【文章內(nèi)容簡介】 理器A有Timer1和Timer2兩個通用定時器，它們有如下功能：（1）作為常規(guī)的定時/計數(shù)器使用；（2）用于在TxPWM引腳上輸出頻率和脈寬可調(diào)的PWM波；（3）與捕捉模塊結(jié)合測量CAPx引腳上的脈寬；（4）定時器1與比較模塊配合產(chǎn)生死區(qū)可調(diào)的6個PWM控制信號；（5）定時器2可服務(wù)于增量式光電編碼器接口，測量電動機的轉(zhuǎn)向、角位移和轉(zhuǎn)速；（6）啟動A/D轉(zhuǎn)速。每個通用定時器包括：一個可讀寫的16位定時器增/減計數(shù)器TxCNT；一個可讀寫的16位定時器比較寄存器TxCMPR；一個可讀寫的16位定時器周期寄存器TxPR；一個可讀寫16位的定時器控制寄存器TxCR；可選擇的內(nèi)部或外部時鐘；4可屏蔽中斷——下溢、上溢、定時器比較和周期中斷。每個通用定時器有四種可選擇的操作模式：停止/保持模式；連續(xù)遞增記數(shù)模式；定向增減記數(shù)模式；連續(xù)增減記數(shù)模式。利用這些操作模式可以產(chǎn)生周期可變和固定的各種鋸齒波及三角波。定時器比較寄存器和這些波形進行比較就可以產(chǎn)生各種PWM輸出，稱之為波形發(fā)生器。通過配置GPTCONA/B寄存器中的相應(yīng)位來規(guī)定高有效、低有效、強制高、強制低，這樣就可以控制波形發(fā)生器的輸出，以生成不同類型功率設(shè)備所需的PWM波形，每個通用定時器都提供一個獨立的PWM輸出通道。事件管理器A有3個比較單元，1個比較單元、1個比較控制寄存器COMCONx和一個比較方式控制寄存器ACTRx。每個比較單元都有一個比較寄存器CMPRx，以及2個PWM輸出引腳。這一套組合可以使事件管理器產(chǎn)生6個帶死區(qū)的PWM輸出，用于控制三相逆變橋。比較單元的操作功能與定時器比較積存器的操作功能相似。當定時器的計數(shù)值與比較單元的比較寄存器相等時，就會在該比較單元的兩個PWM引腳上產(chǎn)生跳變（兩個引腳的跳變與比較方式寄存器ACTRx的設(shè)置有關(guān)），并經(jīng)過1個CPU時鐘后發(fā)出比較中斷申請。比較單元受比較控制寄存器和比較方式寄存器控制，通過這些寄存器可以設(shè)置比較輸出是否允許、比較值和方式寄存器的重載條件、PWM引腳輸出方式等。增量式光電編碼器是電動機控制中的常用傳感器，用于測量電動機輸出的角位移和轉(zhuǎn)速等信息，作為閉環(huán)控制的反饋量。TMS320LF2407A DSP提供了與這種編碼器的接口電路。在事件管理器A中，它的編碼器接口電路使用了定時器2作為可逆計數(shù)器，來計數(shù)編碼脈沖的個數(shù)。編碼脈沖通過2個引腳QEP1/CAP1和QEP2/CAP2輸入到芯片內(nèi)部。這兩個引腳是與捕捉單元2復(fù)用的引腳，因此在使用編碼器接口電路時，要禁止捕捉功能。編碼器接口電路利用輸入編碼脈沖的4個邊沿加工成4倍頻的計數(shù)脈沖信號和計數(shù)方向信號。4倍頻的計數(shù)脈沖信號有利于提高電動機角位置和角位移信號的分辨率。計數(shù)方向信號自動地控制定時器2的計數(shù)方向，而計數(shù)方向引腳TDIRA這時不起作用。在事件管理器A模塊中，對增量式編碼器脈沖電路寄存器的設(shè)置如下：將所需的值裝載到定時器2的計數(shù)器、周期和比較寄存器中；設(shè)置T2CON為定向增/減計數(shù)方式，編碼脈沖電路作為時鐘源，并允許定時器2。捕捉單元可用于測量捕捉引腳上輸入信號的兩個相鄰跳變間的時間間隔，因此可以測量輸入信號的頻率或周期。事件管理器A模塊有三個捕捉單元，每個捕捉單元都有相應(yīng)的引腳CAPx，它們可以選擇定時器1或2作為計數(shù)時鐘，但CAPCAP2必須使用相同的計數(shù)時鐘。每個捕捉單元都有一個2級先入先出（FIFO）堆棧，分為頂層堆棧（CAPxFIFO）和低層堆棧（CAPxFBOT）。當輸入引腳上的信號發(fā)生指定跳變時，捕捉單元自動地將定時器的計數(shù)值（TxCNT）保存到堆棧中，并置中斷標志位。頂層堆棧保存舊的計數(shù)值。當對堆棧進行讀操作時，總是讀取頂層堆棧的舊值，而同時低層堆棧自動地進入頂層堆棧，所以讀操作可以清空堆棧。捕捉單元有兩種寄存器，一個是捕捉控制寄存器（CAPCONA/B），另一個是捕捉FIFO狀態(tài)寄存器（CAPFIFOA/B）。 圖21 TMS320LF2407A DSP控制器功能和結(jié)構(gòu) 3 直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計DSP芯片TMS320LF2407A經(jīng)過編譯后，、.，對芯片進行初始化設(shè)置，這主要包括：（1） 設(shè)置狀態(tài)寄存器ST0和ST1TMS320LF240X系列DSP有兩個狀態(tài)寄存器ST0和ST1，含有各種狀態(tài)和控制位，是應(yīng)用中特別重要的兩個寄存器。這兩個寄存器的內(nèi)容可以被保存到數(shù)據(jù)存儲器或從數(shù)據(jù)存儲器讀出加載到ST0和ST1，從而在子程序調(diào)用或進入中斷時實現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存。對ST0和ST1的設(shè)置：使ST0狀態(tài)寄存器中中斷模式位（INTM）置1 禁止所有可屏蔽中斷，清溢出標志位（OVM）使累加器中結(jié)果正常溢出，并加載數(shù)據(jù)存儲器頁面指針（DP）為0指向數(shù)據(jù)存儲器第0頁；對ST1狀態(tài)寄存器中的符號擴展方式位（SXM）置1，使數(shù)據(jù)通過定標移位器傳送到累加器時產(chǎn)生符號位擴展。清片內(nèi)DARAM配置位（CNF）配置單端口RAM被映射到數(shù)據(jù)存儲器空間。（2） 設(shè)置系統(tǒng)配置寄存器通過對系統(tǒng)配置寄存器中的系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器1（SCSR1）寫入81FEH可以設(shè)置DSP的工作頻率為40MHz，并對DSP芯片內(nèi)部各模塊時鐘進行使能操作。（3） 設(shè)置CPU中斷寄存器CPU中斷寄存器包括：中斷標志寄存器(IFR)和中斷屏蔽寄存器（IMR）。CPU中斷標志寄存器(IFR)是一個16位的寄存器位于數(shù)據(jù)存儲器空間的0006H處，用于識別和清除掛起的中斷，IFR包含用于所有可屏蔽的中斷標志位。通過向IFR中寫入0FFFFH達到對中斷標志寄存器(IFR)中各標志位的復(fù)位。中斷屏蔽寄存器（IMR）是一個映射到數(shù)據(jù)存儲器空間0004H處的16位寄存器。IMR中包含所有中斷級（INT1INT6）的屏蔽位。通過向IMR中寫入0020H達到只使能中斷級INT6的目的，因為A/D轉(zhuǎn)換中斷位于INT6級。（4） 設(shè)置I/O復(fù)用輸出控制寄存器對I/O復(fù)用輸出控制寄存器A（MCRA）寫入1FC0H即可使能PWM14和捕獲單元CAP13。（5） 設(shè)置看門狗控制寄存器WDCR，所以直接向看門狗控制寄存器WDCR中寫入0E8H即可禁用看門狗功能。（6） 向程序中用戶自定義的變量寫入初值，通過系統(tǒng)初始化為其中相應(yīng)變量賦初值。（7） 設(shè)置事件管理器模塊（EV）由于事件管理器模塊（EV）中包含兩個事件管理器模塊A（EVA）和事件管理器模塊B（EVB），本次設(shè)計中只涉及到EVA中的相應(yīng)存儲器單元。首先是對比較方式控制寄存器（ACTRA）的設(shè)置。使PWM1/IOPA6和PWM3/IOPB0上的比較輸出方式選擇位為高有效，PWM2/IOPA7和PWM4/IOPB1上的比較輸出方式選擇位為低有效，形成對稱式PWM波形。其次是使能死區(qū)控制寄存器(DBTCONA)并裝載DBTCONA寄存器。再次，設(shè)置并裝載周期寄存器的值和比較寄存器和的值。最后，設(shè)置和裝載全局通用定時器GPTCONA、通用定時器控制寄存器T1CON、通用定時器計數(shù)器T1CNT的初值以及復(fù)位中斷標志寄存器EVAIFRA和中斷屏蔽寄存器EVAIMRA，并根據(jù)需要對捕獲控制寄存器A(CAPCONA)和捕獲FIFO狀態(tài)寄存器A(CAPFIFOA)進行初始化設(shè)置。（8） 設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)向ADC控制寄存器1（ADCTRL1）置0900H實現(xiàn)DSP采樣窗口采樣時間為。設(shè)置最大轉(zhuǎn)換通道寄存器的值為3即可轉(zhuǎn)換3路A/D信號。轉(zhuǎn)換順序根據(jù)向ADC輸入通道排序控制寄存器()中寫入的值0210H，完成從CONV01向CONV00的轉(zhuǎn)換順序。在上述初始化任務(wù)執(zhí)行完成后，系統(tǒng)便可進行主程序的循環(huán)執(zhí)行了。此處我們采用模塊化結(jié)構(gòu)，將每個任務(wù)分別編程子程序，獨立調(diào)試，最后再合成主程序。這些子程序如圖31所示，主要包括信號的A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)器的運算，PWM波形輸出等。圖31 直流調(diào)速系統(tǒng)主程序流程圖 速度給定A/D模塊設(shè)計圖32 速度給定A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖速度給定A/D轉(zhuǎn)換的第一步應(yīng)是通過向ST0狀態(tài)寄存器中INTM位寫0來開啟A/D轉(zhuǎn)換程序。設(shè)計中為了盡量使編程簡單，采用了巡回檢測的方法對速度信號進行實時采集。采集到的數(shù)據(jù)存儲在A/D結(jié)果寄存器RESULT0中備用，為了保證轉(zhuǎn)換速率，選擇A/D轉(zhuǎn)換采樣時間為，遠遠滿足系統(tǒng)的實際需要。另外，為了兼顧系統(tǒng)的可行性的同時保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，在設(shè)計中對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)邏輯右移4位，保留12位有效值并及時送入用戶自定義的變量中等待進一步的處理。 速度負反饋模塊設(shè)計圖33 速度反饋捕獲轉(zhuǎn)換計算子程序流程圖進入捕獲中斷子程序時，保護現(xiàn)場首先清CAPl中斷標志位，從二級深度FIF0中依次讀取兩次捕獲的計數(shù)值cap1和cap2。如果cap2cap1，則cap2cap1即為在被測信號的一個周期內(nèi)記的標準時鐘的周期數(shù)K。若cap2cap1，則說明在計數(shù)過程中有計數(shù)溢出，即計數(shù)到周期寄存器T1PR內(nèi)寫入的FFFFH后回零重新計數(shù)，因此K=cap2一capl+FFFFH。這里時基T1的頻率為主頻時鐘除以分頻系數(shù)，即f0=40 MHz／32。 PID控制器設(shè)計 PID控制器簡介 工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于生產(chǎn)裝置的溫度、