导言
自从1966年美国初次将音圈电机(Voice Coil Motor，VCM)用于磁盘机之后，音圈电机便开端进入相关的运用范畴。国内从20世纪70年代起，也逐渐开端研讨音圈直线电机在某些范畴的运用，音圈电机的驱动操控器从传统的模仿操控器逐渐向数字操控器开展。现在电机数字操控器广泛选用数字信号处理器(Digtal Signal Processor，DSP)，并合一些外围电路来完结电机操控。依据运用场合和要求的不同，呈现了一些新的数字操控器规划思维。参考文献给出了一种依据DSP和FPGA的音圈电机数字操控器规划办法，用于驱动电液伺服阀;参考文献给出一种依据FPGA的音圈电机驱动器规划办法，用于摆臂干涉仪中。
为满意项目在操控功用和通讯办法等方面的要求，提出了一种依据浮点DSP和ARM的音圈电机双核驱动操控器硬件结构，用于完结激光定位和扫描用音圈电机的方位伺服操控。依据DSP和ARM的特色，对其进行功用区分和具体的规划。
1 体系硬件结构
驱动操控器选用DSP+ARM的结构，与信号收集电路和功率驱动电路合作共同完结音圈电机的驱动操控。选用TI公司的32位浮点型DSP TMS320F28335作为主处理器，最高作业频率为150 MHz;选用ST公司的32位互联型产品ARM核STM32F107作为协处理器，最高作业频率为72 MHz。选用高功用的集成H桥芯片LMD182000，结合其外围电路构成功率驱动电路部分。选用集成芯片，一方面能够简化电路的规划;另一方面还能够进步电路规划的可靠性。方位信号检测选用光耀博晨公司的20位肯定式旋转编码器BCE105AK25M，分辨率为7.5角秒。体系的硬件结构图如图1所示。
2 体系规划
依据体系的要求以及DSP和ARM各自的特色，为了充分使用其资源，对体系进行了具体的功用区分和模块化规划。
2.1 体系功用区分
本课题来历于“地下金属矿设备准确定位与智能导航”项目，拟经过二维激光定位和导航基站对地下金属矿设备进行准确定位和导航，音圈电机用于二维基站俯仰方向激光的定位和扫描。体系除了要完结音圈电机的驱动操控，还需要完结水平方向电机的方位环操控算法，并与地下金属矿设备(以下简称上位机)之间进行以太网数据交流。课题中，音圈电机的型号为VARS0022—032～00A，首要参数如下：总行程为32°，最大输出转矩为0.22 N·m，最大电流为1.4 A，最大电压为15.5 V。
TMS320F28335是32位浮点型数字处理器，指令周期约为6.67 ns，合适杂乱高速的核算。STM32F107是意法半导体的互联型系列微操控器产品，集成了许多高功用工业标准接口。其间，包含两个12位A/D(模数)转换器、1个以太网10/100 Mbps MAC模块、3个SPI接口。体系中DSP首要完结体系初始化、方位操控算法，ARM首要完结PWM波发生、A/D收集操控、电流环核算、以太网通讯、电机限位和过流维护，以及DSP之间的数据交流等。从DSP的视点，ARM能够看做是其协处理器。体系操控功用区分图如图2所示。
2.2 ARM功用规划
依据2.1节中的功用区分，来介绍ARM部分功用模块的规划。
2.2.1 PWM模块规划
STM320F107具有一个16位的可发生电机操控PWM波的定时器，能设置死区时刻，一起还能进行急停处理，因而选用STM320F107定时器模块的增减计数器、比较寄存器和比较器来完结PWM波的发生。为了避免功率驱动电路中上下管直通形成电源短路，能够经过装备定时器模块的死区寄存器，在PWM信号中参加死区，使同相的上下桥臂驱动信号错开一个死区时刻，避免功率器材短路。PWM模块与LMD182000功率驱动电路合作运用，即可完结音圈电机的驱动。功率驱动芯片LMD182000只需要来自ARM的3个信号驱动操控信号，别离是PWM信号、方向信号、刹车信号。
2.2.2 通讯接口模块规划
串行外设接口(SPI)是TMS320F28335中一个高速同步的串行输入/输出接口，答应可编程位长的串行位流以可编程的位传输率移入或移出设备。DSP和ARM之间选用SPI进行数据交流，衔接办法如图3所示。
SPI能够作业于主操控器形式，也能够作业于从操控器形式，作业形式决议了SPICLK信号的来历。体系中规划DSP为主操控器，操控SP%&&&&&%LK(时钟)信号引脚，为整个串行通讯网络供给串行时钟，能够在任何时刻发动数据传送。数据将从SPISIMO(从操控器输入，主操控器输出)引脚输出，并锁存SPISOMI(主操控器输入，从操控器输出)引脚输入的数据。而SPISTE引脚作为从SPI操控器的片选操控信号，主操控器发送数据给从操控器之前将SPISTE引脚置为低电平，待数据发送结束后再将SPISTE引脚置为高电平。为完结体系与其他数字设备之间的数据传输和交流，还规划了CAN、100 Mbps以太网接口等。
2.2.3 电机限位和过流维护
考虑到体系运转安全，需要对体系进行限位和过流维护规划，本规划经过软件监控来完结维护。过流维护，即把每次采样的电流和答应的最大电流值进行比较，当采样值大于最大电流值时，对功率电路进行办理。有两种处理办法：其一，直接封闭PWM信号，关断功率电路的各功率管，并给出过流指示;其二，功率驱动芯片LMD182000自带刹车功用，只需经过ARM使能LMD182000的刹车引脚，便可使功率管处于关断状况，然后给出过流指示。限位维护，即把每次收集到的实时值和方针指令值别离与设定极限值比较，若实时方位超出设定极限值，且方针指令值在极限值之内，则使用方位环使其跟从方针值。若方针指令值超出设定极限值，则把极限值设为新的方针指令值。
2.3 DSP软件规划
依照体系的功用区分，首要的操控和通讯功用已由ARM来完结，DSP首要完结体系初始化、通讯、方位操控算法。DSP的软件规划遵从自上而下的思路，按功用区分了软件模块。DSP程序包含：主程序、体系初始化子程序、定时器T0中止服务程序等。
