【正文】 ，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413便是一個(gè)DSP最小系統(tǒng)框圖。圖413 DSP最小體統(tǒng)框圖1．電源的選型與電路設(shè)計(jì) 目前可以用于DSP控制系統(tǒng)的電源種類(lèi)主要有：線性穩(wěn)壓器、開(kāi)關(guān)電源控制器、帶MOS管的DC／DC控制器、開(kāi)關(guān)電源模塊。它們的代表性芯片及其性能表述如下：◆線性穩(wěn)壓器： 雙路輸出 TPS767D318：5V 3．3V／1．8V 1A／1A EN PS767D301：5V 3．3V／可調(diào) 1～1A EN 單路輸出 TPS76333： 5V 3．3V 150mA ENTPS7333： 5V 3．3V 500mA EN TPS76801： 5V 可調(diào) 1A EN PG TPS76833： 5V 3．3V 1A EN PG TPS75701： 5V 可調(diào) 3A EN PG TPS75733： 5V 3．3V 3A EN PG TPS75501： 5V 可調(diào) 5A EN PG TPS75533： 5V 3．3V 5A EN PG ◆開(kāi)關(guān)電源控制器： 單路輸出 TPS40K系列：最大輸出電流取決于MOS管TPS40000： 2．25—5．5V —4V 15A ◆帶MOS管的DC／DC控制器：TPS54K系列，最大輸出電流可達(dá)14A TPS54310： 3～6V 0．94．5V 3A TPS62K系列，最大輸出電流可達(dá)1．2A，轉(zhuǎn)換效率95％ TPS62040： 2．5V一6V 0．7V6V 1．2A ◆開(kāi)關(guān)電源模塊：雙路輸出 PT6931： 5V 3．3V／1．8V 5．5A／1．75APT6932： 5V 3．3V／1．5V 5．5A／1．45A TMS320LF2407A的內(nèi)核電壓和I／O端口電壓都是3．3V，而控制系統(tǒng)整體是由一個(gè)外接5V的電源供電，因此只需單路輸入5V、輸出3．3V的電源器件，考慮到電路對(duì)電流要求不是太高，500mA的電流就夠了，我們選擇了TPS7333穩(wěn)壓器件來(lái)為DSP供電。其電路如圖4一14所示：圖414電源電路2．時(shí)鐘的選型與設(shè)計(jì) 時(shí)鐘是電路設(shè)計(jì)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，DSP及其它芯片工作都以時(shí)鐘為基準(zhǔn)。如果時(shí)鐘質(zhì)量不好，那么系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性就很難保證。比如有時(shí)系統(tǒng)死機(jī)便是由于時(shí)鐘晶振停振或震蕩不正常造成的。有時(shí)一些片選及時(shí)序不J下常工作也是有時(shí)鐘信號(hào)的毛刺造成的(尤其在高頻系統(tǒng)中)。 時(shí)鐘電路有三種：1．采用晶體+2個(gè)電容 2．采用品振3．采用可編程時(shí)鐘芯片+晶體+2個(gè)電容 晶體是晶體諧振器的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種壓電石英晶體器件，具有一個(gè)固定的諧振頻率，在恰當(dāng)?shù)募?lì)作用下，以固定頻率震蕩。由晶體組成的時(shí)鐘電路價(jià)格便宜，但驅(qū)動(dòng)能力差，不能同時(shí)給其他器件使用，頻率范圍小(20K一60MHZ)。晶振將晶體、震蕩器和負(fù)載電容集成在一起，其輸出直接為一方波時(shí)鐘信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)有：頻率范圍寬(1HZ~400MHZ)、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)(可提供多個(gè)器件使用)。缺點(diǎn)是：成本較高、頻率生產(chǎn)時(shí)已確定，多個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘需多個(gè)晶振。 可編程時(shí)鐘芯片優(yōu)點(diǎn)是：多個(gè)時(shí)鐘輸出，可產(chǎn)生特殊的頻率值，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，頻率范圍寬(最高達(dá)200MHZ)。 另外系統(tǒng)中還要加鎖相環(huán)電路PLL用于對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻或倍頻。時(shí)鐘電路選擇原則有：1)系統(tǒng)中要求多個(gè)不同頻率時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，首選可編程時(shí)鐘芯片。2)單一時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，選擇晶體時(shí)鐘電路。3)多個(gè)同頻時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，選擇晶振。4)片內(nèi)無(wú)震蕩器電路的DSP，不能使用晶體時(shí)鐘電路。5)DSP時(shí)鐘信號(hào)電平為1．8V的，建議采用晶體時(shí)鐘電路 6)盡量使用片內(nèi)PLL，降低片外時(shí)鐘頻率，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用晶體和晶振時(shí)鐘都可，考慮到成本，則首選晶體時(shí)鐘。晶體、晶振時(shí)鐘及鎖相環(huán)電路如圖415所示晶振時(shí)鐘電路的第三引腳輸出端還要串接一個(gè)10~500的電阻以減小輸出電流，可減少時(shí)鐘毛刺，避免時(shí)序工作異常。圖4—16是晶振直接輸出的波形和經(jīng)限流電阻后的輸出波形。圖415晶體、晶振時(shí)鐘及鎖相環(huán)電路圖圖416晶振輸出時(shí)鐘波形3復(fù)位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)上電時(shí)可自動(dòng)復(fù)位，但為了防止系統(tǒng)受到外界干擾或電源波動(dòng)時(shí)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，還專(zhuān)門(mén)加了外部復(fù)位電路。復(fù)位電路的基本功能是：為DSP提供低電平的復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撒銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分一合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。復(fù)位電阻一般選10K，電容一般選10uF47uF。外部復(fù)位電路如圖4一17所示：圖417復(fù)位電路 圖418 JTAG仿真接口電路4．JTAG仿真接口本系統(tǒng)采用聞亭EPP5100硬件仿真器，其仿真信號(hào)采用JTAG標(biāo)準(zhǔn) ，有14個(gè)引腳，通過(guò)JTAG接口可將仿真器與目標(biāo)系統(tǒng)相連。JTAG掃描邏輯電路用于仿真和測(cè)試，采用JTAG可實(shí)現(xiàn)在線仿真，同時(shí)也是調(diào)試過(guò)程裝載數(shù)據(jù)代碼的唯一通道。仿真電路如圖4—18所示：5．外擴(kuò)數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器TMS320LF2407A中集成了32K字的FLASH和1．5k字的RAM，片內(nèi)的FLASH可用作程序存儲(chǔ)器，但在開(kāi)發(fā)階段使用FLASH作為程序存儲(chǔ)極為不便，因?yàn)槊恳淮纬绦虻男薷亩夹枰獙?duì)FLASH進(jìn)行清除、擦除和編程操作，而且進(jìn)行CCS調(diào)試時(shí)只能設(shè)置硬件斷點(diǎn)，故從調(diào)試的角度考慮，應(yīng)該至少擴(kuò)充一塊程序RAM。同時(shí)為了滿足系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)計(jì)算和交換的需要擴(kuò)展外部RAM作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也是必不可少的。我們選擇了CY7C1021作為外部存儲(chǔ)器。CY7C1021為64Kx 16的SRAM，存取時(shí)間最小為l0ns，故不需要插入等待周期，可保證系統(tǒng)全速運(yùn)行；并且 CY7C1021為3．3V器件，可以直接與2407A的總線相連。為了不增加系統(tǒng)復(fù)雜度，我們只擴(kuò)展一片CY7C1021作為程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。將DSP的程序／數(shù)據(jù)空間選通信號(hào)PS／DS進(jìn)行邏輯與之后，接至CY7C1021的片選信號(hào)端。這樣在訪問(wèn)程序或數(shù)據(jù)空間的時(shí)候，CY7C1021都會(huì)被選通。擴(kuò)展電路如圖419所示：在調(diào)試時(shí)，在存儲(chǔ)映像文件中將CY7C1021前32K字設(shè)為數(shù)據(jù)RAM，后32K字設(shè)為程序RAM，可將程序?qū)崟r(shí)下載到程序RAM中進(jìn)行調(diào)試，避免了對(duì)FLASH的繁瑣操作。當(dāng)開(kāi)發(fā)完成后可修改映像文件，將64K RAM全部用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而將程序?qū)懭雰?nèi)部FLASH中，系統(tǒng)即可脫離開(kāi)發(fā)環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行。圖419 外擴(kuò)數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)器6．非易失性存儲(chǔ)器由于系統(tǒng)在對(duì)不同型號(hào)的電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的時(shí)候，需要存儲(chǔ)一些電機(jī)參數(shù)和控制參數(shù)，以供下次選擇和新數(shù)據(jù)的錄入。為此要擴(kuò)展非易失性存儲(chǔ)器，我們選用了SPI 總線的存儲(chǔ)器 25AA010A，它是2．5—5．5V的電源供電，帶有塊鎖存保護(hù)的CMOS 串行EEPROM 陣列，128 X 8bits存儲(chǔ)空間，可提供至少1000000次擦寫(xiě)和100 年的數(shù)據(jù)保存期。其連接電路原理圖見(jiàn)圖 420：圖 420 25AA010A 連接電路原理圖4．4．3 DSP外圍接口電路設(shè)計(jì)1．串行接口串行接口電路如圖4—21，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421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422是CAN總線接口電路。 圖422 CAN總線接口電路4．5本章小結(jié)本章主要介紹了異步電機(jī)變頻調(diào)試系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)；詳述了以功率器件 IPM為核心的主電路及其外圍接口、保護(hù)電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)了DSP最小系統(tǒng)電路及其外圍接口電路。各部分電路都給出了詳細(xì)的原理圖。 第五章變頻調(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(xiě)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。由于只是簡(jiǎn)尊的參數(shù)給定和顯示，所以在這小再詳細(xì)介紹，其界面如圖5—l所示：圖51串口通信上位機(jī)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5—3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 5—2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5—4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5—5所示：圖52串口通信中斷程序流程圖53主程序流程圖 圖54 PWM中斷服務(wù)程序流程圖55故障中斷服務(wù)程序流程5 .2 CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境概述CCS(CodeComposer Studio)是TI公司推出的一個(gè)開(kāi)放的和具有強(qiáng)大集成能力的DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境，該套開(kāi)發(fā)環(huán)境集代碼編輯、編譯、調(diào)試等多種功能于一體，能完成DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，它山先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具組成直觀的系統(tǒng)，極大地方便了程序開(kāi)發(fā)，減少了DSP開(kāi)發(fā)時(shí)間。CCS中還提供了DSP／BIOS丌發(fā)工具，CCS由C編譯器、模擬囂軟件、調(diào)試軟件以及插件等組成。DSP／BIOS是一個(gè)簡(jiǎn)易的嵌入式操作系統(tǒng)，他大大方便了用戶編寫(xiě)多任務(wù)應(yīng)用程序。使用DSP／BIOS后，還能增強(qiáng)對(duì)代碼執(zhí)行效率的監(jiān)控。該套開(kāi)發(fā)環(huán)境集代碼生成工具和代碼調(diào)試工具為一體，代碼生成工具的作用是將用C或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的DSP程序編譯、匯編并連接成為可執(zhí)行的DSP程序：而代碼調(diào)試工具的作用足對(duì)DSP程序及系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，能完成DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)。日前，可支持TI的幾乎所有系列和型號(hào)的DSP。CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境界面如圖56所示：圖56 CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境界面5．3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及說(shuō)明5. 程序工程的建立 本控制系統(tǒng)程序是在CCS3．3開(kāi)發(fā)環(huán)境用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模塊化程序設(shè)計(jì)，并構(gòu)成一個(gè)完整的工程(testsvpwm. pjt)。整個(gè)工程由庫(kù)函數(shù)文件、頭文件、命令文件、中斷向量文件及用匯編或C語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序文件組成。主要文件如下：1) 庫(kù)文件：、 2) 頭文件：、 3) 命令文件： 4）中斷向量文件： 5）源程序文件： 有了以上這些文件，就可以在CCS調(diào)試環(huán)境中進(jìn)行源程序的編譯、鏈接并生成可執(zhí)行文件進(jìn)行仿真調(diào)試。工程的整體結(jié)構(gòu)如圖57所示：圖57工程的整體結(jié)構(gòu)5．3．2程序說(shuō)明1．庫(kù)文件RTS2XX．LIB是C語(yǔ)言必須用到的系統(tǒng)庫(kù)，不需要用戶編寫(xiě)，可以在CCS 安裝目錄下的C2400\cgtools\lib中找到。RTS2XX．LIB包括：1)ANSIC標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)；2)系統(tǒng)啟動(dòng)程序_c_int0；3）允許C訪問(wèn)特殊指令的函數(shù)和宏。qmath．1ib是TI公司提供的數(shù)學(xué)庫(kù)函數(shù)，是有匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的函數(shù)庫(kù)，可被C調(diào)用。其處理對(duì)象是Q格式(詳見(jiàn)5．3．3)的整數(shù)，求它們的正余弦函數(shù)、倒數(shù)等。由于我們用到了其中的求正弦函數(shù)qsinlt()，所以將該庫(kù)文件包含到工程中。2．頭文件，以．h為后綴，其中定義了DSP系統(tǒng)用到的一些寄存器映射地址，用戶自己定義的寄存器和所用到的常量定義都在此文件中。頭文件代碼比較長(zhǎng)，可以從TI的例程中復(fù)制到工程中，再根據(jù)自己需要做適當(dāng)修改即可。Svpwm．h頭文件是用戶自己編寫(xiě)的，用來(lái)定義源文件中所用到的變量、常量或類(lèi)以及引用函數(shù)等，將定義獨(dú)立出來(lái)實(shí)現(xiàn)模塊化編程。3．命令文件命令文件LF2407．CMD以．CMD為后綴，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的分配。對(duì)命令文件的配置是DSP應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，稍有不對(duì)，程序就不能編譯通過(guò)。在配置．CMD文件時(shí)，必須對(duì)DSP的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間以及匯編偽指