系统中LPC2124产生两路相位差为90°方波，两路方波经或非门后与原来的两路方波组成四路方波。四路方波经隔离驱动、直流逆变、谐振匹配后，就得到超声波电机工作所需的正弦交流信号。微调电阻主要用于电机调试时，调节输出PWM信号的频率，这可以缩短电机调试所消耗的时间。温度传感器用于检测电机所处的环境温度，这样，在对电机首次启动要求高的情况下，系统可以根据不同环境温度给电机提供不同的启动频率，有利于提高电机启动的稳定性。电机转子上的凹或凸齿对着霍尔传感器时，霍尔传感器输出的电流大小不一样。经过电路处理后，将电流变化转换成方波信号，利用方波信号实现电机转速、位置的检测。为了方便电路系统的调试和程序的下载，系统设置了JTAG和UART口。其中JTAG主要用于调试工作，当然也可以用于程序下载。而UART口则既可以将各种数据发送到电脑主机，又可用于程序的下载和Fl-ash的擦除。
1．2 控制芯片
    超声波电机驱动控制系统的控制芯片是LPC2114，其内核为ARM7TDMI。LPC2124处理器是ARM通用32位微处理器家族的成员之一。LPC2124采用LQFP64封装，CPU操作电压1．8V，内部集成256 kB片内Flash程序存储区、16 kB静态RAM，拥有4路10位ADC、2个32位定时器、6路PWM输出、两个低功耗模式、46个GPIO及9个外部中断等。另外内置倍频锁相环(PLL)，可实现最大为60 MHz的CPU操作率。同时LPC2124支持片上调试、断点，方便系统软、硬件的调试。
1．3 关键电路
1．3．1 隔离驱动、推挽、谐振匹配电路
   隔离驱动、推挽、谐振匹配电路如图2所示。

   LPC2124产生两路相位差为90°方波PWM—S和PWM—C，两路方波分别经74HC02D或非门后形成两路相应的反相方波，与原来的两路方波组成相位依次相差90°四路方波。四路方波经MAX4427隔离驱动放大后，利用4个MOS管(IRFR320)与两个中间抽头的变压器组成的推挽电路，将四路方波信号转换成两路相位差为90°的交流方波信号。由于超声波电机工作需要的是正弦交流信号，且超声波电机属容性负载，所以用串联电感的方式进行谐振匹配。[page]

1．3．2 温度采集模块
    由于超声波电机的谐振频率除与电机结构密切相关外，与电机工作环境也很相关，而温度是其中非常重要的一个因素。因此本系统中加入了温度传感器，来检测环境温度，用于研究温度因素对电机启动的影响。温度传感器芯片选用了LM75芯片，其中SDA和SDL与LPC2124的SDA和SDL相连，且需接上拉电阻。LM75是I2C接口的温度传感器，测量温度范围为-55～125℃，LM75已经把当前温度转换为数字值，LPC2124可以直接读出使用。LM75上电后即可正常工作，无需发送命令去设置或初始化启动。电路系统中将LM75芯片的A0～A2引脚接地，所以其从机地址为0X90，在LPC212A采用主模式I2C的数据接收模式时，LM75从机被读的地址为0X91。LM75内部有4个寄存器，这4个寄存器是通过I2C扩展地址进行访问的，它们的扩展地址为0X00、0X01、0X02、0X03。温度值的寄存器地址为0X00，这是一个16位的只读寄存器，其温度值只使用了D15～D7位表示，低7位数据无效。在读温度寄存器时，连续读出两字节数据，而不用担心LM75内部自动增加子地址。其中D15位为0时表示正温度，为1时表示负温度。D14～D7为8位温度值，最低有效位等于0．5℃。所以当温度为正时，温度T=(D14-D7)／2；当温度为负时，需要对(D14～D7)取补码，所以温度T=(-(D14-D7)+1)／2。
1. 3. 3 转速、位置检测模块
    转速和位置检测电路如图3所示。目前在超声波电机转速或位置方面的研究中，由于光电编码器精度高等原因，所以采用对多的方法就是利用光电编码器来检测转速或位置。但如果在震动剧烈等相对恶劣环境下，光电编码器一般就不可靠了，所以本文采用霍尔传感器ATS642 LSH结合安装在电机转子上的凹凸齿轮来检测转速或位置。ATS642LSH输出的是电流信号，其在电机每转过一个齿轮时，输出的电流发生变化，输出电流的典型值是高为14 mA，低为7 mA。利用一个100 Ω的电阻(图3中R12)，将电流转换为电压信号。此时，高电平为1．4 V，低电平为0．7 V，与1 V的参考电压比较，即可将电压信号转换为方波信号。将该方波信号连接到LPC2124，控制器就可以利用方波信号的频率和个数，推算出电机的转速和位置状况。

2 PWM的控制
    LPC2124的脉宽调制器建立在PWM专用的标准定时器之上，通过匹配寄存器及一些控制电路来实现PWM的输出。脉宽调制器共有7个匹配寄存器，可实现6路单边沿控制PWM输出或3路双边沿控制PWM输出，或两者的混合输出。
    由于不能同时产生四路依次相差90°的PWM信号，所以只输出两路方波信号，经或非门反相产生另外两路信号。通过PWM240UT函数(如下)设置LPC2124的PWM相关控制寄存器后，P31、P33(PWM2、PWM4)输出两路方波信号。

    利用LPC2124内置的10位逐次逼近式A／D转换器，调节微调电阻改变输入的电压值，来调节输出的PWM频率。由于是10位A／D，所以频率线性调节范围(f，f+1 023δ)，其中f为输出的最低频率，δ为调频精度。f和δ根据电机情况设定相应的值。本课题中，电机谐振频率为33．67 kHz，设置的最低频率f为30 kHz，δ为10Hz，频率调节范围为30 000～40 230 Hz。

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3 试验情况
    调节微调电阻，改变电机工作频率，使电机处于所需的运行状态，图4是LPC2124输出的PWM信号，频率为33．82kHz。

    两路方波变四路后，经MOS驱动器MAX4427将方波电压幅值提升到10 V(供电电源为10 V)，再经过1：4的抽头变压器后，将四路直流方波逆变成峰峰值为80 V的交流方波，如图5所示。由图5中可以看出，交流方波有明显的毛刺，且电压幅值明显不足以驱动电机，所以在接入属容性负载的电机之前，串联一个电感来实现滤波及谐振升压，谐振匹配后的正弦交流信号如图6所示。

    霍尔传感器采集的转速、位置控制信号经电路处理后形成的方波信号如图7所示。试验用的电机转子上共有32个齿，从图7中可以看出，在500 ms内电机共转过了15个齿，所以电机的转速在56转每分左右。

4 结束语
    利用LPC2124内置的脉宽调制器产生所需的PWM信号，替代传统的分离器件，有助于驱动电路的集成化、小型化。结合传统的推挽电路实现直流逆变和功率放大，驱动超声波电机工作。设置适当的最低频率f和调频精度δ，调节微调电阻，方便电机的调试工作。温度传感器LM75检测环境温度，LPC2124根据环境温度值计算并设置电机首次启动的初始频率，可有效消除电机启动时因温度因素带来的频率漂移，提高电机启动的可靠性和稳定性。