【动手学电机驱动】 TI InstaSPIN-FOC（2）Lab01 闪灯实验

- 1. 硬件连接与设置
- 2. Lab01：闪灯实验
- - 2.1 项目简介
  - 2.2 导入项目
  - 2.3 调试和运行
- 3. 修改程序：改变闪灯频率
- 4. 程序解读
- - 4.1 软件流程图
  - 4.2 包含文件、变量和函数声明
  - 4.3 中断服务程序 mainISR()
  - 4.4 调试子系统
- 5. 总结

LAUNCHXL-F28027F + BOOSTXL-DRV8301 提供了一个完整的电机驱动和控制评估平台，与 TI 公司的 InstaSPIN FOC配合使用，提供无传感器控制解决方案。

本节基于 LAUNCHXL-F28027F + BOOSTXL-DRV8301 电机驱动和控制测试平台，通过第一个实验项目“闪灯”，实现闪烁 LED 并读取 ADC值。通过本项目介绍 MCU 处理器的时钟、GPIO、看门狗和其他外围设备的使用。

推荐从 TI 官网下载【InstaSPIN 实验项目用户手册】（InstaSPIN Projects and Labs User’s Guide），进行学习。

1. 硬件连接与设置

本项目使用 LAUNCHXL-F28027F + BOOSTXL-DRV8301 电机驱动和控制测试平台，相关的软件安装和配置，详见上节【动手学电机驱动】 TI InstaSPIN-FOC（1）电机驱动和控制测试平台。

硬件连接与设置的步骤如下：

1、对于 F28027F 控制板，拆除 JP1、JP2 跳线帽，由驱动板提供 3.3V 电源。

2、对于 F28027F 控制板，将开关 S1 设置为 ON-ON-ON（向上），UART 开关 S4 设置为 OFF（向下）。

3、.如下图所示，将 DRV8301 驱动板插入 F28027F 控制板。注意：接线端子插头应朝向USB连接器。

4、将三相 PMSM 电机连接到 DRV8301 驱动板的 3-pin 接线端子 J11。电机连接标记为 A、B、C，但可以以任何顺序连接。

5、将直流电源连接到 DRV8301 驱动板的 2-pin 接线端子 J2，注意电源正负极不要接反（正极接 PVDD，负极接 GND）。推荐使用 24V/10A 直流稳压电源。

6、打开连接到 DRV8301 驱动板的直流稳压电源。

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2. Lab01：闪灯实验

2.1 项目简介

第一个项目“闪灯”实验介绍如何使用 MotorWare软件，如何使用“硬件抽象层”（HAL）对象来设置 2802xF（也适用于 2806xF/M、2805xF/M ）和逆变器硬件。

InstaSPIN系列实验中的所有实验项目都建立在本实验的基础上，因此建议先进行这个实验。

MotorWare API 函数用于进行 MCU外设设置逆变器的设置，特别是 HAI对象和 API。

HAL 对象是控制 MCU 外围设备和逆变器设置的 MotorWare 接口。
2802xF 处理器的时钟、GPIO、看门狗和其他外围设备是使用HAL对象和API设置的。

文件和项目位于 MotorWare 目录中，具体取决于用户安装 MotorWare 的目录路径和正在使用的 MCU 型号。

2.2 导入项目

1、打开 TI 的 IDE 软件 CCStudio（安装详见上节）。

2、从 MotorWare（安装详见上节）导入例程项目：

点击：CCS 菜单“Project” – Import CCS Project – Select search-directory，选择例程项目路径。
具体路径取决于 MotorWare 的安装位置和使用的硬件型号。以 MotorWare 安装位置"C:\TI\Motorware" 和使用 MCU 型号 F28027F、驱动板型号 BoostXL-DRV8301 为例，例程的项目路径为：

C:\ti\motorware\motorware_1_01_00_18\sw\solutions\instaspin_foc\boards\boostxldrv8301_revB\f28x\f2802xF\projects

该目录下有十几个项目，可以全部导入。注意不要勾选“Automatically import referenced projects found in same search-directory”、“Copy projects into workspace” 选项框。

如果使用其它型号的 MCU 和驱动板，则参考以上路径规则，选择相应的项目路径。

3、在 CCS 侧边栏 “Project Explorer” 选择本项目 “proj_lab01”，展开项目文件。

4、从 “Project Explorer-proj_lab01” 下找到 “proj_lab01.c” 并打开文件。程序的入口函数 “main(void)” 和中断处理函数 “mainISR(void)” 就在该文件中，如下图所示。

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“proj_lab01.c” 的开头声明包含或引用的文件，例如数学库 <math.h>、引用文件 “main.h”，这些包含文件、函数、变量都以高亮方式显示。
用鼠标选中某个高亮显示的包含文件或函数、变量，按 F3 可以自动打开该文件，方便查看。

5、测试硬件连接和目标配置。

从 “Project Explorer-proj_lab01” 下找到 “TMS320F28027_xds100v2.ccxml” 并打开目标配置编辑器窗口，可以创建和修改目标配置文件。

.ccxml 是项目的配置文件。目标配置文件是一个扩展名为 .ccxml 的纯文本 XML 文件，其中包含调试会话的所有必要信息：调试探针的类型、目标板或器件（甚至多个器件），以及（可选）GEL（通用扩展语言）脚本路径，该脚本负责执行器件和/或硬件初始化。

TMS320F28027_xds100v2.ccxml 默认的仿真器（调试探针）的类型为：“XDS 100v2 USB Debug Probe”，目标板或器件（Board or Device）的类型为：“Experimenter’s Kit - Piccolo F28027”，都不需要改变。如果使用其它型号的仿真器或目标板，则在该页面修改相应的设置。

使用 “Test Connection” 可以测试和验证 JTAG 连接。点击 “Test Connection” 按键，将在配置的器件上执行各种低级 JTAG 测试。

结果如下图所示，显示“The JTAG DR Integrity scan-test has succeeded.”，表明硬件连接和目标配置成功。

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2.3 调试和运行

Lab01是一个类似于 “Hello World” 程序的快速实验。相应的嵌入式编程代码是闪烁 ControlCARD 上的 LED #2。目标是检查MCU和逆变器设置功能，特别是HAL对象，并确保LED闪烁。

运行步骤如下：

1、USB 连接控制板套件。

将 DRV8301 驱动板插入 F28027F 控制板（详见”硬件连接“）。
用 USB 线缆连接计算机（运行 CCS 的计算机）与 F28027F 控制板。
计算机发出一声“叮”，控制板上的红色 LED灯亮起。

2、给控制板套件通电。

DRV8301 驱动板接通 DC 24V电源，注意上电前交叉电源正负极不要接反。

上电后上层 DRV8301 驱动板上的黄绿色 LED 灯亮，下层 F28027F 控制板一侧的 4颗蓝色 LED灯亮。如下图所示。
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3、构建（“Build”）项目。

在 CCS “Project Explorer” 选择本项目 “proj_lab01” 激活（Active）后，通过菜单栏 Project – Build Project 构建（“Build”）项目。也可以点击工具栏上的锤子图标 “Build” 进行构建。

在 CCS 的控制台（Console）窗口栏，将显示构建过程，并最终显示 ”**** Build Finished ****“，说明构建项目成功。


**** Build of configuration Flash for project proj_lab01 ****"C:\\ti\\ccs1240\\ccs\\utils\\bin\\gmake" -k all Building file: "C:/ti/motorware/motorware_1_01_00_18/sw/solutions/instaspin_foc/src/proj_lab01.c"
Building target: "proj_lab01.out"
Finished building target: "proj_lab01.out"**** Build Finished ****

构建完成后，控制台（Console）窗口栏显示如下图所示。
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4、调试（“Debug”）项目，将程序烧录到 MCU。

通过菜单栏 Run-- Debug 开始调试（“Debug”）项目。也可以点击工具栏上的昆虫图标 “Debug” 开始调试。

“Debug” 过程中，弹出窗口显示调试进程，并将并将.out文件加载到目标（将程序烧录到 MCU）。

弹出窗口最后显示 "Finished“，如下图所示，说明调试完成和加载成功。

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进入调试状态后，CCS透视图将自动更改为 “CCS调试”视图布局，如下图所示。
“CCS调试”视图布局如下，上方左侧是 “Debug View”，上方右侧是 “Variables, Expressions and Registers”，中部是 “Source code view”，下方是 “Console”。
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5、进入实时模式（Realtime mode）。

点击工具栏上的实时模式图标（Enable silicon realtime mode），进入实时模式。该图标看起来像一个时钟。

点击后如果弹出窗口如下，请选择 “是（Yes）”。

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6、执行程序。

基本调试功能位于 Debug 视图顶部的工具栏中。
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第 1 个图标是执行（Resume），开始执行目标内核。第 2 个图标是暂停（Suspend），停止执行目标内核。第 3 个图标是断开（Terminate），断开与所有硬件（内核、器件、调试探针）的连接并终止调试状态。

点击工具栏上的执行（Resume）图标，开始执行目标程序。该图标看起来像一个绿色按键。也可以通过菜单栏 Run-- Resume，或快捷键 F8，开始执行目标程序。

执行程序后，下层 F28027F 控制板一侧的 4颗蓝色 LED灯,3 颗长亮，1颗闪烁。 这说明程序运行正确。

7、结束运行。

点击工具栏上的断开（Terminate）图标，断开与所有硬件的连接并终止调试状态。该图标看起来像一个红色方块。也可以通过菜单栏 Run-- Terminate，断开连接并终止调试。

8、关闭电源，拆除 USB 连接。

关闭为 DRV8301 驱动板供电的 DC 24V 电源。

拆下连接计算机（运行 CCS 的计算机）与 F28027F 控制板的 USB 线缆。

3. 修改程序：改变闪灯频率

1、在 CCS 侧边栏 “Project Explorer” 选择本项目 “proj_lab01”，展开项目文件。

2、从 “Project Explorer-proj_lab01” 下找到并打开 “proj_lab01.c” 文件。

程序的入口函数 “main(void)” 和中断处理函数 “mainISR(void)” 就在该文件中。

中断处理函数内容如下：

interrupt void mainISR(void)
{// toggle status LEDif(++gLEDcnt >= (uint_least32_t)(USER_ISR_FREQ_Hz / LED_BLINK_FREQ_Hz)){HAL_toggleLed(halHandle,(GPIO_Number_e)HAL_Gpio_LED2);gLEDcnt = 0;}

该函数使用一个计数器 gLEDcnt ，当达到设定的计数值则切换 LED 状态，从而实现 LED 灯闪烁。

修改设定的计数值，就可以改变 LED 灯的闪烁频率。

例如，将设定值修改为 (uint_least32_t)(5*USER_ISR_FREQ_Hz / LED_BLINK_FREQ_Hz)，就可以使 LED 灯的闪烁频率减慢为原来的 1/5。

interrupt void mainISR(void)
{// toggle status LEDif(++gLEDcnt >= (uint_least32_t)(5*USER_ISR_FREQ_Hz / LED_BLINK_FREQ_Hz)){HAL_toggleLed(halHandle,(GPIO_Number_e)HAL_Gpio_LED2);gLEDcnt = 0;}

类似地，将设定值修改为 (uint_least32_t)(0.5*USER_ISR_FREQ_Hz / LED_BLINK_FREQ_Hz)，就可以使 LED 灯的闪烁频率加快为原来的 2倍。

当然，也可以通过修改中断频率或其它方法来实现改变 LED灯闪烁频率，在此不做延申。

4. 程序解读

4.1 软件流程图

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4.2 包含文件、变量和函数声明

“proj_lab01.c” 的开头声明包含或引用的文件，例如数学库 <math.h>、引用文件 “main.h”，这些包含文件、变量和函数都以高亮方式显示。

//
// **************************************************************************
// the includes// system includes
#include <math.h>// modules
#include "sw/modules/math/src/32b/math.h"
#include "sw/modules/memCopy/src/memCopy.h"// drivers// platforms
#include "main.h"

包含文件说明如下：

main.h ： main.c 使用的头文件
user.h ：用于配置电机、驱动器和系统参数的用户文件
math.h ：数学库，常见的数学转换、定义和移位
est.h ： FAST ROM 库的函数定义
hal.h ：设备设置和外围驱动程序。包含 HAL 对象。

全局对象说明如下：

HAL_Handle ：硬件抽象层对象 (HAL) 的句柄。驱动程序对象包含所有微处理器外设的句柄，并在设置和控制外设时使用。
USER_Params ：保存 user.h 中的比例因子信息。允许比例因子实时更新。

函数说明如下：

main()

HAL_init()：初始化微控制器外设的所有句柄。返回 HAL 对象的句柄。
USER_setParams()：将文件user.h中的所有比例因子复制到 USER_Params 定义的结构中。
HAL_setParams()：设置微控制器外设。创建 ADC 电压和电流转换的所有比例因子。设置电压和电流测量的初始偏移值。
HAL_initIntVectorTable()：将 ISR 指向函数 mainISR。
HAL_enableAdcInts()：启用 PIE 和 CPU 中的 ADC 中断。允许从 ADC 外设发送中断。
HAL_enableGlobalInts()：启用全局中断。
HAL_disablePwm()：将逆变器电源开关设置为高阻抗。

mainISR()

HAL_toggleLed()：切换电机逆变器上的 LED。
HAL_acqAdcInt()：确认 ADC 中断，以便再次发生另一个 ADC 中断。
HAL_readAdcData()：读取 Adc 结果寄存器，调整偏移量，并根据 user.h 中的设置缩放值。结构 gAdcData 保存三相电压、三个线电流和一个直流总线电压。
HAL_writePwmData()：将 gPwmData 中的 Q pwm 值转换为 Q0 并将这些值写入 EPWM 比较寄存器。

4.3 中断服务程序 mainISR()

mainISR() 中使用的方法是时间关键的，在运行时使用。在将此ISR集成到代码中时，验证此ISR是否实时运行非常重要。

Lab01 项目的代码将闪烁 LED 并读取 ADC值，最终将是三个电机电流、三个电机电压和一个直流总线值。PWM值也通过HAL_writePwmData（）写入逆变器，导致50%的占空比，因为gPwmData{}值在定义时初始化为零。

在 ”3. 修改程序：改变闪灯频率“，我们已经尝试了通过修改计数设定值，来控制闪灯频率。

4.4 调试子系统

调试过程如下图所示，并按以下方式处理：

CCS 解析目标配置文件，创建调试配置，使用这两个文件中的信息连接到 JTAG 调试器并与目标中的器件进行通信。
建立通信后，CCS 调试器开始通过 GEL 脚本执行一系列硬件初始化命令（如果在目标配置文件中配置了该脚本）。
如果加载可执行文件，CCS 调试器会拆分可执行文件的信息：
- 代码和数据小节的内容通过 JTAG 发送并存储在器件/电路板的适当存储位置中。这些代码的放置遵循链接器命令文件中的指令。
- 调试符号保存在主机 PC 上，从而使器件/电路板的存储器地址与工程的源代码相关联。
无论是将代码下载到 RAM 还是闪存中，该过程都是相同的。对于基于闪存的器件，内置闪存编程器会自动处理刷写过程。
调试器自动在与函数 main() 相对应的器件存储器地址中设置一个断点并运行器件，直至在该断点处中断。

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