基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计

摘  要：为了提高显示器电路微控制器驱动速度，提升驱动性能，提出基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计。采用可编程逻辑技术、编程梯形图进行三相控制，设计驱动模块。通过串口电路、显示器电路微控制器以及CAN，设计ARM控制模块。引入PWM数据微处理技术控制模拟电路输出数据，设计PWM数据通信模块，实现显示器电路微控制器驱动整体设计。实验结果表明，基于SOPC的显示器电路微控制器驱动速度较快，能够有效增强驱动性能。

关键词：SOPC;显示器;电路;微控制器;驱动

中图分类号：TN873      文献标识码：A 文章编号：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

顯示器电路微控制器驱动以其强大的全数字化驱动器，成为当今广为采用的微控制器驱动。显示器电路微控制器驱动的设计主要包括：功率板、三相正弦PWM及内核程序三部分[1]。从对显示器电路微控制器驱动的发展趋势分析中，可以看出显示器电路微控制器驱动设计越来越趋于数字化、智能化、集成化以及网络化。数字化是指通过新型的芯片、采用人工编程的方式设计全数字化的伺服系统，只需改变软件即可对硬件进行相应的控制。智能化是指结合神经网络控制以及自适应控制，将外界干扰因素对显示器电路微控制器驱动造成的不利影响降至最低，提高显示器电路微控制器驱动的控制精度。集成化是指通过设计集成电路，提高显示器电路微控制器驱动中驱动模块的灵活性。网络化是指将无线网络技术融入显示器电路微控制器驱动设计中，提高数据传输的速率。但当前设计的显示器电路微控制器驱动在实际应用过程中，存在驱动速度慢、稳定性差的问题[2]。笔者作为南京磐能电力科技股份有限公司在职员工，长期从事电子信息嵌入式驱动开发设计工作为了改善上述问题，优化设计显示器电路微控制器驱动，提出了基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计。可编程系统芯片（System On a Programmable Chip，SOPC）是一种高效的系统级芯片解决方案，属于特殊的嵌入式系统芯片。利用可编程逻辑技术对梯形图进行编程，通过设计驱动模块、ARM控制模块和PWM数据通信模块，提高显示器电路微控制器驱动速度，致力于设计出满足驱动性能的新型显示器电路微控制器驱动。

1  基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计

1.1  基于SOPC的驱动模块

显示器电路微控制器的核心是驱动模块，所以在设计电路微控制器驱动时，首先要对驱动模块进行设计。采用可编程逻辑技术编程梯形图进行三相控制，驱动电压设为45 V，连续相电流最小至8 A，最大至12 A。于对任何复杂的驱动模块来说，比例和量化因子的设置是必不可少的[3]。根据显示电路单片机驱动运行的特点，构建隶属函数，计算其比例因子和量化因子。假设其比例因子为z，可得式（1）：

（1）

其中，b为输入量的隶属函数，a为输出变量的隶属函数，u为显示器电路微控制器电机当前角度，c为显示器电路微控制器电机当前转速，d为输出变量控制曲面。根据式（1），获取比例因子。在计算驱动模块中的量化因子时，设其量化因子为n，则有：

（2）

其中，p为对输入量的修正值，i为电机给定转速，E为相线电流，e为显示器电路微控制器电机额定功率。通过式（2），得出基于SOPC的驱动模块中的量化因子。在计算量化因子过程中，需要根据不同的PID参数对模糊原则进行调整。具体调整内容如表1所示。

从表1可以看出，基于PID参数的实际输出变量范围在[-6，6]之间，以此为标准建立基于SOPC的驱动模块。

1.2  ARM控制模块

在显示器电路微控制器驱动设计中，ARM控制模块主要包括串口电路、显示器电路微控制器以及CAN。ARM控制模块结构如图1所示。

考虑在显示器电路微控制器驱动的设计过程中，一般选择较小温度系数和较高精度的电阻[4]。在设计ARM控制模块的串口电路时，将其电阻设置为介于5.0 kΩ～180.0 kΩ之间。在3.0 kΩ～136.4 kΩ范围内定义电阻的搜索空间，设置步长为0.3 kΩ。选用损耗小、质量优的电容，将电容值设置为18 pF以上，计算出显示电路微控制器驱动的截止频率，并将其用k表示，则有式（3）：

（3）

其中，R和R′分别为显示电路微控制器的兩个阻值，C为显示电路微控制器的电容。通过式（3）可知，文中所选择的无源低通显示器电路微控制器的截止频率约为160 kHz。由此可估算出电容在18 pF～1 036 pF的范围内，步长可达18 pF。鉴于ARM控制模块通常包含多个性能兼容性指标，因此称为多目标[5]。分析单目标问题时，采用显示器电路微控制器拟合ARM单目标系统的频率响应曲线，获取单目标优化的可靠性结论，进而得到显示电路微控制器的自适应函数。并将其用f表示，则有式（4）：

（4）

其中，s为自变量;e为采样频率。根据式（4）可知，在微控制器理想显示电路的情况下，最大值为25 000。CAN主要用于串口电路与显示器电路微控制器之间的连接。采用串口电路、显示器电路微控制器以及CAN三部分，实现显示器电路微控制器驱动中ARM控制模块的设计。

1.3  PWM数据通信模块

完成上述研究后，设计显示器电路微控制器驱动中PWM数据通信模块。以此，实现显示器电路微控制器驱动设计。PWM数据通信模块结构如图2所示。

PWM数据通信模块作为实现显示器电路微控制器驱动换相功能的部分，可以使用脉冲直流舵机调试终端信息数据的输入，引入PWM数据微处理技术，控制模拟电路输出数据，设定其控制数据信号的周期为15 ms～25 ms。霍尔传感器内装有相应的舵盘通讯装置，使其整体呈现线性变化。

舵盘直接与内部数据反馈电位帧连接，按照数据帧传递时间，调整电机RESET信号的电平及频率。控制输入转向脉冲信号与舵盘转向角度之间存在一定关系，可以通过定义6个PWM数据通信端接收口，依照电位针指标变化趋势调整旋转角。结合磁传感器终端传感装置与发射管定频安装波长，设定通信信号接收路段，因为装置接收端信号在传递过程中会受到外界影响因素干扰造成信号损失。所以采用分压方式，安装了多电位信号接收装置，获取当前位置信息，根据磁感配件规划地磁场，录入初次获取的数据，对比磁场收集数据与初次的获取数据，根据比值推断终端接收信号数值，输出通信数据值，实现显示器电路微控制器驱动整体设计。

2  实验分析

2.1  实验准备

本次实验选用TSMC CMOS 0.18 μm工艺库，工作电压为5.5 V，计算机选用Uicrv-18工作站，CPU主频为600 MHz，存储器为256 Mb。其种群大小选择150，进化代数选择300，设定的初始交配概率是0.95，初始变异概率是0.30。在实验过程中，考虑直流增益问题，将显示器电路微控制器驱动速度设置为本次对比实验的评价指标，驱动速度越高，表明设计显示器电路微控制器驱动性能越强。通过MATALB软件进行10次实验，测试驱动速度，MATALB软件运行界面如图3所示。

分别采用本文基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计和当前显示器电路微控制器驱动进行对比，记录实验结果。

2.2  实验结果与分析

不同方法的显示器电路微控制器驱动速度对比结果如表2所示。

从表2中可以看出，本文方法驱动速度明显高于当前方法驱动速度，由此可知，本文设计的基于SOPC的显示器电路微控制器驱动速度较快，能够有效增强显示器电路微控制器驱动性能。

3  结  论

为了提高显示器电路微控制器驱动速度，提升驱动性能，基于SOPC技术，提出了基于显示器电路微控制器驱动设计方案。通过设计显示器电路微控制器驱动模块、ARM控制模块和PWM数据通信模块，实现显示器电路微控制器驱动整体设计。该方法的显示器电路微控制器驱动速度较快，能够有效增强驱动性能。

参考文献：

[1] 吴嘉宜.差动电感传感器的PSoC智能化驱动设计 [J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（5）：72-75.

[2] 朱清祥，何舟.基于新型微控制器的空气净化器驱动电机控制系统设计 [J].长江大学学报（自然科学版），2019，16（12）：126-130.

[3] 张胤禄，宋绪超，张文栋.基于单片机的荧光灯驱动电路设计与仿真 [J].数字化用户，2019，25（15）：252.

[4] 李捷辉，冷易凌，段畅.基于mc33pt2000的共轨燃油喷射系统电磁阀驱动电路与底层软件开发 [J].车用发动机，2019（4）：41-46.

[5] 王高高，王伟伟.基于LV8726的步进电机高精度驱动系统设计 [J].信息技术，2019（2）：148-152.

作者简介：吴玉龙（1985.07—），男，汉族，江苏徐州人，中级工程师，硕士研究生，研究方向：电子信息技术。