進(jìn)行位置調(diào)節(jié)器校正；輸出位置調(diào)節(jié)器結(jié)果。
任務(wù)3液晶刷新任務(wù)采集需要顯示的數(shù)據(jù)量；驅(qū)動(dòng)液晶；刷新液晶顯示。
任務(wù)4串行通訊中斷將通訊數(shù)據(jù)移入指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。
根據(jù)預(yù)先編制的程序執(zhí)行任務(wù)的數(shù)字信號(hào)處理器1包括任務(wù)控制塊；任務(wù)就緒表及任務(wù)優(yōu)先級(jí)表；任務(wù)堆棧區(qū)。
任務(wù)堆棧區(qū)包括采集編碼器數(shù)據(jù)，測(cè)量速度誤差，并進(jìn)行速度調(diào)節(jié)器校正，輸出調(diào)寬波任務(wù)區(qū)；采集編碼器值，測(cè)量位置誤差，根據(jù)位置誤差進(jìn)行位置調(diào)節(jié)器校正并輸出位置調(diào)節(jié)器結(jié)果任務(wù)區(qū)；采集需要顯示的數(shù)據(jù)量，驅(qū)動(dòng)液晶，刷新液晶顯示任務(wù)區(qū)；將通訊數(shù)據(jù)移入指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的任務(wù)區(qū)。
本發(fā)明的工作過(guò)程單端口靜態(tài)存貯器3是“擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器”，其控制總線通過(guò)門陣列2中的時(shí)序控制電路12與數(shù)字信號(hào)處理器相連接。由外部設(shè)備采集的控制信號(hào)，如啟動(dòng)信號(hào)、中斷信號(hào)等通過(guò)通訊接口芯片4、5將RS-422協(xié)議的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL電平信號(hào)，輸入門陣列2的延時(shí)電路13作延時(shí)處理，再輸入數(shù)字信號(hào)處理器1。來(lái)自編碼器的外部速度、位置信號(hào)經(jīng)反向器6整形處理輸入數(shù)字信號(hào)處理器1。數(shù)字信號(hào)處理器1根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)表響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高的中斷信號(hào)，而屏蔽優(yōu)先級(jí)低的中斷信號(hào)，并在任務(wù)控制塊的控制下按任務(wù)就緒表和任務(wù)堆棧區(qū)完成對(duì)采集的速度、位置采樣中斷信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，作為系統(tǒng)的測(cè)速和位置反饋，數(shù)字信號(hào)處理器1通過(guò)對(duì)速度和位置信號(hào)進(jìn)行校正計(jì)算處理，輸出控制電機(jī)的調(diào)寬波信號(hào)，并且與其它系統(tǒng)進(jìn)行信息交換。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器1輸出需要顯示的數(shù)據(jù)量，通過(guò)液晶顯示模塊11顯示控制數(shù)據(jù)，將通訊數(shù)據(jù)移入指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的裝置。數(shù)字信號(hào)處理器1經(jīng)IO口輸出的系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器7，驅(qū)動(dòng)LED指示燈，用以顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器1通過(guò)IO口輸出信號(hào)控制繼電器9工作，接通外部報(bào)警喇叭。串行通訊接口10實(shí)現(xiàn)串并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和并串?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，完成數(shù)字信號(hào)處理器1與外部其它系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)通訊。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將μC/OS-II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行移植，使之可以工作在數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片中，μC/OS-II是一個(gè)源碼公開、可移植、可固化、可裁減、占先式、開放式的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其絕大部分源碼是用ANSI C編寫，提供了任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理以及資源管理四大功能，使伺服控制系統(tǒng)程序的編制簡(jiǎn)化。本發(fā)明由于在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下進(jìn)行軟件的編制，可增加系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化了程序調(diào)制的時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，也是說(shuō)明書摘要附圖。圖中1為數(shù)字信號(hào)處理器，2為門陣列， 3為單端口靜態(tài)存貯器，4、5為通訊接口芯片，6反向器，7驅(qū)動(dòng)器，8顯示燈，9繼電器，10串行通訊接口，11液晶顯示模塊。
圖2為本發(fā)明門陣列2、通訊接口芯片4、5和單端口靜態(tài)存貯器3的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器1的主程序流程圖。
圖4為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器1速度回路采樣中斷任務(wù)子程序流程圖。
圖5為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器1位置采樣中斷任務(wù)子程序流程圖。
圖6為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器1液晶刷新任務(wù)子程序流程圖。
圖7為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器1串行通訊中斷任務(wù)子程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明如圖1所示，包括數(shù)字信號(hào)處理器1，門陣列2，單端口靜態(tài)存貯器3，通訊接口芯片4、5，反向器6，驅(qū)動(dòng)器7，顯示燈8，繼電器9，串行通訊接口10，液晶顯示模塊11。數(shù)字信號(hào)處理器1采用型號(hào)為TMS320F240，門陣列2選用型號(hào)為L(zhǎng)ATICCS1032，單端口靜態(tài)存貯器3采用型號(hào)為IC61C1024，通訊接口芯片4、5選用型號(hào)為MAX488，反向器6選用型號(hào)為74LS14，驅(qū)動(dòng)器7選用型號(hào)為74ALS245，串行通訊接口10選用型號(hào)為MAX491，液晶顯示模塊11選用型號(hào)為MGLS12864。
權(quán)利要求
1.一種基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，其特征是包括數(shù)字信號(hào)處理器(1)，門陣列(2)，單端口靜態(tài)存貯器(3)，通訊接口芯片(4)、(5)，反向器(6)、驅(qū)動(dòng)器(7)，顯示燈(8)，繼電器(9)，串行通訊接口(10)、液晶顯示模塊(11)；數(shù)字信號(hào)處理器(1)分別與門陣列(2)、單端口靜態(tài)存貯器(3)、反向器(6)、驅(qū)動(dòng)器(7)、繼電器(9)、串行通訊接口(10)、液晶顯示模塊(11)相連；門陣列(2)分別與單端口靜態(tài)存貯器(3)、通訊接口芯片(4)、(5)相連；驅(qū)動(dòng)器(7)與顯示器(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，其特征是數(shù)字信號(hào)處理器(1)的數(shù)據(jù)線、地址線、控制線與門陣列(2)相連，門陣列(2)的輸入線分別與通訊接口芯片(4)、(5)的采樣信號(hào)輸出端相連；門陣列(2)通過(guò)控制總線同單端口靜態(tài)存貯器(3)相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的數(shù)據(jù)線、地址線分別與單端口靜態(tài)存貯器(3)的數(shù)據(jù)線、地址線相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的編碼器接口與反向器(6)的輸出端相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的狀態(tài)輸出口與驅(qū)動(dòng)器(7)狀態(tài)輸入口相連，驅(qū)動(dòng)器(7)信號(hào)輸出端與顯示燈(8)的信號(hào)輸入端；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的IO口直接與繼電器(9)相連，繼電器(9)與外部報(bào)警喇叭相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的串行信號(hào)輸出端與串行通訊接口(10)串行信號(hào)輸入端相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的數(shù)據(jù)線輸出端與液晶顯示模塊(11)數(shù)據(jù)線輸入端相連；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的調(diào)寬波輸出端與外部負(fù)載相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，其特征是門陣列(2)包括時(shí)序電路(12)、延時(shí)電路(13)；數(shù)字信號(hào)處理器(1)的控制線輸出端與時(shí)序電路(12)的控制線輸入端相連，時(shí)序電路(12)控制線輸出端與單端口靜態(tài)存貯器(3)的控制線輸入端相連，通訊接口芯片(4)、(5)的中斷信號(hào)輸出端與延時(shí)電路(13)的中斷信號(hào)輸入端相連，延時(shí)電路(13)的信號(hào)輸出端與數(shù)字信號(hào)處理器(1)的外部中斷口相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，其特征是根據(jù)預(yù)先編制的程序執(zhí)行任務(wù)的數(shù)字信號(hào)處理器(1)包括任務(wù)控制塊；任務(wù)就緒表及任務(wù)優(yōu)先級(jí)表；任務(wù)堆棧區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，其特征是任務(wù)堆棧區(qū)包括采集編碼器數(shù)據(jù)，測(cè)量速度誤差，并進(jìn)行速度調(diào)節(jié)器校正，輸出調(diào)寬波任務(wù)區(qū)；采集編碼器值，測(cè)量位置誤差，根據(jù)位置誤差進(jìn)行位置調(diào)節(jié)器校正并輸出位置調(diào)節(jié)器結(jié)果任務(wù)區(qū)；采集需要顯示的數(shù)據(jù)量，驅(qū)動(dòng)液晶，刷新液晶顯示任務(wù)區(qū)；將通訊數(shù)據(jù)移入指定數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的任務(wù)區(qū)。
全文摘要
一種屬于伺服控制技術(shù)領(lǐng)域的基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的伺服控制器，包括數(shù)字信號(hào)處理器，門陣列，單端口靜態(tài)存貯器，通訊接口芯片，反向器，驅(qū)動(dòng)器，顯示燈，繼電器，串行通訊接口，液晶顯示模塊。數(shù)字信號(hào)處理器分別與門陣列、單端口靜態(tài)存貯器、反向器、驅(qū)動(dòng)器、繼電器、串行通訊接口、液晶顯示模塊相連；門陣列分別與單端口靜態(tài)存貯器、通訊接口芯片相連；驅(qū)動(dòng)器與顯示器相連。本發(fā)明將μC/OS－II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核移植在數(shù)字信號(hào)處理器芯片中，使伺服控制系統(tǒng)程序的編制簡(jiǎn)化，增加了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，簡(jiǎn)化了程序調(diào)制的時(shí)間。
文檔編號(hào)G05B15/00GK1731375SQ20051001652
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者余毅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所