【導(dǎo)讀】目標主要是速度控制和位置控制。近年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、尤其是將DSP技術(shù)運用到電機控制之后硬件的統(tǒng)一性與軟件的。靈活性可以有機結(jié)合，電機的數(shù)字化及集成化控制成了電機控制的發(fā)展方向。DSP控制的基礎(chǔ)上，建立電機控制機平臺，設(shè)計電機控制系統(tǒng)。闡述了步進電機的基本構(gòu)成、工作原理、控制系統(tǒng)的構(gòu)成及其。硬件包括計算機，ICETEK仿真器、ICETEK-. 軟件采用C語言編程方式，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的硬件電路及采用的控制策

　　

【正文】 A評估板技術(shù)指標： 主處理芯片： TMS320VC5509A；低功耗設(shè)計，比上一代 C54XX 期間功耗低30%左右；處理速度更快，雙核結(jié)構(gòu)，處理速度 400MIPS；軟件程序兼容 C54XX DSP；片內(nèi)存儲空間 128x16Bit；大容量 SDRAM 設(shè) 計： 4Mx16Bit； 2 路 10bit 片上 A/D 接口； 4 路的 DAC7616/7 轉(zhuǎn)換， 100K/S， 12Bit； UART 串行接口，符合RS232 標準； 8M bit 擴展 FLASH，存儲大量固化程序和數(shù)據(jù)；設(shè)計有用戶可以自定義的開關(guān)和測試指示燈； 3U 標準的 DSP 擴展總線，包括數(shù)據(jù)、地址、I\O、控制； 4 組標準擴展連接器，為用戶進行二次開發(fā)提供條件；具有 兼容的邏輯掃描電路，該電路僅用于測試和仿真； +5V 電源輸入，內(nèi)部 +、 + 電源管理；高保真語音接口設(shè)計，雙路語音采集，每爐48K/S； 接口電路設(shè)計； 4 層板設(shè)計工藝，穩(wěn)定可靠；具有自啟動功能，穩(wěn)定可靠；具有自啟動功能設(shè)計，可以實現(xiàn)脫機工作。 XC9500 系列被廣泛地應(yīng)用于通信、網(wǎng)絡(luò)和計算機等產(chǎn)品中。該系列器件采用快閃存儲技術(shù)（ FastFlash），比 EECMOS 工藝的速度快，功耗低。目前，Xilinx 公司 XC9500 系列 CPLD 的 tPd 可以達到 4ns。宏單元數(shù)達到 288 個，系統(tǒng)時鐘可達到 200MHz。 XC9500、 XC9500XV 和 XC9500XL 三種類型，內(nèi)核電壓分別為 5V、 和 。 CPLD 器件重要特點 ： 采用 快閃存儲技術(shù)，器件速度快，功能強，引腳到引腳的延時最低為4ns，系統(tǒng)速度可達 200MHz，器件功耗低； 引腳作為輸入可以接受 、 和 等幾種電壓，作為輸出可以配置 、 、 等電 19 壓； 支持在系統(tǒng)編程和 JTAG 邊界掃描測試功能，器件可以反復(fù)編程達 10000次，變成數(shù)據(jù)可以保持 20 年 ； 集成度為 36288 個宏單元， 8006400 個可用門，器件有不同的封裝形式。 XC9500XL 系列是 XC9500 系列器件的低電壓版本，用 供電，成本低于XC9500 系列器件。 圖 32 DSP 芯片管腳 脈寬調(diào)制 PWM 一個 PWM 信號是一串寬度變化的脈沖序列。這些脈沖平均分布在一段定長的周期中，從而每個周期中有一個脈沖。該定長周期被成為 PWM（載波） 周期，它的倒數(shù)被成為 PWM（載波）頻率。 PWM 脈沖寬度有另一個具有所需值得調(diào)制信號決定或調(diào)制。 20 1． 事件管理器 PWM 輸出的產(chǎn)生 在事件管理器模塊中，每個比較單元和通用定時器 1（ EVA 模塊）或通用定時器 3（ EVB 模塊），死去單元及輸出邏輯可在兩個特定的期間引腳上產(chǎn)生一對具有可變成死去以及輸出極性的 PWM 輸出。在 EVA 和 EVB 模塊中都有 6個這種 與比較單元相關(guān)的 PWM 輸出引腳。這 6 個特定的 PWM 輸出引腳可用于控制三相交流感應(yīng)電動機和只留無刷電動機。由比較方式控制寄存器（ ACTRx）所控制的多種輸出方式，能輕易的控制應(yīng)用廣泛的開關(guān)磁阻電動機和同步磁阻電動機。 PWM 帶你路還可以用于控制其他類型的電動機，如直流有刷電動機和用于控制單軸和多軸的步進電動機。如果需要，則每個通用電石氣的比較單元可給予它自身的定時器產(chǎn)生一路 PWM 輸出。 2． 產(chǎn)生 PWM 的寄存器設(shè)置 比較單元和相關(guān)電路所有三種 PWM 波形的產(chǎn)生，需要對相同時間管理寄存器進行配置，產(chǎn)生 PWM 輸出的設(shè)置步驟 如下： 設(shè)置和裝載 ACTRx 寄存器。 如果使能死區(qū)，則設(shè)置和裝在 DBTCONx 寄存器。 設(shè)置和裝載 T1PR 或 T3PR 寄存器，即規(guī)定 PWM 波形的周期。 初始化 CMPRX 寄存器。 設(shè)置和裝在 COMCONx 寄存器。 設(shè)置和裝在 T1CON 或 T3Con 寄存器，來啟動比較操作。 更新 CMPRx 寄存器的值是輸出 PWM 波形的占空比發(fā)生變化。 3． 非對稱 PWM 波形的產(chǎn)生 邊沿觸發(fā)或非對稱 PWM 信號的特性有 PWM 周期中心非對稱的調(diào)制脈沖規(guī)定，如圖 31 所示。每個脈沖的寬度只能從脈沖的一邊開始變化。 圖 31 給出了 EVA 模塊下的非 對稱的 PWM 波形，途中 x=1 、 3 和 5，對于 EVB 模塊也類似。為了產(chǎn)生非對稱的 PWM 信號，需要將通用定時器 1 設(shè)置為連續(xù)增計數(shù)器模式。通用低昂是器 1 的周期寄存器中裝入了所需 PWMW 載波周期的值。 COMCONA 寄存器中的相應(yīng)為用來設(shè)置比較操作使能，再將選中的輸出引腳置成 PWM 輸出并且使能這些輸出。如果死去被使能，則通過軟件將所需的死區(qū)值寫入到 DBTCONAL[11~8]中，并將它作為四位死去定時器的周期。一個死區(qū)值將用與所有的 PWM 輸出通道。 用軟件對 ACTRA 寄存器進行正確的配置后，與比較單元相關(guān)的一個 PWM輸出引腳上將產(chǎn)生一路正常的 PWM 信號，與此同時，另一個輸出引腳可在PWM 周期的開始、中間和末尾處保持低電平（關(guān)閉）或高電平（開啟）。這種可用軟件靈活空盒子的 PWM 輸出，尤其適用于控制開關(guān)磁阻電動機。 通用定時器 1 啟動后，比較寄存器在每個 PWM 周期種可重新寫入新的比較值，以調(diào)整用于控制功率器件的導(dǎo)通和管段時間 PWM 輸出的寬度（即占空比發(fā)生變化）。因為比較寄存器是帶影子寄存器的，所以在一個周期的任何時候都可以將新值寫入。同樣，在周期的任何時候，可以將新值寫入周期寄存器T1PR 和比較方式控制寄存器 ACVTRA 中 ，以改變 PWM 周期或強制改變 PWM 21 的輸出方式。 P W M X（ 高 有 效 ）定 時 器 周 期 1定 時 器 值定 時 器 周 期 1周 期 大定 時 器 周 期 2( P W M )P W M X + 1（ 低 有 效 ）+ 比 較 匹 配 點死 區(qū) 圖 33 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生非對稱的 PWM 波形 4． 對稱 PWM 波形的產(chǎn)生 對稱 PWM 信號的特性由 PWM 周期中心對產(chǎn)的調(diào)制脈沖規(guī)定。對稱 PWM信號相比非對稱 PWM 信號，其優(yōu)勢在于它在一個周期內(nèi)有來年各個無暇的區(qū)段（每個 PWM 周期的開始和結(jié)束處）。已經(jīng)證明當使用正弦波調(diào)整時，在交流電動機（如感應(yīng)電動機）和只留無刷電動機的相電流中，對稱的 PWM 信號比非對稱的 PWM 信號引起的諧波失真更小。圖 32 給出了比 較單元和 PWM 電路產(chǎn)生對車 PWM 波形。 比較單元和 PWM 電路的 PWM 波形的產(chǎn)生與非對稱的情況相似，唯一不同的是通用定時器的技術(shù)模式應(yīng)設(shè)置為連續(xù)增 /減技術(shù)模式。在對稱 PWM 波形發(fā)生的一個周期內(nèi)通常有兩次比較匹配：一次在周期匹配前的增計數(shù)期間。新的比較值在匹配后更新了比較寄存器中值，叢赫然可以提前或推遲 PWM 脈沖的第二個邊沿的到來。這種修改 PWM 波形的特性，可以彌補由交流帶你動機控制中的死去導(dǎo)致的電流誤差 [12]。 定 時 周 期 1（ P W M ）死 去 時 間＋ 比 較 配 正 點P W M Ｘ ＋ １（ 高 有 效 ）P W M X（ 低 有 效 ）定 時 器 值 圖 34 比較單元和 PWM 電路產(chǎn)生 對稱的 PWM 波形 22 PWM 調(diào)速原理 在 PWM 調(diào)速時，占空比 a 是一個只能歌謠參數(shù)。以下 3 種方法都可以改變占空比的值： 1. 定寬調(diào)頻法：這種方法保持 t1，不變，只改變 t2,這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。 2. 調(diào)頻調(diào)寬法： 這種方法是保持 t2 不變，只改變 t1，這樣使周期 T（或頻率）也隨之改變。 3. 定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期 T（或頻率）保持不變，而改變 t1 和t2[8]。 控制原理 前兩種方法由于在調(diào)速是改變了控制脈沖的周期（或頻率），當控制脈沖頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起震蕩，因此這兩種方法用得 少。目前，在電動機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。 PWM 輸入對應(yīng) ICETEKVC5509 外擴展插座第 26 的 S22 信號， DSP 將在次引腳上給出 PWM 信號用來控制步進的轉(zhuǎn)速； ICETEKVC5509－Ａ板上 P4 擴展插座第29 的 S14 信號， DSP 將在此引腳上給出高電平或低電平來控制電機的方向。從DSP 輸出的 PWM 信號和轉(zhuǎn)向信號先經(jīng)過 2 與門和 1 非門再與各個開關(guān)管的柵極相連。 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖 D A T A [ 7 ： 0 ] A D D R E S S [ 1 5 : 0 ] C S W E A I n 1 A 1A i n 2 A 2B i n 1 B 1B i n 2 B 2 B e n a b l eA e n a b l e地址譯碼AS A M O T O RU 4U 3U 2U 1D S PC P L DL 2 9 8數(shù) 據(jù) 鎖 存V C CBCD 圖 35 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖 23 EMIF 接口 TMS320C5509DSP 的擴展存儲器接口（ EMFI）用來與大多數(shù)外圍設(shè)備進行連接，典型應(yīng)用如連接片外擴展存儲器等。這一接口提供地址連線、數(shù)據(jù)連線和一組控制線 .ICETEKVC5509A 將這些擴展線引到了板上供擴展使用。 1．步進電動機由 DSP 通用 I/O 管腳輸出直接控制。步進電機的啟動頻率大于 500PPS（拍每秒）。 2．空載運行頻率大于 900PPS。 5509A 的通用 I/O 口 S22 控制電機的轉(zhuǎn)動頻率， S14 控制轉(zhuǎn)動方向。 3．控制的方法是使用 DSP 通用定時器設(shè)置 S22 以一定得頻率改變高低狀態(tài)，輸出方波，設(shè)置 S14 為高電平順時針轉(zhuǎn)動，低電平為逆時針轉(zhuǎn)動。 操作步驟 連接設(shè)備： 1．連接電源：用三相帶能源連接線與 220V 交流供電插座連接，保證穩(wěn)固聯(lián)機。 2．使用電源連接線連接各模塊電源，確定總電源斷開。連接 ICETEKCTR板上便插座插到 +12V 電源插座； ICETEKCTR 板下邊插座到 +5V 電源插座。 3．連接 DSP 評估板信號線：當需要連接信號源輸出到 A/D 輸入插座時，使用信號連接線分別連接相應(yīng)插座。 4．連接鍵盤的 PS2 插頭到 ICETEKCTR 的“鍵盤接口” P8。 5．將 ICETEKCTR 板的供電電源開關(guān) 撥動到“開”的位置。 6．設(shè)置 Code Composer Studio 在硬件仿真（ Emulator）方式下運行： 設(shè)置 CCS 通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A 硬件環(huán)境進行軟件調(diào)試和開發(fā)： 雙擊桌面上的圖標，進入 CCS 設(shè)置窗口；在出現(xiàn)的窗口中按以下順序依次進行設(shè)置：單擊 Clear 清除原先設(shè)置，單擊 ICETEK USB Emulator for ’ C55x，單擊 Import 輸入設(shè)置；按著下面的順序進行：鼠標右鍵單擊 C55xx XD5510 Emator，選擇 Properties… Alt+Enter。在出現(xiàn)的窗口中按標號順序進行如下設(shè)置：單擊 Startup GELFile(s), 單擊“ … ”按鈕選擇 C ： \ICETEKVC5509EDULAB\ 文件，單擊完成設(shè)置；在出現(xiàn)的窗口中按如下順序進行設(shè)置：單擊關(guān)閉按鈕退出，單擊“是”選擇保存，單擊“否”按鈕不啟動 CCS。 以上設(shè)置完成后， CCS 已經(jīng)被設(shè)置成 Emulator 的方式（用仿真器連接硬件板卡的方式），并且制定通過 ICETEK5100USB 仿真器連接 ICETEKVC5509A評 估板，如一只使用就不需重新進行設(shè)置。 7．啟動 Code Composer Studio ： 首先將連接外接電源，檢查 ICETEKVC5509A 板的 J1 插頭上，仿真器的插頭中有一個孔加入了封針，與Ｊ 1 插頭上的缺針位置應(yīng)重合，保證不會插 24 錯；檢查是否已經(jīng)用電源線連接了 ICETEKVC5509A 板上的 POW1 插座和＋5V 電源插座；檢查其他連線是否符合要求，檢查三個波動開關(guān)位置是否符合要求；打開電源， ICETEKVC5509A 板上的指示燈 D5 和 D6 點亮，如打開了ICETEK－ CTR 的電源開關(guān)， ICETEK－ CTR 板上的 L L2 和 L3 點亮。如果打開了信號源電源開關(guān)，相應(yīng)開關(guān)邊的指示燈亮；用附帶的 USB 信號線連接ICETEK5100USB 仿真器和 PC 機后面的 USB 插座， ICETEK－ 5100USB 仿真器指示燈 Power 和 Run 燈亮；雙擊桌面上仿真器初始化圖標：初始化ICETEK。 8． 接通電源：檢查 220V 電源插座中保險管事否完好，在連接電源線以后，檢查各模塊供電線是否正確連接，打開電源總開關(guān)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了硬件開發(fā)環(huán)境，開發(fā)設(shè)備，及開發(fā)步驟，同時介紹