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研究生： 楊宜學
Yi-shiue Yang
論文名稱： 以DSP為基礎具USB介面之遠端控制系統之研發
Prototype Research and Development of DSP-Based Remote Control System with USB Interface
指導教授： 莊華益
Hua-yi Chuang
口試委員: 唐永新
Yeong-shin Tarng
吳忠霖
John-ling Wu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 63
中文關鍵詞： 數位訊號處理器
外文關鍵詞： DSP
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    • 網際網路的普及，加上個人電腦運算能力的提升，人們可以使用個人電腦透過網路完成所要的工作，進而提升工作效率與生活品質，且在電腦I/O介面通訊方面，USB傳輸能自動偵測與配置系統的資源，不需要另外設定IRQ中斷、I/O位址。加上高速傳輸、隨插即用和熱插拔等特性，使得通用序列匯流排傳輸已經取代了ㄧ般傳統I/O介面，經由此一介面，將可用輕易設計符合需求的電腦週邊裝置。
    有鑒於此，本文將整合一個遠端控制系統，採用德州儀器的數位處理器（TMS320LF2407）來設計控制器，控制器與系統伺服器之間通訊使用Cypress半導體的USB 傳輸微控器（CY7C64613），透過USB微控器的幫助可以使此系統輕易的架設在個人電腦上，再加上ASP網站與ActiveX控制項的技術，完成遠端與伺服端之間的通訊，成功實現遠端控制系統。

    Because of the popularization of the Internet and the improvement of calculation ability of PC, people may access to the Internet through PC to do their job; in this way, people enhance the efficiency and life quality. Besides, in the field of I/O interface of the computer, USB Transmission can detect and dispose the resources of the system automatically without the need of setting up IRQ interrupt, I/O address and so on. Furthermore, the support of High-speed transmission、Plug and Play, and hot plug enables USB transmission to replace traditional I/O interface; Through this interface, it is easy for us to design a computer peripheral device which meets the consumer’s need.
    Therefore, in this study, I am going to integrate a remote control system. I adopt the DSP of Texas Instrument to design the controller; USB MCU of Cypress enables the communication between the system of the controller and the server; with the aid of USB MCU of Cypress, it is easier to set up this system onto the PC; The aid of USB MCU of Cypress along with the ASP web and ActiveX control technology make the communication among the remote control systems, realizing the remote control system.

    中文摘要 .............................................................................................................................I 英文摘要 ...........................................................................................................................II 誌 謝 ..........................................................................................................................III 圖表索引 ..........................................................................................................................VI 第一章 緒論 ....................................................................................................1 1.1 研究背景與動機 ...............................................................................1 1.2 研究架構與流程 ...............................................................................1 1.2.1 研究架構 ............................................................................................2 1.2.2 研究流程 ............................................................................................2 1.3 系統硬體配置 ....................................................................................3 第二章 USB傳輸系統 ....................................................................................4 2.1 USB基本結構 ....................................................................................4 2.1.1 USB硬體結構 ....................................................................................4 2.1.2 USB資料流的模式與管線觀念 ........................................................5 2.1.3 USB介面的電氣特性 ........................................................................7 2.2 USB的編碼方式 ................................................................................8 2.3 USB的通訊協定 ..............................................................................10 2.3.1 USB協定層 ......................................................................................10 2.3.2 USB傳輸類型 ..................................................................................13 2.4 USB裝置設計 ..................................................................................13 2.4.1 Cypress CY7C64613介紹 ...............................................................14 2.4.2 韌體的設計與撰寫 ..........................................................................15 第三章 TI TMS320LF2407 控制板 ............................................................19 3.1 簡介 ..................................................................................................19 3.2 主要電路 ..........................................................................................21 3.2.1 外部記憶體介面 (XMIF) ...............................................................22 3.2.2 CPLD擴充介面 ...............................................................................24 3.2.3 記憶體電路 ......................................................................................24 3.2.4 馬達控制週邊電路 ..........................................................................25 3.3 TMS320C2x C語言 .........................................................................26 3.3.1 TMS320C2x C語言的資料型態 .....................................................27 3.3.2 如何去取用I/O space的記憶體 ......................................................27 3.3.3 Compiler Pragma Directives ............................................................28 3.3.4 C Inline expansion ............................................................................28 3.3.5 C和組合語言的混合編輯 ...............................................................29 3.3.6 C語言的中斷 ...................................................................................30 3.3.7 C Language memory model ............................................................31 第四章 控制系統理論 ..................................................................................33 4.1 受控場數學模式 ..............................................................................33 4.2 PID控制 ...........................................................................................37 4.3 自組織模糊控制 ..............................................................................37 4.3.1 自組織模糊控制理論 ......................................................................38 4.3.2 自組織模糊控制器設計 ..................................................................43 第五章 遠端控制系統整合 ..........................................................................44 5.1 監控網頁伺服器建置與分析 ..........................................................44 5.2 動態網頁程式語言 ..........................................................................45 5.3 Active X控制項設計 ...................................................................... 48 5.3.1 畫面設計 ..........................................................................................48 5.3.2 Active X程式設計流程 ...................................................................49 5.4 系統整合 ..........................................................................................50 5.4.1 CPLD I/O介面設計 .........................................................................51 5.4.2 USB傳輸韌體規 ..............................................................................52 5.4.3 DSP程式流程 ..................................................................................53 5.5 系統使用介紹 ..................................................................................54 第六章 結論 ..................................................................................................61 參考資料 ..........................................................................................................................62 作者簡介 ..........................................................................................................................63 授權書 ..........................................................................................................................64 圖表索引 圖表索引 ......................................................................................................................... VI 圖1-1 研究流程圖 ........................................................................................................2 圖1-2 硬體配置圖 ........................................................................................................3 圖2-1 USB硬體架構圖 ................................................................................................4 圖2-2 虛擬管線的構造 ................................................................................................6 圖2-3 全速裝置與PC主機之間的電氣特性連接圖 ..................................................7 圖2-4 NRZI編碼的範例說明 ......................................................................................9 圖2-5 NRZI解碼的過程 ..............................................................................................9 圖2-6 主機與裝置間通訊協定示意圖 ......................................................................11 圖2-7 CY7C64613簡化內部硬體方塊圖 .................................................................14 圖2-8 USB描述元階層圖 ..........................................................................................15 圖2-9 韌體架構圖 ......................................................................................................18 圖3-1 實驗板硬體簡化圖 ..........................................................................................20 圖3-2 2407內部硬體方塊圖 .....................................................................................21 圖3-3 訊號時序圖 ......................................................................................................23 圖3-4 2407記憶體配置圖 .........................................................................................25 圖3-5 開集極輸出轉差動式輸出的接線圖 ..............................................................26 圖4-1 分激式直流馬達等效模型圖 ..........................................................................33 圖4-2 直流馬達速度數學模式方塊圖 ......................................................................34 圖4-3 直流馬達位置控制閉迴路方塊圖 ..................................................................34 圖4-4 直流馬達驅動電路電壓輸入輸出圖 ..............................................................35 圖4-5 含驅動電路閉迴路方塊圖 ..............................................................................35 圖4-6 線性範圍內閉迴路方塊圖 ..............................................................................36 圖4-7 系統響應圖 ………..........................................................................................36 圖4-8 PID位置控制方塊圖 .......................................................................................37 圖4-9 時域的步階響應圖 ..........................................................................................38 圖4-10 誤差修正量關係圖 ..........................................................................................39 圖4-11 系統輸入輸出的關係 ......................................................................................40 圖4-12 X(nT)與Xd關係圖 ..........................................................................................40 圖4-13 被激發之規則模組示意圖 ..............................................................................41 圖4-14 SOFC的架構圖 ...............................................................................................42 圖4-15 線性模糊插值法運算示意圖 ..........................................................................42 圖5-1　 VB集合與子集合關係 ....................................................................................46 圖5-2 ASP網頁架構示意圖 ......................................................................................46 圖5-3 Active X遠端人機介面 ...................................................................................48 圖5-4 ActiveX程式設計流程圖 ................................................................................49 圖5-5 遠端控制系統硬體架構圖 ..............................................................................50 圖5-6 介面電路規劃 ..................................................................................................51 圖5-7 DSP 程式動作流程說明 .................................................................................53 圖5-8 網站首頁 ..........................................................................................................54 圖5-9 遠端控制介面程式 ..........................................................................................54 圖5-10 控制器選擇 ......................................................................................................55 圖5-11 PID控制器參數選擇 .......................................................................................55 圖5-12 自組織模糊控制器參數選擇 ..........................................................................56 圖5-13 PID控制器響應圖 ...........................................................................................56 圖5-14 Kp=6.6；Ki=0.39；Kd=0.39 …………..……….………………………………57 圖5-15 Kp=11.8；Ki=0.65；Kd=0.21 ………….………………..…..…………………57 圖5-16 Kp=14.4；Ki=1.96；Kd=4.05 ……..……………………...……………………57 圖5-17 自組織模糊控制器響應圖 ..............................................................................58 圖5-18 第一次組織響應圖 ..........................................................................................58 圖5-19 第二次組織響應圖 ..........................................................................................59 圖5-20 第三次組織響應圖 ..........................................................................................59 圖5-21 第四次組織響應圖 ..........................................................................................59 圖5-22 第五次組織響應圖 ..........................................................................................60 圖5-23 重置後介面圖 .................................................................................................60 表2-1 USB裝置狀態表 ................................................................................................8 表2-2 封包型態與規格 ..............................................................................................12 表2.3 各種傳輸類型的相關特性與功能 ..................................................................13 表2-4 8051 INT2中斷向量(AVEN=1) ......................................................................16 表2-5 中斷跳躍表格 ..................................................................................................16 表2-6 USB標準裝置要求及回應 ..............................................................................17 表3-1 XMIF接腳介紹 ...............................................................................................22 表3-2 TMS320C2x C Language 資料型態 ...............................................................27 表3-3 記憶體區間指令表 ..........................................................................................32 表4-1 符號說明表 ……..............................................................................................33 表4-2 初始模糊資料庫 ..............................................................................................43 表5-1 Web Server基本需求規格 ...............................................................................44

    [1] 許永和，”USB週邊裝置設計實務”，台北，長高科技，民國九十二年
    [2] Cypress semiconductor，”EZ-USB FX™ USB Microcontroller”，San Jose，CA.，U.S.A.，pp3-5，2003.
    [3] Cypress semiconductor，”EZ-USB FX Manual Technical Reference” ，San Jose，CA.，U.S.A.，pp34-36，2000.
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    [5] Texas Instruments，”TMS320LF2407，TMS320LF2406，TMS320LF2402 DSP Controllers” ，Texas Instruments，Texas，U.S.A.，p5，2001.
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    [11] 許永和，” 介面設計與實習：使用Visual Basic”，台北，長高科技，民國九十四年。
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    [16] DUBEY 著，羅永昌 譯，”電動機控制 (Power Semiconductor Controlled Drives)”，台北，高立圖書，民國九十年。
    [17] Texas Instruments，” TMS320C2x/C5x Optimizing C Compiler User’s Guide”， Texas Instruments，Texas，U.S.A.，1991.
    [18] Ming-Bo Lin，”FPGA Systems Design and Practice Lecture Notes”， Department of Electrical Engineering， National Taiwan University of Science and Technology，Taipei，Taiwan，R.O.C.，2005.

    無法下載圖示 全文公開日期 2011/07/18 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)
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