硬件在环_dSPACE培训

dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE应用与实例应用与实例重庆大学机械传动国家重点实验室重庆大学机械传动国家重点实验室dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE概述概述第一部分第一部分dSPACEdSPACE 应用应用 总部设在总部设在 PaderbornPaderborn 成立于成立于19881988年年 仅仅PaderbornPaderborn就有就有230230多员工多员工 超过超过70%70%的员工是技术人员的员工是技术人员BerlinPaderbornDsseldorfMunich+FrankfurtSchwaitenkirchendSPACE 公司公司九州恒润是中国大陆的为一代理九州恒润是中国大陆的为一代理 硬件在回路仿真系统硬件在回路仿真系统 超过超过 70%70%的产品销往德国以外的产品销往德国以外dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 产品应用领域产品应用领域dSPACE目前广泛应用于：目前广泛应用于：航空航天：如开发飞行模拟器航空航天：如开发飞行模拟器 电力电子：如电力输配电系统开发与测试电力电子：如电力输配电系统开发与测试 汽车：如汽车：如 ABS ABS 控制器的开发与测试控制器的开发与测试 发动机：如发动机控制与发动机仿真发动机：如发动机控制与发动机仿真 机器人：如机器人控制算法的研究机器人：如机器人控制算法的研究 工业控制：电机控制、加工过程控制等工业控制：电机控制、加工过程控制等 dSPACEdSPACE 应用应用 在当今社会，市场对产品的需求呈现多样性、快速性的趋势，控制器的开发面临着多样性需求和快速开发之间的矛盾；对控制系统鲁棒性和可靠性的要求也日趋增加，并行工程（即：设计、实现、测试和生产准备同时进行）被提上了日程。dSPACE为这些问题的解决创造了一个良好的环境，在开发过程中dSPACE为快速控制原型（RCP）和硬件在回路仿真（HILS）提供了统一的应用平台。在快速控制原型中dSPACE作为控制器与实验对象相连，通过Controldesk观察控制算法的性能，如果控制算法不理想，可以很快地进行反复修改设计，反复实验直到找到理想的控制方案。在硬件在回路仿真中dSPACE充当控制对象，模拟控制对象产生的信号，用来检验开发的控制算法正确性和可靠性。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 集成平台集成平台开发的初期开发的初期：l 继承离线控制系统设计与仿真结果继承离线控制系统设计与仿真结果l 实时研究控制系统设计实时研究控制系统设计4 系统的时间特性系统的时间特性4 实时地确定实时地确定I/OI/O采样时间采样时间4 测试软件中断、硬件中断测试软件中断、硬件中断4 研究中断优先级的影响研究中断优先级的影响4 为硬件设计提供参考依据为硬件设计提供参考依据开发的中后期：开发的中后期：l 测试控制计算机的功能测试控制计算机的功能4控制计算机是真实的控制计算机是真实的l 测试控制系统的硬件接口测试控制系统的硬件接口4传感器和部分执行部件是真实的传感器和部分执行部件是真实的dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE V-Cycle 开发流程开发流程快速控制原型目标代码生成硬件在回路仿真标定功能设计dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE开发思路开发思路-集成开发环境集成开发环境分析分析,设计设计从概念设计到测试从概念设计到测试建模建模,仿真仿真I/O 库库Build实现实现实时测试实时测试自动化测试自动化测试监控监控,调节调节dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 产品产品dSPACE 产品产品F dSPACE 软件软件4 RTI（离线工具与实时工具的接口）离线工具与实时工具的接口）4 ControlDesk（测试和实验软件工具）测试和实验软件工具）F dSPACE 硬件硬件4 单板系统单板系统4 组件系统组件系统 h 处理器板处理器板h I/O 接口板接口板dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 软件产品软件产品-RTIRTI的优点的优点 完美的集成于完美的集成于Simulink 整体开发环境的核心整体开发环境的核心 自动实现代码的生成和下载自动实现代码的生成和下载 无须手工编写代码无须手工编写代码 支持多处理器系统支持多处理器系统 在在Simulink中对模型进行分割中对模型进行分割 指定处理器之间的通讯协议指定处理器之间的通讯协议 保证数据传输的一致性保证数据传输的一致性 支持处理器间中断支持处理器间中断 指定指定硬件及软件中断硬件及软件中断 支持单采样频率和多采样频率支持单采样频率和多采样频率 支持单任务模式和多任务模式支持单任务模式和多任务模式RTWMATLABSimulinkStateflowRT-SoftwareRT-HardwareReal-Time InterfacedSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 软件产品软件产品-RTIdSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 硬件产品硬件产品-控制器板控制器板开发目标:通过单一板实施快速控制原型设计通过单一板实施快速控制原型设计填补填补 DS1102 和标准组件系统之间的空白和标准组件系统之间的空白支持高性能处理器支持高性能处理器 PowerPC PPC604e 内置综合内置综合 I/O 功能功能 8 D/A 20 A/D 32 数字数字I/O RS232/RS422 三相及单相三相及单相PWMCAN接口接口 DS1103 控制器板控制器板dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 硬件产品硬件产品-控制器板控制器板开发目标开发目标:通过单一板实施快速控制原型设计通过单一板实施快速控制原型设计采用采用PCI总线结构总线结构支持高性能处理器支持高性能处理器 PowerPC PPC603e32MByte SRAM内置综合内置综合 I/O 功能功能 8 D/A;8 A/D 2 增量编码器接口增量编码器接口 32 数字数字I/O RS232/RS422 三相及单相三相及单相PWMDS1104 控制器板控制器板dSPACEdSPACE 应用应用DS1005主处理器板主处理器板强大的计算能力和强大的计算能力和I/OI/O管管理能力理能力DS1005 从处理器板从处理器板dSPACE 硬件产品硬件产品-标准组件系统标准组件系统标准组件系统标准组件系统Processor 板板+I/O 板板A/D转换板D/A转换板定时/数字I/O板增量编码器接口板MIL-1553接口板其它I/O板RS232/422/485 串行接口板PHSdSPACEdSPACE 应用应用dSPACE硬件产品硬件产品-汽车内置系统汽车内置系统dSPACE专门为汽车用户提供快速开发及测试系统专门为汽车用户提供快速开发及测试系统MicroAutoBox 用于对汽车进行快速测试 价廉质优AutoBox 快速开发汽车控制系统 在产品型ECU制成前进行汽车内置试验 充足的可扩展I/OdSPACEdSPACE 应用应用利用利用dSPACE进行汽车控制器开发过程进行汽车控制器开发过程第二部分第二部分dSPACEdSPACE 应用应用部件部件需求需求功能设计功能设计系统分解系统分解系统确认系统确认功能测试功能测试部件集成部件集成部件设计部件设计HW/SWHW/SW系统系统开发开发系统开发流程设设计计集集成成dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE控制器控制器V模式开发流程模式开发流程目标代码生成硬件在回路仿真标定快速控制原型功能设计dSPACEdSPACE 应用应用三个三个重要的概念重要的概念软件在回路 控制器与控制对象的功能仿真原型控制器在回路仿真 原型控制器 控制对象硬件在回路真实的ECU虚拟仿真控制对象dSPACEdSPACE 应用应用当今的开发流程当今的开发流程-V循环循环功能设计功能设计目标代码生成目标代码生成Hardware-in-the-LoopCalibration快速控制原型快速控制原型MATLAB/Simulink/Stateflow建模与仿真的平台，首先用于离线仿真把框图作为可执行的技术规范dSPACEdSPACE 应用应用MATLAB/Simulinkn工程计算的标准软件n基于模型的控制器设计n用Simulink对非线性动态系统仿真dSPACEdSPACE 应用应用Stateflow事件驱动控制逻辑建模用图形化方式创建有限状态机状态及状态转移事件定义（全局或局部）动作语言流程图具有良好的分层设计结构使用统一的数据结构维护与Matlab/Simulink无缝结合支持代码生成（Stateflow Coder）dSPACEdSPACE 应用应用例：发动机控制例：发动机控制 在在 Simulink中进行功能设计中进行功能设计 标准的设计描述文件 仿真的基础 快速控制原型的基础 产品代码生成的基础 硬件在回路仿真的基础 控制单元开发人员的“可执行技术规范”dSPACEdSPACE 应用应用当今的开发流程当今的开发流程-V循环循环快速控制原型快速控制原型目标代码生成目标代码生成Hardware-in-the-Loop标定标定功能设计功能设计dSPACE 原型原型实验室与车载测试的可靠方案通过自动代码生成工具可以在几分钟内把框图变成实时的实验多种规格的硬件适用于不同的计算能力与I/O要求dSPACEdSPACE 应用应用从从离线到实时离线到实时打开离线模型去掉仿真的对象dSPACEdSPACE 应用应用从离线到实时从离线到实时打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中dSPACEdSPACE 应用应用从从离线到实时离线到实时生成代码自动下载到dSPACE实时的硬件打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中dSPACEdSPACE 应用应用离线到实时离线到实时生成代码自动下载到dSPACE实时的硬件打开离线模型去掉仿真的对象打开dSPACE的I/O库与模型相连拖放适当的I/O块到模型中开始交互式试验dSPACEdSPACE 应用应用生成 I/O代码激活编译/连接器下载应用程序实时硬件Real-Time Interface/实时接口实时接口Real-Time Interface/实时接口实时接口自动生成实时接口程序:-代码生成-加入实时操作系统-下载应用程序生成数据表用于监视数据与参数调节dSPACEdSPACE 应用应用ControlDesk/实验控制台实验控制台硬件管理硬件配置下载 实验控制开始,停止,.虚拟仪器可视化的测量变量可视化的模型参数在线调参数据获取 参数编辑 实验管理收集实验数据 dSPACEdSPACE 应用应用RCP dSPACE 的优点的优点:无缝的工具（即适用RCP又适用HIL）无缝的工具链dSPACEdSPACE 应用应用RCP的硬件的硬件组件系统 单板系统 ECU-原型硬件 dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 应用实例应用实例-控制器控制器六自由度机器人定位控制 对系统进行高精度控制，即使在低速情况下也同样有效(绝对和相对位置)马达信号传感器信号开关(操作,停止)增量编码器信号Matlab/SimulinkReal-Time WorkshopMLIBMTRACEReal-Time InterfaceCompilerControlDeskHOST PCdSPACE 用于伺服控制（RCP）dSPACEdSPACE 应用应用目标代码生成目标代码生成标定标定快速控制原型快速控制原型功能设计功能设计TargetLink从MATLAB/Simulink/Stateflow生成定点代码可靠性、效率、可读性能与手工代码媲美对于不同的控制器与编译器可选择不同的优化方法自动定标（scaling）当今的开发流程-V循环dSPACEdSPACE 应用应用Mathworks 代码生成工具代码生成工具Real-Time WorkshopStateflow CoderFixed-Point BlocksetReal-Time Workshop Embedded CoderEmbedded Target for MPC555dSPACEdSPACE 应用应用无缝连接无缝连接TargetLink原型硬件产品ECUMATLAB/Simulink/Stateflow实时代码生成工具 Real-Time WorkshopdSPACEdSPACE 应用应用当今的开发流程当今的开发流程-V循环循环目标代码生成硬件在回路仿真标定Rapid Prototyping快速控制原型功能设计dSPACEdSPACE 应用应用开发的任务开发的任务实时硬件实时硬件仿真模型仿真模型I/OI/O传感器传感器执行器执行器信号调理信号调理故障仿真故障仿真负载仿真负载仿真电控单元电控单元软件控制软件控制诊断与诊断与标定标定.模型开发模型开发实时实时 I/O信号采集信号采集实验定义实验定义dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 应用实例应用实例-汽车汽车dSPACE,Audi 及 Tesis 联合运用 HIL仿真方法测试 ECUdSPACEdSPACE 应用应用目标:减少尾气排放利用旁通技术开发新的基于模型的ERG控制算法无需更改ECU代码旁通技术实例:Fiat EGR-功能开发dSPACE 应用实例应用实例-汽车汽车dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 应用实例应用实例-电力机车电力机车高性能应用高性能应用仿真步长仿真步长=30 us通过通过RTI-MP 采用采用SIMULINK 自动代码生成自动代码生成84 路高速路高速 I/O 信号信号Original On-BoardControl RackSimulator ControllerInverterRectifiermechanicalPower LinepulsescurrentsAdtranz(ABB Daimler Benz)：HIL 模拟电力机车dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE 应用实例应用实例-电力机车电力机车模块化,灵活的系统结构可调整的 I/O 和操作电源8 个处理器高速 I/O智能化系统采用Simulink框图实现Adtranz(ABB Daimler Benz)：HIL 模拟电力机车dSPACEdSPACE 应用应用MicroAutoBox应用应用第三部分第三部分dSPACEdSPACE 应用应用模拟信号采集、转换及输出模拟信号采集、转换及输出dSPACEdSPACE 应用应用数模及模数转换数模及模数转换一般来说，外部被控对象的状态反映为电压信号的变化，这类信号属于模拟信号，计算机无法直接处理，计算机只能处理数字信号。模数转换把模拟信号转换为可用计算机直接处理的数字信号，而数模转换刚好相反，把计算机处理的结果转换为模块信号，输出到外部设备。dSPACE中的模数及数模转换中的模数及数模转换MicroAutoBox为模数及数模转换提供了强大的软硬件支持，而且非常方便使用。MicroAutoBox为模数转换提供了16路通道，为数模转换提供了8路通道。在MicroAutoBox连接端口通道号请查阅相关的帮助文档。dSPACEdSPACE 应用应用使用使用dSPACE模数及数模转换步骤模数及数模转换步骤建立软件模型决定使用通道号硬件连线使用dSPACE的AD或DA模块代替软件模型中相应的信号宿或源编译模型并下载到dSPACE中运行观察运行结果dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE数模及模数转换实例数模及模数转换实例这里使用一个实例说明dSPACE中数据及模数转换的使用方法。建立如图所示的模型。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE数模及模数转换实例数模及模数转换实例经过离线仿真验证该程序正确后，把输入及输出部分分别替换为AD模块和DA模块，并配置正确的端口。如图所示。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE数模及模数转换实例数模及模数转换实例dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE数模及模数转换实例数模及模数转换实例连接相应的硬件设备，编译该模型并下载到dSPACE中后，可以观察看程序运行的结果。这里使用信号发生器产生输入信号，用示波器观察输出信号。该模型演示了使用PID控制方法，对目标对象进行控制效果。在程序运行的过程中，可以在ControlDesk中修改PID控制器的参数，从而实时观察其控制效果。dSPACEdSPACE 应用应用数字量信号输入输出数字量信号输入输出dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入输出中的数字量输入输出MicroAutoBox为模数及数模转换提供了强大的软硬件支持，而且非常方便使用。MicroAutoBox为模数转换提供了16路通道，为数模转换提供了8路通道。在MicroAutoBox连接端口通道号请查阅相关的帮助文档。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入输出中的数字量输入输出上拉电阻形数字量输入与无上拉上拉电阻形数字量输入与无上拉/下位式的数字量输入通道的区别下位式的数字量输入通道的区别上上拉拉电电阻阻式式无无上上拉拉下下拉拉电电阻阻式式上拉电阻式数字量输入通道通常用于测量开关量，未接传感器时，通道的对地电压为5V，此时状态为1，当传感器“接通”时，其对地电压为零或接近于零，状态为0。该通道采集传感器的电压信号，并进行模数转换，当电压值大于3.9V时，状态为1，当电压值小于0.8V时，状态为1，处于中间时为前一状态。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入输出中的数字量输入输出MicroAutoBox提供了16路上拉电阻形的标准数字量输入通道，16路无上拉/下位式的标准数字量输入通道，4路频率/脉宽测量通道。端口类型及通道号需查阅相关的帮助文档。MicroAutoBox提供了26路标准数字量输出通道，8路PWM脉宽输出通道。端口类型、端口号、通道号及不同端口的输入初始状态请查阅相关的帮助文档。dSPACEdSPACE 应用应用使用使用dSPACE数字输入输出步骤数字输入输出步骤建立软件模型决定使用的类型及通道号硬件连线使用dSPACE的DIO模块代替软件模型中相应的信号宿或源对dSPACE的DIO模块的属性进行设置编译模型并下载到dSPACE中运行观察运行结果dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入实例中的数字量输入实例变速箱档位测试变速箱档位测试dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入实例中的数字量输入实例右图中：右图中：Module number、Group number:用于用于确定接口组，具体需查接口表；确定接口组，具体需查接口表；Boots mode:选择模式，此处选默认的选择模式，此处选默认的chassis ctrl方式；方式；Channel selection:选择要应用的具体接选择要应用的具体接口，以向量的形式选择。可以选择口，以向量的形式选择。可以选择1-8的任的任意组合。意组合。以上为多通道数字量输入模块，以上为多通道数字量输入模块，dSPACEdSPACE还还提供了单通道数字量输入模块，使用方法提供了单通道数字量输入模块，使用方法与多通道类似与多通道类似dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入实例中的数字量输入实例转速测试转速测试dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输入实例中的数字量输入实例dSPACE中的数字量输入实例中的数字量输入实例右图中：右图中：Module number、Channel number:用用于确定接口号，具体需查接口表；于确定接口号，具体需查接口表；Block function：选择信号测量的类型：选择信号测量的类型：frequency为测量频率，为测量频率，pulse width 为测量为测量脉宽。脉宽。Edge polarity：用于确定所测量信号：用于确定所测量信号的边界：的边界：rising表示测量周期从上升沿开始，表示测量周期从上升沿开始，falling表示从下降沿开始。表示从下降沿开始。Range：用于定义所能测量的最大最：用于定义所能测量的最大最小值。小值。以上为单通道输入模块，以上为单通道输入模块，dSPACEdSPACE还提供了还提供了多通道输入模块及频率脉宽混合测量模块，多通道输入模块及频率脉宽混合测量模块，使用方法与单通道类似使用方法与单通道类似dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的数字量输出实例中的数字量输出实例电磁阀控制电磁阀控制dSPACEdSPACE 应用应用右图中：右图中：Module number、Group number:用于用于确定接口组，具体需查接口表；确定接口组，具体需查接口表；Channel selection:选择要应用的具体接选择要应用的具体接口，以向量的形式选择。可以选择口，以向量的形式选择。可以选择1-8的任的任意组合。意组合。Initial output state：确定各通道的初始：确定各通道的初始值。值。0为低，为低，1为高。为高。Termination state：选择是否在仿真结：选择是否在仿真结束时使用下面定义的终值。束时使用下面定义的终值。以上为多通道数字量输出模块，以上为多通道数字量输出模块，dSPACEdSPACE还还提供了单通道数字量输出模块，使用方法提供了单通道数字量输出模块，使用方法与多通道类似与多通道类似dSPACE中的数字量输出实例中的数字量输出实例dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE中的中的PWM输出实例输出实例电机控制电机控制PWM控制端口控制端口dSPACEdSPACE 应用应用右图中：右图中：Module number、Channel number:用用于确定接口组，具体需查接口表；于确定接口组，具体需查接口表；signal polarity：选择：选择 PWM作用方式，作用方式，高有效或底有效；高有效或底有效；PWM period：填写：填写PWM周期；周期；Initial duty cycle：确定通道的初始占空：确定通道的初始占空比；比；Termination state：选择是否在仿真结：选择是否在仿真结束时使用下面定义的终值。束时使用下面定义的终值。dSPACE中的中的PWM输出实例输出实例dSPACEdSPACE 应用应用串口数据通串口数据通讯方法与方法与实例例dSPACEdSPACE 应用应用串口基本知识串口基本知识串口端口有9针和15针两种形式。目前在控制领域最常用的是9针的这种。配对的两个串口有公口和母口之分，把有针的那个端口称为公口，另一个称为母口。9针串口的每根针都有指定的编号，在通讯过程中有不同的用途。常用的串口通信方式有RS232、RS422、RS485。dSPACEdSPACE 应用应用尽管串口有9根针可以供实用，但在控制领域中最经常使用其中的3根，分别是TXD，RXD和GND，已经足以满足控制中数据的发送和接收的需要。其它的针脚用与更复杂的外围设备的连接与控制。这里我们讨论dSPACE通过此3根针实现的串口数据通讯的方法，并通过一实例来说明其中的操作步骤。串口基本知识串口基本知识9针串口端口针脚编号及作用1 DCD，载波检测；2 RXD，接收数据；3 TXD，发出数据；4 DTR，数据终端准备好；5 GND，信号地线；6 DSR，数据准备好；7 RTS，请求发送；8 CTS，清除发送；9 RI，振铃指示。dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE对串口通讯的支持对串口通讯的支持dSPACE不同的版本对串口支持程度不同。DS1401只支持RS232一种串口通讯模式，不支持RS422和RS485模式。在 DS1401中，RS232模 式 支 持 的 最 大 数 据 波 特 率 为115.2kBd。每种模式都支持可设置的数据位数、奇偶校验位、停止位以及输入输出缓冲区大小。dSPACEdSPACE 应用应用使用使用dSPACE串口数据通讯的步骤串口数据通讯的步骤（1）硬件连线MicroAutoBOX板并不向外提供串口端口9针形式的连接，并不能与相应的串口直接连接进行通讯。DS1401只对外提供一路串口通信的TXD和RXD.为了使dSPACE与串口通讯，需要把MicroAutoBOX提供串口通讯能力的两根针引出，另一端与串口的公口或母口相连。dSPACE每个接口每根针的意义可以相关的帮助文档中获得。（2）使用串口设置进行串口通讯设置串口通讯设置模块包括了串口通讯模式、波特率、数据位、奇偶校验位、停止位以及输入输出缓冲区大小的设置，其它一些设置与dSPACE是否能与外界通讯成功也密切相关，将在实例讲解中详细讲述。串口通讯设置模块名称是Serial Setup。如果有其它的串口通讯模块存在于模型中（比如读模块或写模块），则该模块必须存在，否则不能通过编译。dSPACEdSPACE 应用应用（3）使用串口读写模块接收或发送数据串口读写模块完成实际的数据接收或发送功能。串口读写模块利用相应串口设置模块中的设置信息，与外部设置进行通讯。串口读写模块均配有独立的设置选项，将在实例中再进行详细的说明。使用使用dSPACE串口数据通讯的步骤串口数据通讯的步骤dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE与与PC串口数据通讯实例串口数据通讯实例这里通过实例演示利用dSPACE进行串口通讯的详细步骤以及程序的编写方法。实例例演示了dSPACE与PC机之间互相通讯，即从dSPACE发送数据给PC机，PC机同时给dSPACE发送数据，它们之间接收数据和发送数据同时进行，互不影响。dSPACEdSPACE 应用应用准备工作接线把dSPACE串口通讯所需的数据线引出，并连接上一个串口。这里串口端口可以选择公口或母口，取决于被控设备的串口端口。注意，虽然从dSPACE接出的串口端口形式可以不同，但是接选择公口或母口会导致其接线方式的不同。其原因是因为前面对串口针脚信号的定义是针对公口的，而对于两个利用串口通讯的设备来说，一端的发送数据，对应另一端的接收数据，这样双方才能顺利地进行通讯。因此，当选择公口时，dSPACE的TXD接串口端口的3脚，RXD接串口端口的2脚。如果选择母口时，dSPACE的TXD接串口端口的2脚，RXD接串口端口的3脚。如果上述针脚接错，将导致不能正确通讯。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用准备工作PC机端串口通讯软件PC机端串口通讯软件负责从串口接收dSPACE发送来的数据，同时给dSPACE发送数据。为了调试的需要，我们不必要懂得如何在PC机上编写串口通讯软件，也不必要从头开始编写。目前，比较常用的一个软件为“串口调试助手”，该软件完全免费，功能齐全，容易使用，而且已经过大多数人的测试及认可，是串口调试必不可少的一个工具。串口调试助手只支持三线制的串口通讯，这已满足控制领域的需要。串口调试助手能选择串口号，设置波特率、奇偶校验位、数据位、停止位，支持十六进制发送和显示，支持定时发送和手动发送，支持文件发送，对接收的数据保存成文件等功能。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用串口调试助手界面dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序打开Matlab/Simulink，新建一个Simulink仿真程序。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序从Simulink模块库中选择dSPACE串口设置模块，其位置位于dSPACE RTI1401DS1401 Standard I/O SER TYPE1库中，如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序选择其中的串口通讯设置模块DS1103SER_SETUP，并拖动放入刚建立的空白仿真程序中，如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序双击串口通讯设置模块，将弹出串口通讯设置选项窗口（注意，此前必须先插入dSPACE加密狗，否则无法弹出该窗口），如图所示。该选项窗口中有四个选项卡，每个选项均提供了对串口通讯不同的设置，下面将详细介绍各个设置内容及其对串口通讯的影响。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序第一个选项卡名称为Unit，意为“模块”，提供了一行文字说明，表达设置该模块的意图为“为通用异步接收和传送接口设置全局选项”。用于选择串口通道，在些两项均选“1”。（Channel Number为1时为串口通信，2时为Lin通信）dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用第二个选项卡名称为UART，意为“通用异步接收和传送”，该选项卡包含了大多数对串口正常通讯有着关键影响的设置。下面逐一解释各个选择的含义。第一行Transceiver，即传输模式，根据UNIT项的设定，此处自动为RS232，不能修改。第二行Baud rate，即波特率设置，这里需要输入一个值，最大可输入值为115200，此例中设为57600。第三行Data bits，即数据位数设置，可供选择有5,6,7,8，此例中设为8。第四行Stop bits，即停止位设置，可供选择有1,1.5,2，此例中设为1。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用第五行Parity，即奇偶校验位设置，可供选 择 有 No,Odd,Even,Force parity one,Force Parity zero，此例中设为No。第六行为Copy data to RX SW FIFO after reception of?bytes at latest，意为在收到最近的多少个字节数据后，把这些数据拷贝到输入缓冲区。可供选择的设置有1，4，8，14。，此例中设为14。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序第三个选项卡名称为FIFO，意为“输入输出缓冲区”，在这里可以设置接收或发出数据时缓冲区的大小，也可以对接收的缓冲区作更细致的设置。选项中的SW FIFO size指输入输出缓冲区的大小，单位为字节。这里可以输入一个数字，但是该数字必须是2的n次幂，否则不予接受。默认缓冲区的大小为64字节。本例中，使用默认值64字节，不需要修改。该选项卡中还有一个专门针对接收缓冲区的设置，即RX SW FIFO，其中的Overwrite mode是指当接收缓冲区中已经满了，新的数据又来了，该如何处置原来缓冲区中的数据。这里提供了两种选择，Discard new data指丢弃新的数据，不予接收，Replace old data with new data指用新的数据覆盖原来的数据。当选择后者时，下面允许设置被覆盖块的大小。不同的选择会导致dSPACE产生不的行为。这里采用默认设置，即Discard new data。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序第四个选项卡为Advanced，意为“高级设置”。在该选项卡里只有一个选项，Disable UART on termination，意为在通讯结束时，禁用UART。默认情况下被选择，不需要修改。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序同样从库中把串口读模块CAN_TYPE1_SER_RX_M1_C1加入到仿真程序中。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例建立dSPACE串口通讯程序双击串口读模块，打开其选项设置窗口。如图所示。串口读模块选项设置窗口共有三个选项卡，第一个选项卡为Unit，与串口设置模块设置窗口中的第一个选项卡一样，填写方式也一致，这里不详细解说。dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序第二个选项卡为RX Parameters，意思为接收参数。如图所示。该选项卡中有两个大的设置组，其中第一个组为接收模式设置，第二个组为接收字节数设置。第二个组下面根据所设置不同，有更多的子选项。下面分别介绍。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序在接收模式设置组中，可以设置当读缓冲区中的数据少于设定的接收字节数时，如何处理。有两个选择项，其一为Read available any way，即无论缓冲区中有多少数据，都读取并传送给用户。这时可能导致用户接收到的数据不是设定的字节数。选项二为Skip read operation，即忽略读操作，直到缓冲区的数据多于或等于设定的接收字节数时才执行读操作，这保证了用户接收到的数据永远为指定的大小。在接收字节设置组中，有两个子选项组，在同一时刻，只允许其中一个是可设置的。这通过Parameter flexibility，即参数的可变性选项来控制。如果该选项设置为tunable，则指接收的字节数是可变的，其具体大小在运行的过程中可通过模块的NumBytes接口输入（选中by input port选项），或在该模块中指定大小，在程序运行时该值通过ControlDesk实时修改。如果设置为non-tunable，则接收的字节大小将一直保持不变。无论以何种方式指定，其可接收的最大字节数为串口设置模块中设定的输入输出缓冲区值减去一。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序第三个选项卡为高级设置选项，该选项卡可以设置是否启用NumRXBytes和Status输出口。NumRXBytes说明本次接收到的字节数，即NumBytes输出口中数据量的大小。Status输出口说明了本次读操作是否成功或失败。如果成功，该输出口的值为0，否则为 其 它 值，详 细 的 说 明 请 查 阅dSPACE帮助。在较复杂的控制程序中，这两个值为下一步的程序逻辑提供了依据。启用NumRXBytes和Status输出口，以便在ControlDesk中监视读操作的状态。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序我们把读取到的数据保存在一个Data Memory中，Status端口和NumRXBytes端口简单的忽略。结果如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序我们已经可以从串口接收数据并保存了下来，下一步就是要建立从串口发送数据的程序。发送数据利用的是dSPACE库中的串口写模块CAN_TYPE1_SER_TX_M1_C1，我们从库中把该模块拖出放到窗口上。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE串口通讯程序默认情况下，串口写模块有两个输入端口和两个输出端口，但是经过设置以后，可以只有一个输入端口。串口写模块的设置与串口读模块的设置非常相似，这里不再细说。我们设置发送固定8字节的数据，如果缓冲区满，则丢弃新的数据。我们把保存读数据的Data Memory中的数据通过串口写模块发送。如图所示。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用测试dSPACE串口通讯我们串口数据通讯的第一个例子已经完成，启动dSPACE及ControlDesk，编译并下载已经制作好的Simulink仿真程序，在ControlDesk中设置好监视界面，连接dSPACE与PC机，运行串口调试助手（这些知识应该都已经具备）。在串口助手中输入一定的数据，并启动定时发送，将看到dSPACE可以接收到发来的数据，同时dSPACE把接收到的数据回发给串口调试助手。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用总结通过例一，我们可以看到，使用dSPACE与外部设备进行串口通讯并不困难，关键在于模块的设置中，应该采用与配对通讯设备中相同的参数设置。通过Simulink模块在dSPACE中编写串口通讯程序只是其中的一个方法，dSPACE为编写程序提供了更多的灵活化的方法，有兴趣的读者请参考相关的帮助文档。串口通讯的各模块的设置非常灵活，每一项设置都可能会对串口通讯是否能成功产生影响，你不可能也不必要记住每一项细则，幸好dSPACE提供了非常丰富和详尽的帮助文档，在使用过程中如果遇到任何问题，可以首先查阅相关的帮助文档。dSPACE与与PC串口数据通串口数据通讯实例例dSPACEdSPACE 应用应用CAN通通讯应用用dSPACEdSPACE 应用应用为什么要用网络为什么要用网络车上的控制器越来越多汽车上控制器之间的交换信息的需求越来越多安全性和舒适性的要求越来越高线束问题CAN的优点的优点可靠性成本低功能更强dSPACEdSPACE 应用应用 CAN(Controller Area Network)总线是由德国BOSCH公司在20世纪80年代初为了解决汽车中控制与测试仪器之间的数据传输而开发的一种新型汽车总线。它具有高传输速率，高抗电磁干扰性，并且能够检测出发生的几乎任何错误。由于其卓越性能，近年来CAN总线已经发展成为车辆电子工程的主流总线。到目前为止，CAN总线现在已经制定了CAN2.0规范，并且已被ISO国际标准组织制定为国际标准ISO11898，同时也已经得到Intel,Motorola,Philips,Siemens,NEC等国际知名大公司的支持。CAN2.0规范分为CAN2.0A和CAN2.0B，CAN2.0A支持标准的11位标识符，CAN2.0B支持标准的11位标识符和扩展的29位标识符。CAN2.0规法的目的是为了在任何两个基于CAN2-bus的仪器之间建立兼容性，定义了传输层，并定义了CAN协议在周围各层当中发挥的作用。dSPACEdSPACE 应用应用使用使用dSPACE进行进行CAN通信的步骤通信的步骤建立软件模型决定使用的CAN通道号硬件连线使用dSPACE的CAN接收模块代替软件模型中相应的信号源、CAN接收模块代替软件模型中相应的信号宿。对dSPACE的CAN模块的属性进行设置编译模型并下载到dSPACE中运行观察运行结果dSPACEdSPACE 应用应用这里通过实例演示利用dSPACE进行CAN通讯的详细步骤以及程序的编写方法。例中演示了混合动力汽车整车控制器通过CAN总线发送控制指令，并接收电池控制器通过CAN总线发送过来的电池组信息。涉及的CAN通信协议如下页所示：dSPACEdSPACE 应用应用ID(0 x1010A7A6)INTEL STANDARD 实际物理值总线传送数值factoroffset 总线波特率:500Kbit/sTransmitter电池控制器电池控制器Base time10ms Signal description信号描述信号描述bytebittypefactoroffsetUnitremarksbattery_voltage电池总电压 0-115-0unsigned0.10Vbattery_current电池总电流 2-315-0unsigned0.1-1000Acharging_current_max最大充电电流 4-515-0unsigned0.1-1000Adischarging_current_max最大放电电流 6-715-0unsigned0.1-1000A表表3-23-2dSPACEdSPACE 应用应用ID(0 x1010A6A7)INTEL STANDARD 实际物理值总线传送数值factoroffset 总线波特率:500Kbit/sTransmitter整车控制器整车控制器Base time10ms Signal description信号描述信号描述bytebittypefactoroffsetUnitremarksTarget_Torque_ISGISG目标转矩07-0unsigned0.1-320NmIntel format17-0ISG_Enable运行或停止命令27-6-01:上电，10:下电，11:ISG运行IPU_stateIPU工作状态5-400:启动发电机；01:助力加速；10一般发电；11：制动发电MsgCount计数器3-0-10-值不增加则该结点通讯故障Not used未使用3-7表表3-13-1dSPACEdSPACE 应用应用dSPACE的的CAN通信实例通信实例建立dSPACE的CAN通讯程序打开Matlab/Simulink，新建一个Simulink仿真程序。从Simulink模块库中选择dSPACE CAN设置模块，如图所示。（CAN通讯程序中至少需要一个CAN设置模块）dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE CAN通讯设置模块双击CAN通讯设置模块，将弹出串口通讯设置选项窗口，如图所示。该选项窗口中有四个选项卡，每个选项均提供了对CAN通讯不同的设置。dSPACE的的CAN通信实例通信实例 第一个选项卡名称为Unit，意为“模块”，这里我们需要选择CAN通道和比特率，每个设置模块只能对应一个CAN通道和一种比特率。如图，我们选择第一路CAN，比特率定为500kbit/s。后三个选项在一般的CAN通信程序设计中用不到，此处我们选择默认设置。dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE CAN通信接收模块同样从库中把CAN接收模块RTICAN Receive模块加入到仿真程序中，并根据CAN协议对模块的参数进行设置。如图所示。dSPACE的的CAN通信实例通信实例dSPACEdSPACE 应用应用在在MessageMessage选选项项卡卡中中须须设设置置所所接接收收帧帧的的IDID，如如图图所所示示，IDID格格式式设设为为XTDXTD、hexhex，IDID值为值为1010A7A61010A7A6。dSPACEdSPACE 应用应用在在 Message Message CompositionComposition选选项项卡卡中中须须设设置置所所需需要要的的信信号号在在数数据据帧帧的的位位置置，对对数数据据帧帧进进行行解解析析，主主要要填填写写信信号号名名称称（SignalSignal）、信信号号起起始始位位（StartStart）、信信号号总总位位数数（bitbit）、比比例例系系数数（FactorFactor）和和偏偏移移量量（OffsetOffset），其其它它默默认认，如图所示如图所示 。dSPACEdSPACE 应用应用在在OptionsOptions选选项项卡卡中中选选择择所所需需要要输输出出的的CANCAN信信息息及及对该帧的控制。对该帧的控制。dSPACEdSPACE 应用应用设置完成后如图所示。设置完成后如图所示。dSPACEdSPACE 应用应用建立dSPACE CAN通信发送模块同样从库中把CAN发送模块RTICAN Transmit模块加入到仿真程序中，并对模块的参数进行设置。如图所示。RTICAN Receive设置过程基本一致。dSPACE的的CAN通信实例通信实例dSPACEdSPACE 应用应用CAN通信其它常用模块总线停止及恢复模块dSPACEdSPACE 应用应用CAN通信其它常用模块总线状态模块