【正文】 的CAP46，每個(gè)捕獲單元對應(yīng)一個(gè)捕捉引腳端口。一旦 T1CNT 數(shù)值計(jì)數(shù)到與 T1CMPR 數(shù)值值相同時(shí)，就發(fā)生比較匹配事件。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 12 圖 產(chǎn)生非對稱的 PWM 波形 圖 產(chǎn)生對稱的 PWM 波形 （ 2）當(dāng) T1CNT 的計(jì)數(shù)方式為連續(xù)增 /減計(jì)數(shù)時(shí)， T1PWM 引腳輸出對稱的 PWM 波形。如果 T1CNT 的數(shù)值計(jì)數(shù)到和 T1CMPR 的數(shù)值相等的時(shí)候，就會發(fā)生比較匹配事件。 （ 1）當(dāng) T1CNT 的計(jì)數(shù)方式為連續(xù)增計(jì)數(shù)時(shí)， T1PWM 引腳 輸出不對稱的 PWM 波形。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 11 圖 通用定時(shí)器結(jié)構(gòu)模塊圖 B PWM 事件管理器的比較機(jī)制能夠產(chǎn)生多路 PWM 功能。通常情況下 T1PR 和 T1CMPR是在初始化的時(shí)候才開始進(jìn)行賦值的，然后就作為一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)， CPU 會實(shí)時(shí)的將T1CNT 的數(shù)值同這兩個(gè)參考值進(jìn)行比較，一旦 T1CNT 的數(shù)值與 T1PR 數(shù)值相等時(shí)，T1CNT 就會重新開始計(jì)數(shù)或者逐漸變小直到為 0，這樣就完成 1 個(gè)周期的計(jì)數(shù)過程，接著 再從 0 重新計(jì)數(shù)至 T1PR 里面，如此循環(huán)不斷下去。 圖 TMS320F2812 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 A 通用定時(shí)器 圖 為通用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)圖， T1PR 和 T1CMPR 分 別是 T1 定時(shí)器的周期寄存器和比較寄存器，它們的功能是用來專門存儲為定時(shí)器 T1 設(shè)置的周期值和比較值的。 TMS320F2812 部分功能介紹 TMS320F2812 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示，它被稱為電機(jī)控制的專用芯片，主要是因?yàn)樵撔酒?2 個(gè)功能強(qiáng)大的事件管理器模塊 EVA 和 EVB[11]、 [12]、 [13]。 表 DSP2812 與 DSP2407 性能比較 芯片的名字 CPU 片內(nèi)FLASH 片內(nèi)RAM 指令周期 PWM輸出 片內(nèi)A/D 電源 TMS320F2812 32 位 16 位 16 位 12 路 16 路 核心電壓 I/O 電壓 TMS320LF2407 16 位 16 位 16 位 33ns 12 路 16 路 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 10 DSP2812 與 DSP2407 的性能比較見表 。 F2812 是高性能 32 位定點(diǎn) DSP，采用 的內(nèi)核電壓， 的外圍接口電壓，最高頻率 150MHz，指令周期為 ，片內(nèi)有 18K 的 RAM， 128K 高速 Flash，事件管理EVA 和 EVB 包括通用時(shí)鐘、 PWM 信號發(fā)生器等。本 文根據(jù)控制系統(tǒng)的性能要求和芯片應(yīng)用場合、應(yīng)用目的以及成本等因素，選擇由 TI 公司生產(chǎn)的 32 位定點(diǎn) DSP 控制器TMS320F2812，它不但具有傳統(tǒng)微處理器可編程、靈活性強(qiáng)、集成度高等良好性能，而且其 DSP 內(nèi)核頻率高達(dá) 150MHz，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)使得運(yùn)算的速度、精度和處理能力大幅度提高，是目前控制應(yīng)用領(lǐng)域最先進(jìn)數(shù)字處理器之一，能夠?qū)崟r(shí)在線地處理許多復(fù)雜的控制算法，如，有無位置傳感器控制、遺傳控制、蟻群控制等算法，從而達(dá)到減少控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和諧波的目的。只有選定了芯片才能進(jìn)一步對其外圍電路以及系統(tǒng)的其它電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。將式 (22)、式(23)、式 (24)和式 (25)作拉氏變換，得到如下函數(shù) : Ua(s)=RaIa(s)+LaSIa(s)+Ea(s) (26) JSΩ(s)=Te(s)一 Tl(s)一 KDSΩ(s) (27) Ea(s)=KeΩ(s) (28) Te(s)=KTIa(s) (29) 上面的式子可以用圖 [10]。 電磁轉(zhuǎn)矩為： Te=KT*Ia (25) 式中： KT磁轉(zhuǎn)矩常數(shù) [9]。 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖 所示。 絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。 VM 在調(diào)速性能 、可靠性、經(jīng)濟(jì)性上都具有優(yōu)越性，成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱 VM 系統(tǒng)，又稱靜止的 WardLeonard 系統(tǒng)，通過控制電壓的改變來改變晶閘管觸發(fā)控制角 α。 GM 系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運(yùn)行有噪音、維護(hù)不方便。 改變電樞電壓主要有三種方式：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（ PWM）變換器 (或稱直流斬波器 )。 直流電機(jī)的調(diào)速原理 眾所周知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式為： ??? KIRUn (21) 式中： U電樞端電壓 I電樞電流 R電樞電路總電阻 Φ每極磁通量 K與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù) 由上式可知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的控制方法有三種： (1)調(diào)節(jié)電樞電壓 U 改變電樞電壓從而改變轉(zhuǎn)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)； (2)改變電機(jī)主磁通 只能減弱磁通，使電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn) 速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍?。? (3)改變電樞電路電阻 R 在電動(dòng)機(jī)電樞外串電阻進(jìn)行調(diào)速，只能有級調(diào)速，平滑性差、機(jī)械特性軟、效率低。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的 [8]。 此時(shí)載流導(dǎo)體 ab 和 cd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 6 直流電機(jī)的基本工作原理 對圖 所示的直流電機(jī)，如果去掉原動(dòng)機(jī)，并給兩個(gè)電刷加上直流電源，如圖 所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈 abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體 ab 和 cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定， 兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在電樞鐵心上放置了由 A 和 X 兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首 端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。 圖 直流電機(jī)的物理模型圖 圖 直流電機(jī)的基本工作原理圖 圖 所示是一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵(lì)磁的靜止的主磁極 N 和 S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 5 第二章 直流電機(jī)工作原理及 DSP 的選擇 直流電機(jī)工作原理 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)的物理模型圖中，固定部分有磁鐵，這里稱為主磁極；固定部分還有電刷。首先對控制系統(tǒng)選擇的 DSP 芯片 2812做了簡介，設(shè)計(jì)了以 TMS320F2812 為核心的包括供電電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩電路、外擴(kuò) FLASH 電路、 JTAG 接口電路、 SCI 串口通訊電路、 AD 轉(zhuǎn)換電路、 PWM 驅(qū)動(dòng)電路。 研究內(nèi)容 本論文主要是針對直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究，以 TI 公司的 DSP2812 芯片為控制核心。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。因 此我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation，簡稱 PWM）方向發(fā)展 [5]。 我國關(guān)于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有：綜合性最優(yōu)控制，補(bǔ)償 PID 控制， PID算法優(yōu)化，也有的只應(yīng)用模糊控制技術(shù) [4]。 我國從 20 世紀(jì) 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 3 數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機(jī)，同一臺控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟 件版本對不同類型的被控對象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使它易和 PLC 等各種器件通訊組成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能、長期工作的高可靠性和整個(gè)控制器體積小型化，彌補(bǔ)了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點(diǎn)，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護(hù)簡單，使其具備了廣一闊的應(yīng)用前景 [3]。 在那些對電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。由于有微處理器和傳感器作為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分，所以又稱這種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中，脈寬調(diào)制（ PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分所采用的功率器件經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快 ，控制更容易的全控型功率器件 MOSFET 和 IGBT 逐漸成為主流。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，永磁材料技術(shù)，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。 從 20 世紀(jì) 80 年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動(dòng)完成一次大的躍進(jìn)。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技 術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn) :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護(hù)人員會造成一定的危害等。第三 ，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī) (即旋轉(zhuǎn)變流組 )，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制元器件，可完成優(yōu)良的調(diào)速，如有較寬的調(diào)速范圍 (十比一至數(shù)十比一 )、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。這種方法簡單易行且設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。另外它可以產(chǎn)生有死區(qū)的 PWM 輸出，所以可以使外圍硬件最少。 在直流調(diào)速控制系統(tǒng)中，可以采用各種控制器， DSP 是其中的一種選擇。長期以來，直流電機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制和位置控制的統(tǒng)治地位。最后列出了本文研究的主要內(nèi)容及全文的結(jié)構(gòu)安排。 TMSF2812。 關(guān)鍵詞 ： 直流電機(jī)， DSP， TMSF2812， PWM 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 ii The Control of DC Motor Based on DSP (Hardware Part) Abstract By the development of the theory of modern control, power electronics and microelectronics, in order to satisfy the demands of the modern technologies, the demands of electric drive system are more adaptive capability and more stability. The driving system based on DSP is replacing the system based on MCS51 by DSP’ advantages such as highspeed calculation, wealthy peripherals and so on. In the paper, the whole platform is designed by chipTMS320F2812 as core controller, based on analyzing the controlled object. According to the demand of motor drive system, as well as DC motor characteristics and the functions of DSP, a PWM control system project of DC motor has been adopted. About the control system of DSP, the hardware design of the con