H8/3048F单片机及其在直流电机调速中的应用郑子含（浙江万里学院电子信息学院，宁波315100）工作方式。并给出利用ITU实现对直流电动机转速控制的硬件原理图和软件设计。
1：A CPU为核心，且又集成了若干重要的系统功能支持部件的16位高档微控制器。H8/300HCPU内部体系结构为32位，有16个16位通用寄存器，及简明、优化的指令系统。其最高时钟频率可达18MHz，可寻址16M字节线形地址空间。片内系统支持功能部件有：32k字节FLASHMEM0RY，2k字节RAM；16位的集成定时单元（ITU）；可编程定时式样控制器（TPC）；监视定时器（WDT）；串行通信接口（SCI）；A/D、D/A转换器；9个I/O口；存储器直接访问控制器（DMAC）；刷新控制器；中断控制器；总线控制器等。
由于H8/3048F单片机具有丰富的软硬件资源，且具有高速、低耗、大容量和非常强的抗干扰能力等突出特点，所以被广泛应用于工业控制中。直流电机调速是工业生产中最常见的控制要求。其调速主要有调压和调流两种方法，调压法中的脉宽调制（PWM）方式最常见。可以充分利用H8/3048F中的集成定时单元（ITU）测量电机转速并输出PWM波形实现对直流电机的闭环调速控制。
1 16位集成定时单元（ITU）1.1结构ITU有五个16位定时通道ITU0-ITU4，每个通道含有三个16位寄存器（定时计数器TCNT、通用寄存器GRA和GRB）；四个8位寄存器（定时控制寄存器TCR、定时I/O控制寄存器TI0R、定时中断允许寄存器TIER和定时状态寄存器TSR）。ITU有TCLKA、TCLKB、TCLKC和TCLKD四个外部时钟输入，以及四种频率的内部时钟输入，时钟选择部件根据软件的设定，从这8个时钟源中选定一个。通道的定时计数器TCNT对所选定的时钟源进行脉冲计数。TCNT计数溢出时，可产生溢出中断请求0VI；TCNT计数值与某通用寄存器GRA或GRB值比较相等时，在TI0CA或TI0CB引脚上给出比较相等输出信号，也可同时请求IMIA或IMIB中断；当捕捉到某有效的输入信号时，TCNT值立即传给GRA或GRB，也可同时请求IA或IB中断。
1.2工作方式rru可有7种工作方式：自由计数方式；同步方式；PWM方式；复位同步PWM方式；互补PWM方式；计相方式；缓冲方式。这里只介绍其中两种方式：1.2.1计相方式这种方式只能用于定时通道2，即ITU2.它不断地检测TCLKA和TCLKB引脚上两时钟输入信号间的相位关系，计数器TCNT2根据检测结果进行递或递减计数。当计相方式被选定时，TCLKA和TCLKB即成为时钟输入引脚，TCNT2作为递/递减计数器运作。当TCLKB相位超前于TCLKA时，TCNT2作递计数；反之，当TCLKB相位滞后于TCLKA时，TCNT2作递减计数具体见表1.表1 TCNT2的增减计数条这种方式可用于任意一个定时通道。在这种方式下，GRA和GRB成对使用，TIOCA引脚被用来输出PWM波形。当TCNT与GRA内容相等计数方向递增计数递减计数（称为A匹配）时，TIOCA引脚输出1（如）；当TCNT与GRB内容相等时（称为B匹配）时，TIOCA输出0（如）。GRA和GRB的各种不同设定值可使PWM输出波形的占空比在0%至100%之间变化。若GRA和GRB被置成相同数值时，则输出不会发生变化。
2直流电机闭环脉宽调速硬件部分2.1电机转速测量部分在本设计中，如所示，采用两相光电编码器测量电机转速，用来将电机转速转换为电脉冲信号，其输出经过脉冲整形后送至TCLKA（PA0）和TCLKB（PA1）引脚，根据软件设置使计数器TCNT2对脉冲信号上升沿进行递计数。电机的转速可由公式⑴求出：公式（1）直流电动机闭环转速控制原理。2电机驱动控制部分TIOCA3输出的PWM波形送至由功率管组成的电机驱动控制电路，功率管工作在开关状态。当PWM波形输出为高电平时，功率管导通，直流电机通电旋转；当TIOCA3输出为低电平时，功率管截止，电机失电停止。通过调节PWM波形的占空比改变加在直流电机控制绕组上的电压，从而调节电机的平均速度。占空比值越大，电机的平均速度越大。PWM占空比的大小就反映了系统输出控制量的大小。为了使电机在最短的时间内达到目标速度，占空比值应根据系统的特性（如电机的转矩和负载特性等）来决定。
3软件部分软件由1个主程序和3个子程序（I/O初始化子程序、ITU初始化子程序和中断子程序）组成，程序用C语言编写。I/O初始化子程序设定PB0（TIOCA3）作为PWM波形输出。ITU初始化子程序设定ITU1为自计数方式，用于产生测速时间50ms；ITU2为计相方式，TCNT2计输入到TCLKA和TCLKB的脉冲数；ITU3为中断子程序实现算法控制。本设计要求电动机的目标转速为600r/m己知光电编码器码盘上的缝隙数为400，测速时间为50ms，则根据公式⑴TCNT2应计脉冲数200个才能达到目标速度为简便起见，本设计没有采用经典的PID算法，只是通过比较TCNT2计数值与目标值200的差值来调整PWM占空比大小，从而控制电机转速如果某时刻TCNT2的计数值小于200，说明此时电机的转速小于600r/m，应大PWM占空比，提高电机转速；反之，如大于200，说明转速大于6r/m，应减小占空比，降低电机转速。
具体的直流电机闭环脉宽调速程序如下：/主程序/ /调用1/0、ITU初始化子程序/ /允许、等待中断/ /I/O口初始化子程序/ /PB0为输出/ /ITU初始化子程序/ AITU2为计相方式，ITU3为PWM方式V/GRA3将受BRA3的缓冲/ /木rTRA7埔人信县h升沿/ /允许IMFA标志请求中断IMIA/ /GRB1比较相等时输出翻转/ /设定ITU1输出周期50ms/ /中断IMIA子程序/ /清中断请求标志位V APWM占空比值、TCNT2计数值V /转速比设定转速慢/ A转速比设定转速快V/置新的占空比值V |
