基于ARM的APT控制系統設計

　　采用ARM公司提出的標準20腳JTAG作為仿真調試接口，JTAG信號的定義及與LPC2124的連接如圖4所示。圖中，JTAG接口上的信號nRST，nTRST與整個系統的復位電路連接，以達到與控制系統共同復位的目的。

　　2．5 電機控制及驅動設計

　　通過設置LPC2124的PWMMR0，PWMMR6寄存器來設置輸出PWM的周期及占空比，從而控制轉臺的運行速度。電機驅動采用DMD402型二相步進電機驅動器，該驅動器可提供整步、半步、8-16檔細分共三種運行模式。另外，通過比較捕獲單元接收通過光電編碼器反饋產生的正交編碼信號，經程序處理后得到電機的當前運行速度，再對速度進行調節。

　　2．6 LCD顯示器及鍵盤設計

　　利用點陣式液晶顯示器實現中文提示界面，增強了人機交互性。設計中采用128×64的點陣LCD，使用內藏T6963C作為控制器。另外，使用4×4矩陣鍵盤作為用戶輸入。

　　3 軟件設計

　　APT控制系統主要由掃描、捕獲和跟蹤三部分組成，下面是這幾部分程序設計的介紹。

　　3．1 掃描及捕獲部分

　　上電復位運行后，程序先完成各部分的初始化工作，顯示歡迎界面，并提示用戶輸入轉臺運行速度及掃描步長，接著程序開始執行光柵螺旋掃描算法。光柵螺旋掃描算法示意圖如圖5所示，圖中每個小圓代表一個信標掃描子區，每個子區以正方形方式重疊。設每個子區的直徑為信標發散角α，則掃描步長為：

　　以步長α0在不確定區域內搜索目標，直到捕獲到信標光斑，然后轉入跟蹤狀態。

　　3．2 基于增量式PID控制的跟蹤算法

　　PID控制算法包括位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。在實時控制系統中常用增量式PID控制算法，其公式為：

　　式中：△u(k)為輸出的控制量；q0=KP；q1=KP(TS／TI)；q2=KP(TD／TS)分別為比較項、積分項和差分項的系數；TS為采樣時間，對于不同的控制系統，TS各不相同，要根據實際調試經驗來確定，該實驗中TS為0．15 s。由式(1)可知，只要貯存最近的三個誤差采樣值e(k)，e(k-1)，e(k-2)就可以計算出△u(k)，從而實現位置和速度的反饋控制，完成穩定跟蹤。

　　3．3 系統流程圖

　　由上分析，可得到系統流程圖如圖6所示。

　　4 測試結果及結論

　　經實驗測試，整個系統最高功耗約為20 W，轉臺轉動速度范圍為0．2～0．8(°)／s，跟蹤精度按照標準差計算，最小約達20．69μrad，最快響應時間可達200 ms。利用Philips公司生產的ARM芯片LPC2124作為控制核心來進行設計與開發，從測試結果可以看出，系統功耗較低，精度基本上滿足了APT控制系統的要求，具有較大的實用價值。