【導(dǎo)讀】隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人們對(duì)調(diào)速技術(shù)的要求也越來(lái)越高。處理器以及控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。也已經(jīng)進(jìn)入人們研究的范圍。制的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要研究?jī)?nèi)容由軟硬件兩大部分組成。轉(zhuǎn)速）檢測(cè)子程序、數(shù)字PI調(diào)節(jié)子程序、SPWM生成子程序。設(shè)備的基礎(chǔ)上完成調(diào)試運(yùn)行，檢測(cè)各關(guān)鍵點(diǎn)的波形。流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)矢量控制，從而使交流電機(jī)運(yùn)行精度得到很大提高。

　　

【正文】 系列的山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 DSP，本系列的 DSP 控制器體系結(jié)構(gòu)把控制器的外設(shè)功能與實(shí)時(shí)信號(hào)的處理能力進(jìn)行了完美的結(jié)合，從而為實(shí)時(shí)信號(hào)的處理方面的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)給予了很好的支持。其中特殊的 DSP 指令模塊、快捷的指令執(zhí)行周期、專用的硬件乘法器以及哈佛結(jié)構(gòu)的流水線式執(zhí)行操作，這些優(yōu)點(diǎn)讓 TMS320 系列的DSP 在實(shí)時(shí)信號(hào)處理方面更加能夠大顯身手。 TMS320F2812 是 TI公司推出的高性能 32 位數(shù)字信號(hào)處理器，是基于TMS320C2XX 內(nèi)核的定點(diǎn) DSP C2021 平臺(tái)系列中的一員。器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，為電機(jī)控制及其他運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了良好的平臺(tái)。其代碼和指令與 F24x 系列數(shù)字信號(hào)處理器完全兼容。該系列 DSP 同時(shí)具備數(shù)字信號(hào)處理器和微控制器的功能。 CPU 內(nèi)部采用可調(diào)整的哈佛總線結(jié)構(gòu)和循環(huán)尋址方式， 既能單周期地執(zhí)行寄存器操作 ，也能在單周期內(nèi)通過(guò)流水線結(jié)構(gòu)完成指令和數(shù)據(jù)的同時(shí)提取，從而提高了處理器的處理能力。主要特征如下： （ 1） 采用高性能靜態(tài) CMOS 技術(shù)； Flash 編程電壓為 ，大大降低了芯片功耗；處理器主頻為 150MHz，從而保證了控制器的執(zhí)行速度。 （ 2）其 CPU的指令集與 TMS320F24x/F240x 系列處理器兼容；包括4MB 的程序 /數(shù)據(jù)尋址空間和 16 16 位的雙乘法累加器，可以完成 16 16位和 32 32 位的乘法累加操作。 （ 3）片上存儲(chǔ)器包括 128K 16位 Flash 存儲(chǔ)器； 128K 16位的 ROM；兩塊 4K 16位的單周期訪問(wèn) SARAM；一塊 8K 16 位的單周期訪問(wèn) SARAM；兩塊 1K 16位 的單周期訪問(wèn) SARAM。 （ 4）指令系統(tǒng)包括單周期乘法指令和單周期乘 /累加指令。 （ 5）包括兩個(gè)功能完全一致、與 F240xA 兼容且適用于電機(jī)控制的事件管理器 (EVA、 EVB)。每一個(gè)管理器模塊包括：兩個(gè) 16 位的通用定時(shí)器、山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 8 通道 16 位 PWM 單元、 3 個(gè)捕捉單元、正交脈沖編碼電路和同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。 （ 6）包含 56 個(gè)獨(dú)立可編程或復(fù)用的通用 I/O 口； （ 7） 12 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換模塊包括 2 8 通道復(fù)用輸入接口和兩個(gè)采樣保持電路；其流水線最小轉(zhuǎn)換周期為 60ns，單通道最快轉(zhuǎn)換周期為 200ns。通過(guò)使用事件管理器可以順序觸發(fā)兩個(gè) 8 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器或一個(gè) 16 通道A/D 轉(zhuǎn)換器。 （ 8） 其串口通信外設(shè)包括兩個(gè) UART 接口模塊（ SCI）、串行外設(shè)接口(SPI)、增強(qiáng)的 總線接口和多通道緩沖串口（ MCBSP）。 （ 9）基于鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘發(fā)生器，鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整。 （ 10）具有 3 種低功耗電源管理模式 ,禁止外設(shè)獨(dú)立時(shí)鐘。 （ 11）包括 3 個(gè)外部中斷；其外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊支持 45 個(gè)外設(shè)中斷。 （ 12）支持實(shí)時(shí) JTAG 掃描仿真接口，符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。 （ 13）系統(tǒng)頻率控制，所有外圍電路的頻率都是由 SYSCLKOUT 經(jīng)過(guò)除頻而來(lái)， F2812 將所有外圍分成兩類，分別是： 高速外圍：包括事件管理模塊 (EVA， EVB)及 ADC。 低速外圍：包括 SCIA/B、 SPI、 MCBSP。 HSPCLK：高速外圍的頻率，可經(jīng)由 HISPCP 緩存器改變其頻率。 LSPCLK：低速外圍的頻率，可經(jīng)由 LOSPCP 緩存器改變其頻率。 TI公司推出的專門為電機(jī)數(shù)字化控制而設(shè)計(jì)的這款高性能 32位數(shù)字信號(hào)處理器，集高速處理能力 及適于電機(jī)控制的優(yōu)化外圍電路于一體，大大減小了控制系統(tǒng)的體積。同時(shí)，復(fù)位期間所有管腳均處于某一確定狀態(tài)，克服了 8X196MC 復(fù)位期間管腳狀態(tài)不定的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了復(fù)位期間系統(tǒng)工作的可靠性。 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 如圖 所示為 TMS320F2812 功能方框圖。 圖 TMS320F2812資源方框圖 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 利用 TMS320F2812 的片內(nèi) 16 路 12 位 ADC 資源，將檢測(cè)電路檢測(cè)到的山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 電壓、電流、轉(zhuǎn)速等信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 (AnalogtoDigital Converter,ADC)ADC 模塊。 ADC 模塊包括內(nèi)建于取樣 / 保持 (sampleandhold,S/H)的 12bit ADC， ADC 模塊功能包括： /保持 (sampleandhold,S/H)之 12 位 ADC 核心 ： ～ ： 80nsat25MHz ADC clock, MSPS 16 通道 (channels)的多任務(wù)輸入 取得輸入模擬電壓之?dāng)?shù)字電壓值：l o g4095 3I n p u tA n a V o lt a g e A D C L OD ig it a lV a lu e ??? 12bit 的 ADC 模塊有 25MHz ADC 頻率于 80ns 之快速轉(zhuǎn)換， ADC 模塊有 16 個(gè)信道，可以設(shè)定成兩個(gè)獨(dú)立的 8 信道模塊來(lái)服務(wù)事件管理(EVA,EVB)。 圖 所示為 TMS320F2812ADC 引腳電路圖 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 圖 TMS320F2812 ADC 引腳電路圖 主控掛箱反饋接口 如圖 ，其主要作用是將檢測(cè)電路的檢測(cè)信號(hào)母線電壓、母線電流，逆變輸出線電壓、線電流，逆變輸出相電壓、相電流反饋至 DSP的 ADC引腳。 圖 主控掛箱反饋接口 表 31為主控掛箱反饋接口定義及說(shuō)明 管腳 名稱 方向 DSP相關(guān)管腳名稱 說(shuō)明 1 +5V O +5V電源輸出 2 +5V O +5V電源輸出 3 AGND 模擬信號(hào)地 4 AGND 模擬信號(hào)地 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 5 Ia I ADCINB4 A相電流傳感器反饋信號(hào) 6 Uab I ADCINB2 Uab線電壓傳感器 反饋信號(hào) 7 Im I ADCINB0 母線電流反饋信號(hào) 8 不可用 9 +5V O +5V電源輸出 10 +5V O +5V電源輸出 11 AGND 模擬信號(hào)地 12 Ib I ADCINB5 B相電流傳感器反饋信號(hào) 13 Ubc I ADCINB3 Ubc線電壓傳感器 反饋信號(hào) 14 Um I ADCINB1 母線電壓反饋信號(hào) 15 不可用 PWM 輸出接口模塊 脈寬調(diào)制電路 PWM 每個(gè)事件管理器模塊可同時(shí)產(chǎn)生多達(dá) 8 路的 PWM 波。由 3 個(gè)帶可編程死區(qū)控制的比較單元產(chǎn)生獨(dú)立的 3 對(duì) PWM 波 （即 6 路輸出），另外由GP 定時(shí)器比較產(chǎn)生 2 個(gè)獨(dú)立的 PWM 波。 PWM 脈寬調(diào)制電路的特點(diǎn)如下： (1) 0~16 μs 內(nèi)， 可編程死區(qū)發(fā)生器控制 PWM 的輸出對(duì)； (2) 最小的死區(qū)寬度為 1 個(gè) CPU時(shí)鐘周期； (3) 可以根據(jù)需要 PWM 的載波頻率來(lái)變動(dòng) PWM 頻率； 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 (4) 在每個(gè) PWM 周期內(nèi)以及之后可根據(jù)需要改變 PWM 脈沖的寬度； (5) 外部可屏蔽的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷； (6) 脈沖形式發(fā)生電路，用于可編程的對(duì)稱、非對(duì)稱以及 4 個(gè)空間矢量 PWM波形的產(chǎn)生； (7) 自動(dòng)重新裝載的比較和周期寄存器使 CPU的負(fù)擔(dān)最小。 產(chǎn)生 PWM 輸出的設(shè)置步驟 (1) 通過(guò)設(shè)置 TxCON 寄存器確定采用連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)模式。計(jì)數(shù)器按設(shè)定的時(shí)間單位連續(xù)向上計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到設(shè)定的峰值時(shí)，計(jì)數(shù)器立即向下計(jì)數(shù)，即生成三角載波。在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)過(guò)程中，當(dāng)設(shè)定的比較寄存器的值與計(jì)數(shù)器的值相等時(shí) PWM 脈沖輸出端口自動(dòng)輸出高電平或低電平。 (2) 通過(guò)設(shè)置比較方式控制寄存器 ACTRA 來(lái)確定 PWM 脈沖輸出引腳的有效電平。 (3) 通過(guò)設(shè)置比較控制寄存器 COMCONX 使能比較操作并確定在計(jì)數(shù)器下溢時(shí)重新裝載比較寄存器 CMPRx 和方式控制寄存器 ACTRA。 (4) 通過(guò)設(shè)置死區(qū)控制寄存器 DBTCONA 來(lái)確定死區(qū)的時(shí)間，主要是起到讓全橋驅(qū)動(dòng)電路安全換相的作用。由于只是生成 PWM 波，所以對(duì)死區(qū)控制寄存器寫入 0 即可。 (5) 設(shè)置和裝載 T1PRT 或 T3PR 寄存器，確定 PWM 波形的周期； (6) 更改 CMPRx 寄存器的值，改變 PWM 波形的占空比。 每個(gè)比較單元都有一個(gè)可屏蔽的中斷標(biāo)志使能位。如果比較操作使能，則在比較匹配后經(jīng)歷 1 個(gè) CPU時(shí)鐘周期，比較單元的中斷標(biāo)志位將置位。如果中斷標(biāo)志位沒有被屏蔽，則 將產(chǎn)生一個(gè)外設(shè)中斷請(qǐng)求。當(dāng)任何復(fù)位事件發(fā)生時(shí)，所有與比較單元相關(guān)的寄存器都被復(fù)位為 0，且所有的比較輸出引腳都被置成高阻態(tài)。 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 硬件電路實(shí)現(xiàn) PWM 輸出 如圖 DSP的 PWM引腳電路圖，利用 PWM16輸出的 PWM信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于 6個(gè) IGBT。 圖 TMS320F2812的 PWM引腳電路 圖 PWM信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路（ — 5v） 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 圖 主控掛箱 PWM接口電路 圖 SN74VC4245A是 8位 5v雙向電平轉(zhuǎn)換芯片，作用是將 DSP輸出的 PWM信號(hào)電壓 5v。由于 F2812是 ，其 PWM輸出電壓也為 ，主控掛箱上 PWM接口是 5v電壓，要將 DSP的 PWM輸出信號(hào)（如圖 ）接至 PWM接口（如圖 ）上，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 串行通訊接口 F2812包含兩個(gè)串行通訊接口 (SCI)模塊， SCI模塊提供了 DSP 與其它標(biāo)準(zhǔn) nonreturntozero(NRZ)格式的異步外圍之間的數(shù)字通訊。 SCI 的接收者和傳輸者皆采用雙總線模式 (DoubleBuffered)，每一個(gè)皆有自已獨(dú)自的允許和中斷位。為了保證數(shù)據(jù)的完整性， SCI有中斷偵測(cè)、同位檢測(cè)、過(guò)載和框架錯(cuò)誤去檢查接收進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)。 SCI模塊的功能 SCI模塊主要的功能如下： （ 1） 兩個(gè)外部的 引腳 位 SCITXD： SCI傳送輸出 引腳 位 SCIRXD： SCI接收輸入 引腳 位 山東科技大學(xué) 學(xué)士 學(xué)位論文 正文 （ 2）波特 率有 64K種不同的速率，可藉由緩存器設(shè)定改變傳輸速率 ,0( 1 ) * 8,016L SPC L K BRRBRRBuad ra teL SPC L K BRR? ?? ??? ?? ??? （ 3） 數(shù)據(jù)字符 (Dataword)格式 一個(gè)開始位 ； 傳輸數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度格式，可從 1到 8之間作程序化選 擇 ； 奇同位檢測(cè) /偶同位檢測(cè) /不使用同位 檢測(cè)的選擇 ； 可選用 1或 2 個(gè)停止位 。