人工智能学院丨西安邮电大学DSP技术实验室建设案例

院校简介

西安邮电大学是一所以工为主，以信息科学技术为特色，工、管、理、经、文、法、艺多学科协调发展的普通高等学校，是我国特别是西北地区信息产业和现代邮政业人才培养、科学研究的重要基地。

学校前身是1950年成立的陕西和甘肃两省邮电人员训练班及随后的西安邮电学校。1959年经国务院批准设立西安邮电学院，是国家在西北地区重点建设的唯一邮电类普通高校，2012年更名为西安邮电大学。学校先后隶属于邮电部和信息产业部，2000年划转到陕西省，现由陕西省人民政府与工业和信息化部共建，是陕西高水平大学建设高校、陕西省“一流大学、一流学科”建设高校、教育部“卓越工程师教育培养计划”实施高校、全国首批试办边防军人子女预科班的高校、西北地区唯一承担亚太电信组织和东盟培训任务的高校。

通信与信息工程学院（人工智能学院）是在原通信工程系基础上组建而成，学科和专业建设的历史可追溯至1959年西安邮电学院建院之初。拥有通信工程、物联网工程、人工智能、信息工程、电子信息科学与技术、广播电视工程、电信工程及管理7个本科专业。经过60多年的建设与发展，学院已成为西安邮电大学学科实力突出、专业优势明显、师资力量雄厚、历史渊源深远的学院之一。学院先后荣获陕西省教育系统精神文明建设先进集体、陕西省师德建设先进集体、陕西省教育系统先进集体、陕西省师德建设示范团队、全省高校党建“双创”标杆院系、陕西省高等学校创新创业教育改革试点学院等称号。

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培训情况

创龙教仪联合西安邮电大学共同建设DSP课程相关实验室，在通信与信息工程学院（人工智能学院），DSP技术实验室，针对DSP相关课程，探讨了该课程的应用方向并制定了学生课程学习的培养计划。

TL28335-PlusTEB相关实验（部分）
DSP实验环境搭建与CCS开发基础	安装CCS与串口调试工具 编写基于C语言的DSP程序
DSP基础外设实验	LED灯控制实验 4x4键盘输入控制实验 ECAN内部回环与数据通信实验 DMA在RAM内外搬移数据实验 UART串口收发实验 定时器/计数器控制实验 模数转换（A/D）测试实验 交通灯控制实验
电机控制类实验	直流有刷电机控制实验 减速编码电机控制实验 步进电机控制实验 BLDC开环控制实验 PMSM开环控制实验
语音类实验	音频采集与播放测试实验 G711A音频编码实验 G711A音频解码实验
DSP算法实验	有限冲激响应滤波器（FIR）算法 无限冲激响应滤波器（IIR）算法 快速傅立叶变换（FFT）算法 语音信号的FIR滤波 模拟DVR算法
图像类实验	灰度图像直方图 直方图均衡化 图像反色 边缘检测

参与培训的老师和学生们对TL28335-PlusTEB相关实验操作表现出十足的热情，并对创龙教仪专业的技术能力与认真的工作态度表示了肯定。

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特色案例

实验名称：

减速编码电机控制实验

实验目的：

（1）理解PID控制原理；

（2）学习增量式PID算法的原理；

（3）掌握PID闭环控制电机的实现。

实验原理：

模拟PID控制原理

在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。PID控制器原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单。

模拟PID控制系统的常规原理框图如下图所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)。

e(t)=r(t)-y(t)

控制偏差e(t)是PID控制的输入，u(t)是PID控制器的输出和被控对象的输入。模拟PID控制器的控制规律为

控制器的输出与输入误差信号成比例，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。在模拟PID控制器中，比例控制的作用是对偏差瞬间做出反应。偏差产生后控制器立刻起控制作用，使偏差变小。比例系数Kp决定了控制作用的强弱，Kp越大，控制作用越强，过度越快，偏差也就越小。但是Kp越大，也更加容易产生振荡，破坏系统的稳定性。因此，比例系数Kp必须选择适当，才能使过渡时间变小，偏差小又稳定。

增量式PID算法

数字式PID控制算法可以分为位置式PID和增量式PID控制算法。在本实验中使用的增量式PID算法。增量式PID控制算法只需要计算控制量的增量。

可得控制器在第k-1个采样时刻的输出值为：

如果采用恒定的采样周期T，一旦确定了A、B、C，只要使用前后3次测量值的偏差，就可以求出控制增量。

除此之外，还有另一种算法：

PID算法程序解析

打开光盘资料中的"Demo\KingBox\Application\DC_GEAR_MOT\main.c"文件，可查看相关代码。比例常数、积分时间常数、微分时间常数和调控周期如下：

主函数中首先初始化系统控制，配置CPU主频、寄存器和初始化PIE控制等。调用InitMeasureSpeed函数初始化时钟、中断等。InitMeasureSpeed函数如下：

InitMeasureSpeed函数中，cpu_timer0_isr定时器中断函数中定时采集速度，并用于PID算法。freq.freqhz_pr为采集的电机脉冲数，M0_PWM_ON为高电平时间，M0_PWM_ON_NEW为新的高电平时间，PWM_ON_PID是经过PID算法后的高电平时间。cpu_timer0_isr定时器中断函数如下：

实验步骤

（1）对实验设备进行硬件部分连接，连接好仿真器和USB串口线（默认为USB to UART串口输出）并上电。

（2）右击计算机图标，点击“设备管理器->通用串行总线控制器”或者“设备->端口（COM和LPT）”，查看是否有对应的仿真器的选项出现，如有说明仿真器驱动已经正常安装，否则请先正确安装CCS。同时查看串口的端口号。

（3）打开串口软件并设置串口调试工具，波特率为115200。

（4）按照工程导入步骤导入光盘资料"Demo\KingBox\Application"路径下的DC_DEAR_MOT工程。

（5）编译工程生成DC_DEAR_MOT.out的可执行程序。

（6）实验箱上电，确认仿真文件（.ccxml 文件）配置，并连接CPU。

（7）加载DC_DEAR_MOT.out可执行程序，并运行程序，本实验的功能是实现PID闭环控制电机。

实验现象

运行程序之后，串口显示如下图所示：

同时，数码管显示电机的转速和转向（0是转速，F代表顺时针转），如下：

第一次按下按键1后，减速直流电机开始顺时针（Forward）转动，占空比（DutyCycle）约为12%，转速（Speed）约为60R/min，显示如下图所示：

按下按键3后，电机会停止转动，同时串口打印电机转向为逆时针（Backward），电机转向由顺时针改为逆时针，如下：

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设备概述

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产品型号：TL28335-PlusTEB

处理器类型：TMS320F28335

应用领域：测控、自动化、工业控制、电力控制、电机控制