引言
本系统选取了32位TMS320F28027作为运动物体的控制中心。TMS320F28027具有丰富的资源，拥有32位架构、高级外设、高度的模拟集成、高达128 KB的快闪存储器，同时还包括功能强大的ADC、高分辨率PWM以及湿著增强的捕获单元等众多特性优异的组件、高精度片上振荡器、模拟比较器、上电复位与掉电保护等在内的各种集成模块。本文以电动车跷跷板的设计为例，介绍了TMS320F28027的PWM电机调速、A/D采样、中断和I/O口等的操作和控制，以及LCD、L298n、红外循迹等外部扩展硬件的连接技巧和方法。
1 小车功能介绍
1.1 按键和显示功能
按键操作：使用3个按键分别进行选择、确认、退出功能操作，在系统上电后，显示界面进入主菜单，通过“选择”按键埘“板上寻平衡”、“上板寻平衡”两个功能进行选择，选定结束按下“确认”键，系统进入对应函数，此时可以按下“退出”键退出对应的功能函数。
显示功能：LCD实时显示小车的倾角和小车正在执行的功能，成功完成一项操作后LCD给出“OK”的指示，同时在每项操作进行时显示其操作所用时间，完成所有任务后显示出每项操作所耗时间。
1.2 “板上寻平衡”功能
在不加配重的情况下，电动车完成以下运动：
①电动车从起始端点A出发，快速行驶到中心点C附近;
②电动车在中心点C附近尽快使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5 s，并给出明显的平衡指示;
③电动车从步骤②中的平衡点出发，快速行驶到跷跷板末端B处(车头距跷跷板末端B不大于50 mm);
④电动车在B点停止5 s后，快速倒退回起始端A，完成整个行程;
⑤在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。
其中，到达C点附近和倒退回A点有红外循迹装置配合循迹标志完成，寻找平衡主要由倾角传感器检测小车状态控制小车前后移动完成。
1.3 “上板寻平衡”功能
将配重固定在可调整范围内任一指定位置，电动车完成以下运动：
①将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A点300 mm以外、90°扇形区域内某一指定位置(车头朝向跷跷板)，电动车能够自动驶上跷跷板，如图1所示。
②电动车在跷跷板上取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5 s以上。
③将另一块质量为电动车质量10%～20%的块状配重放置在如图2所示中A至C间指定的位置，电动车能够重新取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5 s以上。
1.4 跑道和小车介绍
(1)小车跑道
跑道分为两个部分：矩形部分的跷跷板和扇形部分的地面区域。图2中两侧箭头代表循迹标识，跷跷板中间箭头为后退的循迹标识。在跷跷板中部C点放置跷跷板支架，保证跷跷板可自由摆动。
(2)小车循迹模块安装位置
主要介绍小车循迹模块的安装位置，以保让小车能够正确循迹。前进循迹由小车前部左右各两路的红外循迹装置完成，位置配合跷跷板上前进循迹线安装。后退循迹由小车后部的4路红外循迹装置完成，位置配合跷跷板上后退循迹线安装。安装位置如图3所示。
2 功能模块电路连接
2.1 系统总体模型
TI公司32位DSPTMS320F28027为系统的控制芯片，系统通过7 V稳压直流电源给电机供电，同时7 V稳压电源经LM8965稳压模块输出5V电压后给其他模块供电。在上电过后使用独立按键配合LCD12864实现功能选择，选择功能结束，小车在红外循迹模块的引导下到达指定地点开始寻找平衡，此时系统对倾角传感器输出电压进行A/D采样并将数据传输给芯片处理，然后芯片输出信号对L298N驱动的直流电机进行调节，配合光电码盘控制小车在跷跷板上移动以实现平衡点寻找。系统框图如图4所示。
2.2 L298N驱动连接电路
L298N是一块双H桥直流电机驱动芯片，主要是对直流电机进行PWM转速调节，对步进电机进行PWM细分操作。驱动部分的端子电压Vs在+5～+35 V，承载最大电流为2 A;逻辑部分的工作电压为5～7 V，电流为0～36 mA，低电平有效值为-0.3～1.5 V，高电平有效值为2.3 V～Vss。该驱动板可驱动2路直流电机，使能端ENA、ENB为高电平时有效，设置IN1和IN2的输入电平确定电机的转动方向，改变输入使能端PWM脉冲的占空比实现调速。(注意：当使能信号为0时，电机处于自由停止状态;当使能信号为1，且IN1和IN2为00或11时，电机处于制动状态，阻止电机转动。)
由于小车采用的是左右两侧速度差转向，所以为了节省I/O口，电机连接时使用一个I/O配合使能端控制一侧的两个电机的转向和转速使能端控制转速，I/O口控制转向。具体操作：同侧的两个电机并联，电机一端通过I/O口经L298N控制，另一端从同一I/O口引出一根信号线经一非门后由L298N控制。具体电路连接如图5所示(其中MG1～MG4为4个直流电机)。
方向设定主要函数如下：
配合循迹模块即可实现小车循迹功能。循迹模块分为前后4路，前4路的4个信号端口与后4路并联，前4路的4个红外循迹模块由一个I/O口供电，后4路供电由此I/O口经一非门供给。只需改变此I/O的高低电平即可完成前后循迹模块的切换。循迹程序框图如图6所示。
循迹主要程序如下：
2.3 LCD12864电路连接
为了节省I/O口，显示选用的LCD为SPI传输型，主要用于必要数据显示以及菜单和系统状态显示。该模块一共有10个引脚，其中除去电源引脚和空引脚还有RET引脚用于上电复位，CS引脚传输主从状态选择，SCK引脚时钟信号输入，SDA引脚数据输入，BUSY引脚判忙接口。由于I/O口的限制，我们采用的并非SPI数据传输模式，而是选用的模拟SPI数据传输。模拟SPI主要是对数据传输时序进行模拟。
模拟SPI数据传输，只能对数据进行一位一位的传输。因为此时序为上升沿触发，所以在传输之前时钟信号置低，传输结束后置高。但是程序的编写比较麻烦，因为此LCD的命令和数据都是8位数据。所以选择按位与加移位实现输入8位数据，具体程序如下：
在实际操作中，每次上电需要对LCD进行复位设置(RST先置低10 ms左右，然后置高20 ms左右)这样才能保证LCD正常显示，同时在命令和数据传输之前需要对LCD进行初始化操作，即对LCD进行清屏操作(清除上电一瞬间的乱码显示)，然后根据需求进行亮度设置。由于此设计中LCD只需进行数据的接收，所以CS片选端直接接地，设置LCD为从输入设备即可。具体电路连接如图7所示。
2.4 倾角传感器电路连接
倾角传感器选用的是数字信号传输的MMA7361，此模块能够检测器件的X/Y/Z三轴的倾斜角度，以及期间的加速度。小车在跷跷板上寻找平衡只需一个轴检测倾角即可，所以任选一轴与小车车面平行，竖直指向车头即可。
当小车发生前后倾斜时，输出电压改变，通过输出电压的线性变化反映小车的倾角、运动加速度，以及运动的方向。通过A/D采样进行相应的电压/角度、电压/加速度转换，这样便可以时刻调节小车姿态。
倾角传感器A/D采样程序设定如下：
结语
本文只用了TMS320F28027的部分功能，算法也比较简单，只是为大家的学习交流抛砖引玉而已。TMS320F28027还有很多强大的功能，有待以后大家的学习和使用。
个人的使用经验表明TMS320F28027运算速度快，而且操作简单易学，不仅适合完成各种业余的电子设计制作，而且也能满足专业人士的大部分需求，是性价比较高的芯片。在配合外部扩展硬件的使用过程中，需仔细阅读TMS320F28027和硬件模块的电气参数，以防止元器件的损毁。