基于MATLAB软件代码生成功能的DSP口袋实验板直流电机闭环调速实验
实验题目：基于 MATLAB 软件代码生成功能的 DSP 口袋实验板直流电机闭环调速实验
1. 实验内容与任务（限 500 字）
1）深入理解TMS320F28027的电机控制实际应用，从功能到应用，从理论到实践的飞跃。
2）理解并掌握PWM 控制电机输入电压的原理。
3） 理解并掌握SCI控制电机通信的原理，理解上位机通信的方法，实现串口的通信。
4） 理解并掌握eCAP 单元的电机转速采集功能，实现转速采集。
5） 基于matlab/simulink 搭建直流电机的控制模型，理解直流电机控制原理和控制方法。
6） 掌握基于 matlab/simulink 的代码生成操作，并掌握在 simulink 中配置 TMS320F28027 的所
用到模块，根据实际需要进行参数设置。
7） 在 matlab/simulink 搭建模型，完成仿真验证。
8）基于matlab/simulink的代码生成功能下载程序到DSP电路板进行运行，验证模型的正确性。
2. 实验过程及要求（限 300 字）
在实验前，复习理论教学中关于电机控制所用到的DSP 的功能模块和直流电机调速知识。实验中：
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在matlab中搭建模型，根据闭环调速要求合理设计模型；
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以代码生成为手段验证控制模型的正确性。
具体实验的流程
1） 掌握配置matlab 和ccs软件的链接方法；
2） 掌握代码生成基础上，实现直流电机的闭环调速模型设计；
3） 以代码生成为手段，根据电机控制的性能要求，基于 simulink设计闭环调速的控制模型；
4） 撰写设计总结报告，并通过分组演讲，学习交流不同解决方案的特点。
实验后：回忆代码生成的流程，思考代码生成和C 语言编码的区别，比较不同小组实现闭环直流电机调速的方法异同，总结实验遇到的问题，从自身实验的亲身感受完成实验报告
3. 相关知识及背景（限 150 字）
以掌握代码生成为基础，用matlab代码生成设计直流电机的闭环调速。基于DSP 学习的难度，加之对 C 语言的要求，初学者很难快速入门 DSP 并用以工程实践。通过 simulink 的模型化，可以降低代码错误率，对 matlab 熟悉的基础上，使控制电机更加容易。通过直流电机的闭环调速控制，激发学习DSP 代码生成的兴趣，同时也对控制电机兴趣更加浓厚。
4. 教学目的（限 100 字）
通过学习DSP 代码生成，引导学生了解 DSP 基于 matlab 的代码生成，把握未来发展方向。而且代码生成还有诸多优点，比如节省开发周期、模型可读性强、易于程序移植和再开发等。通过模型的建立，培养学生们的工程化实验能力。
5. 实验教学与指导
实验前讲课内容，如：知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的指导或引导。
图 5.1 实验 simulink 模型总体框架
本实验是DSP 知识结合 matlab/simulink 软件知识到应用的一个实践。需要熟悉软件配置、模型原理构思、模型建立、参数设置、仿真、烧写程序验证等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：
1）介绍学习代码生成的背景和意义，了解DSP 多样的开发方式。
2）配置的方法资料稀缺，甚至不全不详细，必须确保软件配置的正确才能进行后面的电机控制模型搭建，避免后面模型错误检查不会归因与软件链接上。
3） 以直流电机闭环调速控制为例子，以代码生成为手段，并解决配置过程遇到的各种问题，如代码生成不成功，目标电路板连接不上等等。
4） 在搭建模型的时候，使用 TI提供的嵌入模型，使用matlab/simulink 的模型化，实现电机驱动控制代码生成，开发速度快。
5） 搭建模型的思路要清晰，逻辑要正确，保证代码成功生成的关键，对 simulink的熟练程度有要求。
6） 搭建模型以图 5.1-做简单控制原理引导，引导学生构思自己的控制思路和模型建立。
7） 在实验完成后，可以组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决控制方式的实现及其特点，相互学习对方的有点。主要功能模块的搭建思路1、电机控制部分
图5.2 控制器逻辑图
2、串口通信部分
图 5.3 SCI 通信逻辑图
3、按键控制部分
图5.4 按键控制逻辑图
4、电路驱动复位部分
图 5.5 电路复位逻辑图
5、PWM 初试化部分
图 5.6 PWM 初始化逻辑图
6、全局变量部分
图5.7 全局变量逻辑图
在实验中，要注意学生软件配置的正确性；在模型设计时，通过上面的电机控制分解部分的模块功能进行讲解和引导，注意控制思想的清晰且合理；在仿真中，要模型逻辑是否正确合理；在代码生成后，要分析结果的正确性并加以验证以及错误的产生和原因分析。
6. 实验原理及方案
实验的基本原理、完成实验任务的思路方法，可能采用的技术、电路、器件。
1） 实验原理
图 6.1 基于 Matlab/Simulink 模型化语言的 V 字型开发规范
当前DSP控制系统设计的发展方向是采用基于Matlab/Simulink模型化语言的V字型开发规范，如图 6.1 所示。分别是算法设计—模型搭建—代码生成—硬件在环调试—产品定型，实现控制算法的快速开发和验证，大大缩短了设计调试时间。
2） 实验方案
打破传统的手写C语言代码的开发DSP 的方式，引用比较前卫的代码生成开发方式。为了快速高效的控制思路进行测试和验证，本实验采用基于模型设计技术进行调试。
软件离不开硬件支持，在模型搭建之前，必须对目标电路板的硬件电路了然于胸，在不清楚硬件连接情况下，及时查询电路图，避免软件出错。
在实验开始之前，软件的准备是必不可少。根据实验室要求，安装所需要的各种软件：
（1）Matlab2014a，以及 Ti 的 simulink 模型下载
（2）CCSV5 或者 CCSV6
（3）controlsuite
（4）Bios(版本根据 matlab 的要求版本，TMS320F2802728027 要求的版本是 5.33.05 to 5.41.11.38)
（5）XDC Tools
（6）VS2010 或者 Windows SDK7.1
软件安装好的前提下，根据实验指导配置 matlab 和 CCS 的链接。
其次，在电机控制思想的指导下，根据实验要求，基于 Matlab/Simulink 的模型建立和控制想法的离线仿真，验证控制想法的正确性。如果仿真出错，注意排除问题所在，排除问题。
然后，完成模型仿真之后，自动生成代码，并下载到目标板上查看运行效果，如果代码生成失败需要检查软件配置是否有问题，运行结果不理想，要检查模型的正确性。
最后，在确保配置无虞后，再次对仿真模型进行编译和代码生成，并对设计的硬件控制系统进行程序下载，验收试验结果。
基于模型设计缩短了实验验证周期，节省了开发测试成本，并且易于程序移植和再开发。
7. 实验报告要求
需要学生在实验报告中反映的工作（如：实验需求分析、实现方案论证、理论推导计算、设计仿真分析、电路参数选择、实验过程设计、数据测量记录、数据处理分析、实验结果总结等等）
实验报告需要反映以下工作：
1）实验需求分析：代码生成的意义和作用，还有驱动直流电机的方法。
2）方案原理解析：模型设计的根据，模型运行的逻辑要理解透彻。
3）模型选择：根据调速的性能要求搭建控制模型，兼顾实验要求，取最佳。
4）设计仿真分析：代码生产前的仿真验证通过性，并优化性能。
5）数据测量分析：给定的控制速度和实际速度对比，进行误差分析。
6）数据处理：记录多组数据，并对此进行分析，思考控制方法的实用效果。
7）错误分析：实验室过程难免遇到问题，纠错也是考验实验能力，顺藤摸瓜，找出错误源头。
8） 实验结果总结：反思错误的产生，在以后实验规避，优化设计方案，以求完美，反省实验所得，对以后的帮助。
8. 考核要求与方法（限 300 字）
考核的节点、时间、标准及考核方法。
1） 实物验收：电机是否满足调速性能要求（比如，电机能正常启动停止，加速和减速），完成时间。
2）实验质量：simulink 的模型的合理性、功能性、规范性和复杂性。
3）自主创新：功能实现性、模型的有效性，自主思考与独立实践能力。
4）实验结果：实验结果可行性，测试数据和测量误差。
5） 实验报告：实验报告的规范性与完整性，独立思考并总结，反省实验所得，以及对以后的帮助。
9. 项目特色或创新（可空缺，限 150 字）
项目的特色在于：项目背景的工程性，知识应用的综合性，实现方法的多样性。
基于模型设计的DSP 实验教学，帮助学生建立控制算法快速原型开发的概念，为将来应用中实现从算法设计到设计定型的工程化提供解决方案。虽然代码生成是趋势，这方面教材和课程很少，
应用到教学也是大胆的尝试。从代码生成入门 DSP，免去编程的一些困难，还有节省开发周期、模型可读性强、易于程序移植和再开发等优点。