【正文】 TI公司在 1982年成功推出第一代 DSP芯片 TMS320xx及其系列產(chǎn)品 TMS320xx、TMS320ClO/C14， C15/C16/C17等之后，相繼推出了第二代 DSP芯片 TMS320TMS320c25/C26， C28，第三代 TMS320c30， C31/C32，第四代 TMS320C40/44，第五代 TMS320C5X/54X，第二代 DSP芯片的改進型 TMS320C2XX，集成多片 DSP芯片于一體的高性能 DSP芯片 TMS320C8X以及目前速度最快的第六代 DSP 芯片TMs320C62/C67x等。硬件是系統(tǒng)的骨架，軟件是系統(tǒng)的血肉。最后在信號的運放 和調(diào)理階段要確保參考電壓穩(wěn)定，否則即使原始信號具有很高的精度也很難獲得準確的測量數(shù)據(jù)。 鹽城工學院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 29 （ 2） 在 PCB 布局和排線的過程中，首先將高頻器件如變壓器和電感之間采用正交放置，減小磁耦合，盡可能縮短高頻器件之間的連線。 GND1VDD2V03RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16/RST17NC18LEDA19LEDK20J 10L C D _1 28 643V C C3V C C 圖 311 顯示電路 正反轉(zhuǎn) 及調(diào)速 電路設(shè)計 在本設(shè)計中采用按鍵鎖定的方式控制正反轉(zhuǎn)電路 ，當 電機正轉(zhuǎn) 按鍵 被按下后，鎖定正轉(zhuǎn)開關(guān)管的導通，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反之反轉(zhuǎn)電路也是如此。該模塊 的電路連接如圖 39 所示。當 Q10 和 Q11 的控制信號為高時， Q10 和 Q11 導通，電流從電機正向流入電機，從負向流出，電機正轉(zhuǎn)。復位后芯片從 000H 單元開始執(zhí)行程序即初始化。調(diào)整管安全工作區(qū)保護。還可以把調(diào)整端接到一個可編程 電壓上，實現(xiàn)可編程的電源輸出。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。 (3)存儲器空間 LF2407A包含三個獨立的存儲空間，在調(diào)試過程中，對于片上的 /MP MC 引腳，可以做出選擇，將其置于高電平時，進入微處理器 (Micro Processor)模式，尋址將對外程序存儲器。 (4)電源 ① CMOS工藝。 ⑧ 6個可屏蔽硬件中斷。在 TMS320系列 DSP基礎(chǔ)上， TMS320LF2407A控制器具有以下特點 。其主要的外圍電路包括電源電路、電路和晶振電路等。假設(shè)電動機的最高轉(zhuǎn)速是 3000r/min，也即 50r/s。 鹽城工學院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 19 采用定時器 1 周期中斷標志來啟動 A\D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后申請 ADC 中斷。 速 度 P I 調(diào) 節(jié) 電 流 P I 調(diào) 節(jié) P W M 控 制直 流 電 動 機位 置 和 速 度 檢測電 流 檢 測給 定 速 度+ +—電 流 參 考電 流 反 饋速 度 反 饋圖 27 直流電動機調(diào)速雙閉環(huán)控制框圖 圖 28 是根據(jù)圖 27 的控制原理所設(shè)計的用 TMS320LF2407A DSP 實現(xiàn)直流電動機調(diào)速的控制和驅(qū)動電路。電樞電流在自感電動勢的作用下繼續(xù)從 A 到 B，其電流流向如圖 25 中虛線 2，電動機仍處于電動狀態(tài)。在每個 PWM 周期的 0~t1 區(qū)間。下面討論電動機電樞的電流。而 H 型雙極性驅(qū)動應用較多，因此在這里將詳細介紹。在每個 PWM 周期的 0~t1 區(qū)間， V2 截止，電流先是沿虛線 4 流動，當減小到零后， V1導通接通電源，電流改變方向，沿虛 線 1 流動。在每個 PWM 周期的 0~t1 區(qū)間， V1 導通， V2 截止，電流 aI 經(jīng) V1﹑ V4 從 A 到 B 流過電樞繞組，如圖 23 中的虛線 1。另一種稱為H 型，其形狀像“ H”字 ,也稱橋式電路。 TMS320LF2407xA 系列電動機專用 DSP 集成了 PWM 控制信號發(fā)生器，它可以通過調(diào)整事件管理器的定時器控制寄存器來設(shè)定 PWM 工作方式和頻率；通過調(diào)整比較值來調(diào)整 PWM 的占空比；通過調(diào)整死區(qū)控制寄存器來設(shè)定死區(qū)時間；通過專用的 PWM 輸出口輸出占空比可調(diào)的帶有死區(qū) PWM 控制信號，從而省去了其他控制器所用的外圍 PWM 波發(fā)生電路和時間延遲（死區(qū)）電路。 在 PWM 調(diào)速時，占空比 a 是一個重要的參數(shù)。在圖 22（ a）中，當開關(guān)管 MOSFET 的柵極輸入高電平時，開關(guān)管導通，鹽城工學院新校區(qū)基于 DSP 的直流電機控制技術(shù)實現(xiàn) 10 直流電動機電樞繞組兩端有電壓 SU 。 對電動機的驅(qū)動離不開半導體功率器件。其中感應電動勢為： nkE e??? （ 22） 式中， ek 為感應電動勢計算常數(shù)； ? 為每極磁通； n 為電動機轉(zhuǎn)速。 (2) 原理圖繪制 :根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計 方案完成控制系統(tǒng) DSP 電路原理圖的設(shè)計工作，包括 DSP 本體電路設(shè)計和直流直線電機驅(qū)動電路設(shè)計 。 本畢業(yè)設(shè)計制作了一個小型的直流電動機調(diào)速裝置，雖然實際應用中較難用到這么小的直流電動機調(diào)速裝置，但萬變不離其宗，實際應用中的直流電動機調(diào)速裝置大致原理與本設(shè)計相差無幾，因此，本設(shè)計有著很強的理論和指導意義。 然而，由于微處理器一般采用馮－諾依曼總線結(jié)構(gòu)，處理器的速度有限，處理能 力也有限；另外，單片機系統(tǒng)比較復雜，軟件編程的難度較大。 (4) 無零點漂移，控制精度高。 以微控制器為核心的運動控制系統(tǒng)首先需要說明的是，這里的微處理器事實上是指以 MCS－ 5 MCS－ 96 等為代表的 8 位或 16 位單片機。每一次的技術(shù)升級都是控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進。在一個電機控制系統(tǒng)或運動控制系統(tǒng)中，為了得到希望的運動軌跡，人們需要對電動機進行控制。隨著數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。發(fā)生著變更。而隨著對電機控制要求的不斷提高，普通的單片機越來越不能滿足對電機控制的要求， DSP 技術(shù)的發(fā)展正好為先進控制理論以及復雜控制算法的實現(xiàn)提供了有力的支持。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明 本論文（設(shè)計）作者完全了 解 **學院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設(shè)計）進入學校圖書館被查閱。 本設(shè)計采用美國 TI 公司專門為電機數(shù)字化控制設(shè)計的 16 位定點 DSP 控制器TMS320LF2407 作為微控制器。由于直流電動機具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，因而在工業(yè)場合應用廣泛。將計算機技術(shù)的最新發(fā)展成果運用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，在經(jīng)典控制的基礎(chǔ)之上探討一種新的控制方法，為計算機技術(shù)在電力拖動控制系統(tǒng)中的應用做些研究性的工作。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的使用日益增多。隨著新的控制芯片的出現(xiàn)，給技術(shù)升級提供了新的可能。利用微處理器取代模擬電路作為電動機的控制器，所構(gòu)成的系統(tǒng)具有如下優(yōu)點： (1) 使電路更簡單。數(shù)字控制系統(tǒng)中一般不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點漂移問題，控制器的字長一般可保證足夠的控制精度。同時，一般單片機的集成度較低，片上不具備運動控制系統(tǒng)所需要的專用外設(shè)，如 PWM 產(chǎn)生電路等。 設(shè)計的主線是 “控制 ”2 字，與本人所學專業(yè)密不可分，通過完成此次畢業(yè) 設(shè)計的工作，能夠加深對本專業(yè)精髓的理解，同樣能夠增強自學能力、實踐能力和鉆研精神，而且設(shè)計過程中理論充分地聯(lián)系了實際，對以后工作也有很大的幫助。. (3) 硬件調(diào)試 :制作 PCB 電路板。將式（ 22）代入式（ 21）可得： ??????eKdtdILRIUn )( ??? （ 23） 直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為： ?IKT TM ? （ 24） 轉(zhuǎn)矩平衡方程為： dtdwJTT LM ?? （ 25） 式（ 24）和式（ 25）中， J 為折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量； MT 為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩； LT 為負載轉(zhuǎn)矩； w 為電動機角速度； TK 為電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)。在對直流電動機電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導體功率器件的使用上又可分為兩種方式：線性放大驅(qū)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式。 t1 時間后，柵極輸入變?yōu)榈碗?平，開關(guān)管截止，電動機電樞兩端電壓為零。以下 3 種方法都可以改變占空比的值： （ 1） 定寬調(diào)頻法。 電動機專用 DSP 的高速運算功能可以實現(xiàn)直流電動機的實時控制 ，通過軟件實現(xiàn)名副其實的全數(shù)字控制，從而省去了外圍的 PID 調(diào)節(jié)電路和比較電路。 H 型雙極性驅(qū)動應用較多，因此在這里將詳細介紹。 在每個 PWM 周期的 t1~t2 區(qū)間， V2 導通， V1 截止，電源斷開，在自感電動勢的作用下，進二極管 D2 和開關(guān)管 V4 進行續(xù)流，使電樞中仍然有電流流過，方向是從 A 到 B，如圖23 中的虛線 2。在每個 PWM 周期的 t1~t2 區(qū)間，V1 截止，電流先是沿虛線 2 續(xù)流，當續(xù)流電流減小到零后， V2 導通，在感應電動勢的作用下，電流改變方向，沿虛線 3 流動。圖 2=5 是 H 型雙極可逆 PWM 驅(qū)動系統(tǒng)。電樞繞組中的電流波形見圖 26。 V2﹑ V3 截止。當電流衰減鹽城工學院新校區(qū)基于 DSP 的直流電機控制技術(shù)實現(xiàn) 18 為零后， V2﹑ V3 開始導通，電流線路如圖 25 中的虛線 3 所示，電動機處于耗能制動狀態(tài)。圖中采用了 H 型驅(qū)動電路，通過 DSP 的 PWM 輸出引腳 PWM1~PWM4 輸出的控制信號進行控制。圖 2— 9 是 ADC 中斷子程序框圖。采用 1024 線的編碼器，進 DSP 四倍頻后每轉(zhuǎn)發(fā)出 4096 個脈沖。 圖 31 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計圖 TMS320系列包括：定點、浮點、多處理器數(shù)字信號處理器和定點 DSP控制器。 (1)中央處理單元 ① 32位中央算數(shù)邏輯單元 (CALU)。 (2)存儲器 ① 32K字片內(nèi) FLASH程序存儲器。 ② 3種低功耗模式，且可以靈活開啟和關(guān)閉具體外設(shè)的時鐘。在程序調(diào)試階段，常譯碼一個外部 RAM存儲器，通過 CCS中的fileload Program命令，下載編譯好的程序到外部 RAM中運行。 LM117 內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。 LM117 特性簡介：可調(diào)整輸出電壓低。標準三端晶體管封裝。圖 34 為復位電路。當 Q10 和 Q11 的控制信號由高到低時， Q10 和 Q11 關(guān)斷。圖中 XTAL2_IN 接入 DSP2407 的時鐘輸入引腳。電路如圖 312 所示。其次避免直角走線，在排線的過程中盡量多走鈍角，降低走線干擾和寄生耦合。此外還要防止外部電磁感應噪聲的影響否則可能導致微弱的采樣信號不能夠精確采集。針對上一章所介紹的硬件結(jié)構(gòu)，結(jié)合 DSP 的編程特性在本章中完成相關(guān)的軟件流程設(shè)計 。 TI將 常用的 DSP芯片歸納為三大系列： TMS320C20xx系列 (包括 TMS320C2X/C2XX) 、 TMS320C5000 系列 ( 包括 TMS320C5X/C54X/C55X) 、TMS320C6000系列 (包括 TMS320C62X/C67X)。在這之后，最成功的 DSP芯片當之無愧的應該是美國德州儀器公司 (TI， Texas Instrument)推向市場的一系列產(chǎn)品。 系統(tǒng)軟硬件缺一不可，兩者相輔相成。其次保證傳感器正常工作的配套設(shè)施要穩(wěn)定，不能出現(xiàn)過度波動引起傳感器自身的誤差。 PCB 設(shè)計 （ 1） 輻射是跟地成反比，地越大，輻射越小、抗輻射能力越強，所以 PCB設(shè)計中在功率板和控制板中都采用覆地的技術(shù)。外形結(jié)構(gòu)如圖 310 所示 圖 310 顯示設(shè)備外形 主要參數(shù)：工作電壓 (VDD)： ～ 、 邏輯電平 :～ 、 LCD 驅(qū)動電壓 (Vo)：0～ 7V、 工作溫度 (TOP)： 0～ 55℃ (常溫 )/20～ 70℃（寬溫） 、 保存溫度 (TST)： 10～65 常溫 )/30～ 80℃（寬溫 )。本設(shè)計采用有源晶振提供系統(tǒng)時鐘，有源晶振頻率為 10MHZ，具體到系統(tǒng)功能模塊可以通過寄存器的設(shè)置按需要進行分頻和倍頻。 鹽城工學院本科生畢業(yè)論文 ( 20xx) 25 12J速度信號輸入s pe e dO U T A1I N A 2I N A +3V E E