电机控制嵌入式DSP芯片ADMC401及其应用

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:522

摘要：新一代电机控制嵌入式dsp芯片admc401的原理与结构，描述了其a/d转换系统、脉冲宽度调制单元和光电编码器接口单元等电机控制外设电路的独特之处和应用中的技术关键。还将admc401与其它国际主流产品相比较，并结合电机控制技术的发展趋势，介绍了admc401在交流调速系统中的应用。

关键词：嵌入式dsp　电机控制　交流调速

近年来，随着现代电机控制技术的发展和电机驱动系统市场的繁荣，ad公司推出了admcxx系列电机控制嵌入式dsp。其中的admc401属于高端产品，适合于工业控制、机床控制等高精度应用。目前有一定数量的文献涉及到admc401在电气传动中的应用[1~3]，但都侧重于介绍传动系统或者电机控制的算法，没有从芯片的角度系统地介绍admc401的原理和特点。admc401具有一套完备的外围控制接口和丰富的电机控制外设电路，将dsp的高速运算能力和外设电路的控制能力结合到一起，可以在高度集成环境中实现电机控制。本文将着重阐述admc401的原理和特点，并介绍它在工业控制中的应用。

1 admc401的体系结构

admc401的体系结构图如图1所示，它主要由dsp内核和存储空间及电机控制外设电路组成。对全数字化高性能的电机控制来讲，admc401最具特色的电机控制外设电路是它的片内模/数转换系统、脉冲宽度调制单元和光电编码器接口单元。

1.1 dsp内核和存储空间

dsp内核是admc401的"大脑"，它基于26mips定点adsp-2171芯片。adsp-2171芯片是ad公司adsp-21xx家族的成员，其灵活的结构和完整的指令集允许该处理器能并行执行多种功能[4]。admc401被赋予了adsp-2171的几个系统级的特征，如内存映射、中断系统和低功耗运行等。

admc401的dsp内核包含三个计算单元、两个数据地址发生器和一个程序定序器。计算单元包含一个算术逻辑单元alu、一个乘法－累加器(mac)和一个桶式移位器。

admc401有2k×24bit的片内程序存储ram、2k×24bit的片内程序存储rom以及1k×16bit的数据存储ram。此外，admc401可以通过外部地址总线和外部数据总线扩展为14k×24bit的程序存储空间和13k×16bit的数据存储空间。

1.2 模/数转换(adc)系统

adc系统在电机控制中扮演着重要的角色。它是控制器的"眼睛"，借助adc系统，控制器才可以监视和调控电机的运行。admc401包含一个快速、高精度、多输入的adc系统，工作模式十分灵活，其结构示意图如图2所示。

admc401的adc系统有8路专用模拟信号输入，所有信号通过一个12bit的流水线闪速(pipeline-flash)模/数转换内核在2μs内全部转换完毕。整个系统在四分之一的系统时钟频率下工作，输入的模拟电压幅度可以达到4v(峰－峰值)。8路输入被分为两组，vin0~vin3为一组，vin4~vin7为一组。每组都有一个专门的输入端，它连接到采样保持放大器的反相输入端，把模拟量输入偏置到模/数转换内核正常的输入范围。

admc401的adc系统有两种工作模式--同步采样模式和顺序采样模式。采用同步采样模式时，vin0和vin4、vin1和vin5、vin2和vin6、vin3和vin7组成四对双通道同步采样输入端，每一对模拟信号被同步采样和保持。采用顺序采样模式时， 8路模拟信号在一个adc时钟周期(或四个dsp时钟周期)内被逐路采样和保持。

该adc系统有两种起动模式--内部命令起动模式和外部命令起动模式。内部命令起动是在pwm同步脉冲(pwmsync)的上升沿开始a/d转换；外部命令起动是在convst引脚出现上升沿时开始a/d转换。两种起动模式可以通过设置控制寄存器的值相互切换。

该adc系统有两种附加模式--偏置校正模式和增益校正模式，用于校正系统的偏置和增益，以增加整个系统的工作精度。

值得注意的是，在实际应用中要恰当配置与adc系统相关引脚相连的电容，推荐配置如图3所示，其中c3和c5是钽电容，其余的是瓷片电容。

1.3 脉冲宽度调制(pwm)单元