设计开发
XS128MCU双轴双向测速方案设计
林明泉侯明
(1.北京信息科技大学自动化学院北京100192)
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摘要：在研究一类双轮自平衡车的控制方法过程中，对车轮的转速、方向有较高要求，依靠MCU白身模块实现效果不佳。本文给出一种双轴双向计数方案，通过增加外围电路，能够完成双轴双向端码器脉冲计数，减轻了MCU的负担、提高了转速测量质量、提高了平衡控制的稳定性。通过实验验证该方索可对5MHz的正交端码信号进行可靠的计数；能够使测速误差从20%降低到5%以内；为平衡控制提供了较高质量的速度参数。通过定时中断使MCU的测速负荐大幅减低，并能实现速度方向的准确判斯，为自平衡车的复杂运动提供了可靠保证，
关键调：XS128双辑对向计数方案
中图分类号：TP242.6;TP274
文献标识码：A
增量数字编码器是运动系统常用检测元件，在数控系统、机器人，智能车辆有大量应用，XS128MCU是FreeScale公司的一款车用16Bit单片机，在各类小型智能车辆上有多应用，其程序资料也相对丰高，应用较为广泛。在以往的应用中，此款单片机多用在单电机驱动，前向行驶的车辆上，而在研究双轮自平衡车，四驱驱动的车辆控制系统中，需要较为精确的多个轮胎速度，方向参数，这些要求对该单片机要求过于苛刻，使用芯片自身模块只能实现单轴单向的测量，因此考虑增加专用的编码器接口芯片完成多轴速度测量功能，
1、系统的需求
双轮自平衡车的平衡及运动依靠两个轮子的配合，平衡控制过程中，实现车辆的转弯、前后、原地旋转等复杂动作，速度的方向、大小参量是极为重要的两个参数，它的准确程度极大的影响车辆运行稳定性。根据实际的情况，车辆编码器的脉冲数500p/r，最高行使速
度时的脉冲数为1MHz。 2、硬件接口设计
xS128是FreeScale公司的一款16位单片机，在小型智能车辆
e
0 lel
SHO CHA vss gtg
GND
2 GND8
vss 2016
GND
VDD D6 D7
VDD D7
16
15 16 15
A1 A2 A3
上有较多应用，为了实现多轴双向的缩码器计数，需要增加外围专用接口电路，本次设计中采用了安捷伦的HCTL-
2000编码器解码芯片，其主要性能如下：
A6 vC 2.3.3.2 A6
图1HCTL-2000电路接口原理
(1)最高使用F=14Mhz外部工作时钟信号，最高计数频率为F/3
(2)使用两相正交编码器信号，自动别正反转。
(3)4倍解码精度，8位接口， 12位二进制计数精度。
(4)计数数据锁定稳定时间 65ns。
主要的性能参数表明，该芯片最高可实现5Mhz脉冲的计数，并能识别正反方向，自动实现计数的增减，单次8位数据采样时间最高达到15MHz是
文章编号：1007-9416(2012)08-0104-02
比较理想的双轴双向计数接口芯片。
根据其功能引脚设计出的接口电路如图1。电路设计说明：
(1)使用两片HCTL2000.完成双轴双向计数。
(2)CLK为外部时钟信号，由XS128单片机的PWM端口产生 5MHZ的时钟，
(3)A0～A7为XS128单片机的PA口，用于读取HCTL2000计数数值。
(4)/OE为芯片的选通信号，读取对应芯片的数据要将控制信号(PB6.PB3)电平置低。
(5)SEL为高低位数据的地址信号，低电平对应高4位计数值，高电平对应低8位计数值(PB7.PB4)。
(6)/RST计数值清零，需要对计数值清零时该引脚电平置低。(7)CHA.CHB为编码器的A，B输人端，两只编码器的信号分别
是1A>1B，2A2B，与对应的芯片弓引脚相接。
(8)VCC.GND为电源,5V。 3、数据采样代码设计
3.1时钟发生代码
根据以上的说明HCTL2000若对1MhZ信号进行采样，其外部时钟信号大于3MhZ.对于XS128单片机，含有8个8位PWM模块也可以2个连用构成4个16位的PWM模块。使用PWM模块可以比较容易的获得脉宽和频率符合要求的脉冲控制信号，在我们设计的本系统中,PWM模块较为富余，因此直接使用PWM模块产生 HCTL2000所需的外部时钟信号。如下是PWM模块初始化代码：
void HCTL2000CLK()
PWMCLK=0xdf, PWMPRCLK=0x00,
PWMSCLA=0x30; PWMSCLB=0x30; PWMPOL=0xff PWMPER5=12; PWMDTY5=6,
/
C d e f g
单片机系统时钟信号为60Mhz，以上的代码可以产生5Mhz的
外部信号，由P5端口向外输出。说明如下，
(1)PWM5时钟源选择，选择系统时钟A。
(2)PWM通道预分频系数，本例中需要产生时钟频率较高，不
基金项目：1.人才培养模式创新实验区项目－自动化专业应用型人才培养模式改革"（项目编号：71C1210815）
2.北京信息科技大学教学改革重点项目（项目编号：2011JGZD02)资助。
作著简介：林明泉(1990一)，男，08级，自动化专业，本科毕业生
候明(1976一),男，博士研究生，实验师，北京信息科技大学自动化学院自动化实验室，从事数控系统、计算机检测系统应用与开发、教学。
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