【正文】 控制電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)控制電路主要由以 TMS320LF2407A為核心的 DSP最小系統(tǒng)，外加各種通信及控制電路接口組成?？刂葡到y(tǒng)功能框圖如圖 34所示： 圖 34控制系統(tǒng)功能框圖 主控芯片 TMS320LF2407A介紹 TMS320系列 DSP的體系結(jié)構(gòu)是專為實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)，該系列 DSP 控制器將實(shí)時(shí)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了理想的解決方案。其中TMS320LF2407A是 TI公司面向電機(jī)控制推出的一款定點(diǎn)型 DSP處理器，其特點(diǎn)可歸結(jié)如下： (1) 采用高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為 3． 3V，減小了處理器的功耗； 40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到 25ns，從而提高了處理器的實(shí)時(shí)控制能力，使 LF2407A 可以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的 16位微處理器和控制器的性能。 (2) 基于 TMS320C2XXDSP 的內(nèi)核，保證了 TMS320LF2407A 芯片的代碼與 TMS320系列DSP代碼兼容。 (3) 片內(nèi)高達(dá) 32K字的 Flash程序存儲(chǔ)器，高達(dá) 2． 5K字的數(shù)據(jù)／程序 RAM， 544字雙端口 DARAM， 2K字的 SARAM。 (4) SCI／ SPI引導(dǎo) ROM。 (5) 兩個(gè)事件管理器模塊 EVA和 EVB，每個(gè)管理器模塊包括：兩個(gè) 16位通用定時(shí)器， 8個(gè) 16位的脈寬調(diào)制 PWM通道，可以實(shí)現(xiàn)三相反相控制、 PWM的中心或邊緣校正、當(dāng)外部引腳 PDPINTx出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉 PWM通道；防止擊穿 故障的可編程的 PWM死區(qū)控制：對(duì)外部時(shí)間進(jìn)行定時(shí)捕獲的 3 個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器電路； 16 通道的同步 A／ D 轉(zhuǎn)換器。時(shí)間管理器模塊適用于控制交流異步電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、多級(jí)電機(jī)和逆變器。 (6) 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共 192K字的空間，分別為 64K程序存儲(chǔ)空間、 64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間、 64K字的 I／ 0空間。 (7) 10 位 AD轉(zhuǎn)換器，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為 375ns， 8 個(gè)或 16個(gè)多路復(fù)用的通道，可選擇由兩個(gè)事件管理器或軟件觸發(fā)。 (8) ，即控制器局域網(wǎng)模塊。 (9) 串行通信接口 SCI模塊。 (10) 16位串行外部設(shè)備接口 SPI模塊。 (11) 看門狗定時(shí)器模塊基于鎖相環(huán) PLL的時(shí)鐘發(fā)生器。 (12) 高達(dá) 41個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入輸出引腳。 (13) 5個(gè)外部中斷，其中 2個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)， 1個(gè)復(fù)位中斷和兩個(gè)可屏蔽中斷。 (14) 電源管理，具有 3種低功耗模式，能獨(dú)立地將外同器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。 DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) DSP最小系統(tǒng)是指既沒(méi)有輸入通道，也沒(méi)有輸出通道，同時(shí)也不與其它系統(tǒng)進(jìn)行通信的DSP系統(tǒng)。 DSP 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是 DSP硬件設(shè)計(jì)中的最基本，也是最重要的一步。它主要包括：電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、仿真接頭、擴(kuò)展 SRAM等，圖 35便是一個(gè) DSP最小系統(tǒng)框圖。 圖 35 DSP最小體統(tǒng)框圖 DSP外圍接口電路設(shè)計(jì) 1．串行接口 串行接口電路如圖 36，我們通過(guò)一片 MAX232構(gòu)成串行通信接口。 MAX232是雙路驅(qū)動(dòng)／接收器，內(nèi)部包括電容型的電壓生成器，可以將 5V 電源轉(zhuǎn)換成符合 EIA／ TIA232E 的電壓等級(jí)。接收器將 EIA／ TIA232E標(biāo)準(zhǔn)的輸入電平轉(zhuǎn)換成 5VTTL／ CMOS電平。接收器的典型臨界值是 1． 3V，典型磁滯是 0． 5V。發(fā)送器將 TTL／ CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換成 EIA／ TIA232E電平。這樣就可以實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信。 圖 36 串口電路圖 2． CAN總線接口 UC5350是 CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，對(duì)總線提供不同的發(fā)送能力和對(duì) CAN控制器提供不同的接收能力，完全和 IS011898標(biāo)準(zhǔn)兼容，并具有對(duì)電池和地的短路保護(hù)功能。圖 37是 CAN總線接口電路。 圖 37 CAN總線接口電路 四、變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)控制能力的優(yōu)劣很大程度取決十軟件可靠性和通用性之外，滿足實(shí)時(shí)性的前提下，還要具有很好的實(shí)時(shí)性．控制軟件還應(yīng)具仃靈活性。本系統(tǒng)軟件采用了自上而下、從整體到局部的設(shè)計(jì)思想，采用模塊化設(shè) |十方案，使程序恩路清晰，可讀性強(qiáng)。 系統(tǒng)軟件整體設(shè) 計(jì) 本系統(tǒng)的軟件辛要有兩部分組成：一、上位機(jī)監(jiān)控程序：二、下位機(jī)控制程序。上位機(jī)負(fù)責(zé)電機(jī)參數(shù)的設(shè)定、電機(jī)及 IPM運(yùn)行狀態(tài)的顯示；下位機(jī)主要負(fù)責(zé)串口通信、空間矢量算法的計(jì)算、 PWM 輸心、電壓電流采集、故障監(jiān)控等。上位機(jī)軟件只需要實(shí)現(xiàn)對(duì) Pc 機(jī)串口的讀寫操作，本系統(tǒng)采用 Vc++編制了上位機(jī)監(jiān)控顯示程序控制界面。 下位機(jī)控制程序主要由主程序和三個(gè)中斷服務(wù)子程序組成。主程序主要負(fù)責(zé) DSP初始化、串口接收發(fā)送、循環(huán)等待等，其程序流程如圖 42所示。中斷服務(wù)子程序包括：串口通信中斷服務(wù)程序、 PWM中斷服務(wù)程序、故障中斷服務(wù)程序。 串口通信中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是：一、接收上位機(jī)發(fā)送的參數(shù)給定信息。二、將電機(jī)轉(zhuǎn)速、母線電壓、 IPM狀態(tài)等信息傳給上位機(jī)顯示。其程序流程如圖 41所示： PWM中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是：一、根據(jù)給定頻率完成頻率的調(diào)節(jié)控制。二、根據(jù)當(dāng)前頻率值實(shí)時(shí)完成 SVPWM 算法的計(jì)算和波形輸出。三、電壓電流 及溫度信號(hào)的采集和 A／ D轉(zhuǎn)換。其程序流程如圖 43所示： 故障中斷服務(wù)程序主要任務(wù)是：當(dāng) TMS320LF2407 的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳接收到過(guò)流、欠壓、過(guò)熱、短路等故障信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生中斷，立刻封鎖 PWM輸出，斷開(kāi)主電路并顯示相應(yīng)的故障，避免系統(tǒng)和 IPM功率模塊燒壞。故障中斷服務(wù)程序流程如圖 44所示： 圖 41串口通信中斷程序流程 圖 42主程序流程圖 圖 43 SPWM中斷服務(wù)程序流程 圖 44故障中斷服務(wù)程序流程 源程序 // 該程序用于簡(jiǎn)單的 SVPWM 演示 ,產(chǎn)生 3 相互差 120 度電角度的正弦交流電壓 ,此程序?qū)? // 時(shí)計(jì)算 cmp1 和 cmp2 的值 //include include include include float ualfa[200],ubeta[200]。 // 存儲(chǔ)電壓矢量 Uout 的（α ,β）軸分量 ualfa、 ubeta 的數(shù)組 int sector[200]。 // 定義存儲(chǔ)扇區(qū)數(shù)的數(shù)組 define PI2 2* // 定義 2π的值 define DETA PI2/200 // 定義相臨兩個(gè) Uout 之間的電角度的差值 define INIA define TP 20 // t1 的周期寄存器的值 ,其值等于 SVPWM 調(diào)制周期一半 , // 因?yàn)樵谠摮绦蛑?2π電角度內(nèi) Uout 的點(diǎn)數(shù)一定 ,故改變此值 // 可以改變輸出的 3 相正弦交流電壓的頻率 define KP // 定義 Uout 的標(biāo)幺值 ,KP 的值在 0 和 1 之間 ,改變此值可以 // 改變逆變橋輸出電壓的幅值 // 屏蔽中斷子程序 void inline disable() { asm( setc INTM)。 } // 系統(tǒng)初始化子程序 void initial() { *IFR=0x0FFFF。 // 清除所有的中斷標(biāo)志 *IMR=0x0000。 // 屏蔽所有中斷 *SCSR1=0x81FE。 // CLKIN=6M,CLKOUT=24M *WDCR=0x00E8。 // 不使能看門狗 *T1PR=TP。 // 通用定時(shí)器 1 的周期 =PWM 的周期 /指令周期 /2 *T1CON=0x0802。 // 設(shè)置通用定時(shí)器 1 為連續(xù)增減模式 ,以產(chǎn)生對(duì)稱的PWM, // 且為了便于調(diào)試 ,使仿真一掛起時(shí)時(shí)鐘就停止運(yùn)行 *ACTRA=0x0666。 // PWM 5 高有效 ,PWM 6 低有效 *COMCONA=0x9200。 // 使能 PWM 輸出和比 較動(dòng)作 *EVAIMRA=0x0000。 // 禁止 EVB 和時(shí)鐘及比較有關(guān)的中斷 *T1CNT=0x0000。 // T1 的計(jì)數(shù)器清 0 *EVAIFRA=0x0FFFF。 // 清除 EVB 相應(yīng)的中斷標(biāo)志 *MCRA=*MCRA|0x0fc0。 // PWM1PWM6 輸出使能 ,使能 PWM 功能 0x007E WSGR=0x0000。 // 不使能所有的等待狀態(tài) } // 根據(jù) Uout 的標(biāo)幺值 KP 計(jì)算 ualfa,ubeta 子程序 void calu() { int i。 for(i=0。i200。i++) { ualfa[i]=KP*cos(INIA+i*DETA)。 ubeta[i]=KP*sin(INIA+i*DETA)。 } } // 各點(diǎn)的扇區(qū)確定子程序 void SECTOR() { int i,a,b,c。 floatvref1,vref2,vref3。 for(i=0。i200。i++) { vref1=ubeta[i]。 vref2=(ubeta[i]+ualfa[i]*)/2。 vref3=(ubeta[i]ualfa[i]*)/2。 // 計(jì)算確定扇區(qū)數(shù)需要的 3 個(gè)參考量 // vref vref vref3 if(vref10) a=1。 else a=0。 if(vref20) b=1。 else b=0。 if(vref30) c=1。 else c=0。 a=4*c+2*b+a。 switch(a){ case 1:sector[i]=1。break。 case 2:sector[i]=5。break。 case 3:sector[i]=0。break。 case 4:sector[i]=3。break。 case 5:sector[i]=2。break。 case 6:sector[i]=4。break。 default:break。 } // 根據(jù)相應(yīng)的關(guān)系確定各個(gè) Uout 所在的扇區(qū) } } // 主程序 main() { int anticlk[6]={0x1666,0x3666,0x2666,0x6666,0x4666,0x5666}。 // 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的 6 個(gè)基本矢量 int i,k=0,cmp1,cmp2。 floatx,y,z。 disable()。 // 屏蔽所有中斷 initial()。 // 系統(tǒng)初始化 calu()。 // 計(jì)算 ualfa,ubeta 的值 SECTOR()。 // 確定各點(diǎn)的扇區(qū) ,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該由即時(shí) // 的 ualfa 和 ubeta 即時(shí)算出 while(1) { for(i=0。i200。i++) { *ACTRA=anticlk[sector[i]]。 // 重新裝配 ACTRA x=ubeta[i]。 y=(*ualfa[i]+ubeta[i])/2。 z=(*ualfa[i]+ubeta[i])/2。 // 以上 3 句計(jì)算 3 個(gè)相應(yīng)的參考量 switch(sector[i]) { case 0 :cmp1=(int)(z*TP),cmp2=(int)(x*TP)。break。 case 1 :cmp1=(int)(y*TP),cmp2=(int)(z*TP)。break。 case 2 :cmp1=(int)(x*TP),cmp2=(int)(y*TP)。break。 case 3 :cmp1=(int)(z*TP),cmp2=(int)(x*TP)。break。 case 4 :cmp1=(int)(y*TP),cmp2=(int)(z*TP)。break。 case 5 :cmp1=(int)(x*TP),cmp2=(int)(y*TP)。break。 default : break。 } // 以上根據(jù) uout 所處的扇區(qū)計(jì)算相應(yīng)的 cmp1 和 cmp2 的值 *CMPR1=cmp1。 // 比較寄存器 4 賦值 *CMPR2=cmp1+cmp2。 // 比較寄存器 5 賦值 if((i+k)==0) *T1CON=*T1CON|0x0040。 // 啟動(dòng)定時(shí)器 ,只啟動(dòng)一次 while(1) { k=*EVAIFRAamp