【正文】 DSP 芯片方面相對(duì)比較晚。這些特點(diǎn)使得 TMS320 系列 DSP 芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的 DSP 運(yùn)算，并使大部分運(yùn)算（例如乘法）能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。TMS320 系列 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)包括：（1）哈佛結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍；（2）流水線操作，即取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令執(zhí)行完全重疊，處理器可以并行處理 2~6 條指令，提高系統(tǒng)效率；（3）專(zhuān)用的硬件乘法器，DSP 芯片因?yàn)閮?nèi)部設(shè)有專(zhuān)用的硬件乘法器，因此可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法運(yùn)算，這對(duì)于大多數(shù)算法而言具有重大意義；（4）特殊的 DSP 指令，針對(duì)常用算法共性特征，DSP 特有一些諸如數(shù)據(jù)移位、乘累加等特殊指令，提高計(jì)算速度；（5）快速的指令周期，TMS320 系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的 200ns 降低至現(xiàn)在的20ns 以下。TI 公司在 1982 年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32022 及其系列產(chǎn)品TMS3202 TMS320C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相繼推出了第二代 DSP 芯片TMS320 TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP 芯片 TMS320C30/C31/C32，第四代DSP 芯片 TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片 TMS320C5X/C54X，第二代 DSP 芯片的改進(jìn)型 TMS320C2XX，集多片 DSP 芯片于一體的高性能 DSP 芯片 TMS320C8X以及目前速度最快的第六代 DSP 芯片 TMS320C62X/C67X 等。這樣，雖然執(zhí)行一條指令仍需要 3 個(gè)周期，可是由于并行的流水線處理，看起來(lái)好像每條指令都是在 1 個(gè)周期內(nèi)完成的。程序的執(zhí)行過(guò)程大致可分為讀指令、指令譯碼、指令執(zhí)行等幾個(gè)階段。3．DSP 在內(nèi)核設(shè)計(jì)方面還有一個(gè)特點(diǎn)是采用多重流水線結(jié)構(gòu)。諾曼結(jié)構(gòu)指的是將程序與數(shù)據(jù)統(tǒng)一編址，不區(qū)分存儲(chǔ)器的程序空間和數(shù)據(jù)空間；而哈佛結(jié)構(gòu)是將程序空間與數(shù)據(jù)空間分開(kāi)編址，這樣在 DSP 處理數(shù)據(jù)空間運(yùn)算與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)可以并行地從程序空間讀取下一條指令。諾曼結(jié)構(gòu)（Von Neuman） 。在循環(huán)方面，DSP 有諸如重復(fù) n 次（repeat n）或循環(huán) n 次（do loop n）等指令，使 DSP 能迅速完成 n 次循環(huán)，而不必每次都檢查是不是已經(jīng)循環(huán)了 n 次了。在乘法的指令執(zhí)行方式上，DSP 的小數(shù)乘法在算法上分定點(diǎn)算法 DSP 和浮點(diǎn)算法 DSP。而DSP 則在硬件設(shè)計(jì)上針對(duì)這類(lèi)計(jì)算采取了一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)，以求最快的運(yùn)算速度，以至于趨于模擬電路的延遲時(shí)間。DSP 系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。一個(gè)簡(jiǎn)單的 16 位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 105 的精度；(5) 可重復(fù)性好。DSP 系統(tǒng)中的可編程DSP 芯片可使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)；(3) 穩(wěn)定性好。 DSP 芯片的概述 [4],[7],[8]數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 接口方便。在本文后述的 AC/DC，DC/AC 變換器中，都將 DSP 作為系統(tǒng)的控制核心，驗(yàn)證了 DSP 在電力電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，當(dāng)被控系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，只要設(shè)計(jì)好功率電路與控制電路的接口，無(wú)需更改控制板，只需要在 DSP 中裝入新的程序即可，例如在 BoostPFC 電路中使用的控制板與其后級(jí) DC/DC 電路的控制板就是完全一樣的，可以互換使用。本文第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)進(jìn)一步的研究工作進(jìn)行了展望。本文第四章闡述了 DSP 在 DC/AC 領(lǐng)域的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了基于TMS320LF2407A 的三電平逆變器硬件及軟件設(shè)計(jì)。本文第三章闡述了 DSP 在 AC/DC 領(lǐng)域的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了基于 DSP56F8323的 BoostPFC 電路硬件及軟件設(shè)計(jì)。本文第二章闡述了 DSP 芯片的特點(diǎn)及其在電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用。 “小、輕、薄 ”是當(dāng)今開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主要趨勢(shì)，數(shù)字控制的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了控制電路，因此也成為未來(lái)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向之一。本文研究的內(nèi)容是基于 DSP 的數(shù)字化開(kāi)關(guān)電源研究，將數(shù)字化控制應(yīng)用到AC/DC、DC/DC、DC/AC 等電能變換領(lǐng)域，驗(yàn)證了不同開(kāi)關(guān)電源的控制都可以通過(guò)數(shù)字控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得硬件平臺(tái)具有更加廣泛的通用性。正是由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，使得 DSP 能用軟件實(shí)現(xiàn)以前需用硬件才能實(shí)現(xiàn)的功能，也同樣使數(shù)字信號(hào)處理中的一些理論和算法可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。 隨著數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的成熟和普遍，新一代的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作，即程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器彼此相互獨(dú)立，在每一時(shí)鐘周期中能完成取指、譯碼、讀數(shù)據(jù)以及執(zhí)行指令等多個(gè)操作從而大大減少指令執(zhí)行周期。 因此，傳統(tǒng)的控制方案在許多場(chǎng)合已不適應(yīng)新的要求。包括市電在內(nèi)的所有原始電能可能滿足不了用戶(hù)的要求，必須經(jīng)過(guò)處理后才能使用，電力電子技術(shù)在這種處理中起到了重要的作用。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP 芯片一般具有以下主要特點(diǎn)：? 在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和加法；? 程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；? 片內(nèi)具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)；? 具有低開(kāi)銷(xiāo)或無(wú)開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；? 快速的中斷處理和硬件 I/O 支持；? 具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；? 可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；? 支持流水線操作，使取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。在上述幾種方法中，第 1 種方法的缺點(diǎn)是速度較慢，一般可用于 DSP 算法的模擬；第 2 種和第 5 種方法專(zhuān)用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制，第 2 種方法也不便于系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行；第 3 種方法只適用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 DSP 算法；只有第 4 種方法才使數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用打開(kāi)了新的局面。與單片機(jī)相比，DSP 芯片具有更加適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法；5．用專(zhuān)用 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、交換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。 數(shù)字信號(hào)處理概述 [4]數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng) DSP）是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。電力電子技術(shù)是重要的支撐科技，據(jù)美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)和技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)提出，國(guó)家關(guān)鍵性的科技領(lǐng)域有七個(gè)方面：能源、環(huán)保、資訊與通信、生命科學(xué)、材料和交通，每一領(lǐng)域無(wú)一不和電力電子有關(guān)。隨著電力電子器件的功率化、高速化，電力電子電路的容量水平和工作頻率不斷提高，電能變換的質(zhì)量也越來(lái)越好 [1]。在高電壓大電流的應(yīng)用中（如高壓直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償?shù)龋?，目前晶閘管仍占主導(dǎo)地位，在中小容量的電力電子設(shè)備中，IGBT 和 MOSFET 應(yīng)用則比較廣泛。其后出現(xiàn)的功率場(chǎng)控晶體管、絕緣門(mén)極晶體管等形成了一個(gè)新的全控型器件大家族。電力電子器件是電力電子技術(shù)的基礎(chǔ)，電力電子技術(shù)是隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展而發(fā)展的。我國(guó)缺電嚴(yán)重，另一方面卻用電嚴(yán)重浪費(fèi)，矛盾十分尖銳。當(dāng)今機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)上的突破主要在于電子化。 ”[1]電力電子技術(shù)的基本特點(diǎn)之一是能以小信號(hào)輸入控制很大的功率輸出，放大倍數(shù)極大，這就是電力電子設(shè)備成為強(qiáng)、弱電之間接口的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：數(shù)字控制，數(shù)字信號(hào)處理器，功率因數(shù)校正，三電平逆變器，空間矢量控制AbstractThe development of microprocessor provides a new method for switching mode power supply control — digital control. Digital control has many advantages such as repeatability, durability, adaptability and so on. This thesis focuses on the study, implementation and improvement of a DSP based digital controller.This thesis mainly includes three parts, which are described in detail in chapter 2, chapter 3, and chapter 4 respectively.Chapter 2 introduces the development of DSP chips. There are two kinds of DSP chip used in this thesis — Motorola’s DSP56F8323 and TI’s TMS320LF2407A. The hardware design of these two DSP chips is described in this chapter and the performance of these two DSP chips is pared at the end of this chapter.Chapter 3 focuses on the digital control of Power Factor Corrector (PFC). First, the damages of low power factor and the importance of PFC are presented. Secondly, the main parts of the hardware are designed and selected. Last, the controltooutput transfer function of Boost PFC converter is found. The parameters of digital adjuster are calculated. Simulink and experiment results prove the correction of the design.Chapter 4 focuses on the theory of Voltage Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) and its control strategy. A fast space vector modulation algorithm for 3level 3phase converter is also described in this chapter. Simulink results prove the correction of the control strategy.Keywords: digital control, Digital Signal Processor, PFC, 3level inverter, Space Vector Modulation目 錄第一章 緒論 ........................................................................................................................1 電力電子技術(shù)概述 ....................................................................................................1 數(shù)字信號(hào)處理概述 ....................................................................................................2 課題背景和研究目的 ................................................................................................2 本文研究的主要內(nèi)容 ................................................................................................3第二章 數(shù)字控制器的原理及硬件構(gòu)成 ............................................................................5 引言 ............................................................................................................................5 DSP 芯片的概述 ........................................................................................................5 DSP56F8323 芯片及其外圍電路設(shè)計(jì) ......................................................................7 DSP56F8323 芯片介紹 ............................................