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DSP控制系统设计

发布时间:2008/10/27 0:00:00 访问次数:749

  dsp系统由tms320lf2407a与仿真口(jtag)等外围电路构成。dsp内部已有32k字的flash rom,但为了调试的方便(flash rom中的程序不能设置断点,且需专门的下载程序),外加了程序ram,在程序经多次调试,成熟可靠时可写人内部的flash rom,通过设置相应的跳线,dsp复位时即可从内部的flashrom来执行程序。

  dsp片上有544字的双口ram(daram),全部配置到数据空间,将程序中频繁存取的变量分配到这部分双口ram中,以提高处理的速度。dsp片上还有2k字的单口ram(saram)配置到数据空间,也用来存放临时变量。

  为了方便在线仿真,tms320lf2407a还配置了一个兼容ieee 1149.1标准的jtag仿真口,dsp通过仿真设各连接到上位机(pc),可以进行在线仿真,从而大大提高了开发速度。

  由于tms320lf2407a的供电电压为3.3v,配各了dc-dc电源变换芯片tps3333qd,该电源变换芯片将5v直流电压变换为3.3v,最大供电电流为500ma,能满足dsp的功耗要求。

  dsp的频率由外部10mhz晶振提供,经dsp四倍频后可提供40mhz的工作频率,最大限度地保证dsp的快速运行。

  (1)转子位置检测电路设计 在无刷直流电机控制系统中,位置传感器一方面用来测定转子磁极的位置,为实现电子换向提供信息;另一方面用来检测电机转速,为闭环速度反馈提供电机的实时转速。

  本节中的无刷直流电机为有位置传感器型,因此设计采用霍尔型位置传感器来采集转子磁极位置。它利用霍尔效应,将霍尔元件及其半导体集成电路集成在一块n型硅的外延片上,其外形与一般小型晶体管相似,体积小,灵敏度高。

  无刷直流电机的三相霍尔传感器信号如图1所示,但输入dsp的位置传感器信号是经过总线驱动器将5v电平转换为3.3v后的信号,该信号除了幅值与原信号不同外其他均相同。dsp对霍尔传感器信号进行译码时,不仅要检测霍尔传感器的电平变化,而且要知道电平是高电平还是低电平,由此来判断转子的位置。根据判断出的转子位置和正反转逻辑来控制绕组的导通顺序,如表1所示。

  图1  霍尔位置传感器信号



  
  表1  换相控制逻辑表

  这部分电路除了可以完成转子位置译码的功能外,再配以一个内部定时器,就可以同时对电机转速进行实时测量,具体实现方法将在软件部分阐述。

  (2)pwm波形及死区产生 要产生一个pwm波形,首先要有一个能够循环计数的定时器,作为pwm波形的周期发生器;另外,还要有一个能够提供与定时器计数值实时比较的比较环节,以控制波形的跳变;最后,还需要一个逻辑控制,来定义比较匹配事件发生时的引脚电平跳变规律。这三个方面缺一不可。

  事件管理模块的3路普通目的定时器可以胜任第一个方面的工作,通过对其相应寄存器的设置,就可以使其工作在连续计数方式下。定时器的连续计数模式有两种:第一种为连续增计数模式,如图2a所示,这种模式可以作为非对称pwm波形的时基;第二种为连续增减计数模式,如图2b所示,这种模式可以作为对称pwm波形的时基。

  图2 两种定时器计数模式


  由图2可以看出,通过改变定时器周期寄存器(period register)的值,就可以方便地改变计数的周期,这样就可以改变pwm波形的频率。

  全比较单元主要完成第二方面的工作,即将设定的比较值与计数值实时比较,产生比较匹配触发事件,作为输出逻辑单元的触发基准。图3所示是定时器在连续升序计数方式模式下,全比较单元的比较操作逻辑。

  图3 比较操作逻辑


  由图中可看出,只要实时改变比较寄存器的值,就可以改变比较匹配事件发生的时间长短,从而改变单位周期内高电平或低电平的脉冲宽度,产生pwm波形。

  输出逻辑控制单元主要是定义引脚在比较时间触发点的电平逻辑,主要是通过对动作控制寄存器(action cntrol register)的位定义来进行的。触发点的电平逻辑有以下4种:事件发生时下跳、事件发生时上跳、强制高电平和强制低电平。

  每一个全比较单元都和两个pwm引脚相对应,这样,3个全比较单元就可以控制6路pwm波形的产生。对于无刷直流电机的控制,需要根据其控制时序,产生准确的pwm波形来驱动电力电子器件。

  死区单元用于保证在任何情况下,每个比较单元相关的两路pwm输出控制已对正向导通和负向导通设备时没有重叠,即一个器件在没有完全关断时,另一个器件不能导通。极端的情况包括用户装载了一个比占空周期更大的死区值或占空比为100%或

  dsp系统由tms320lf2407a与仿真口(jtag)等外围电路构成。dsp内部已有32k字的flash rom,但为了调试的方便(flash rom中的程序不能设置断点,且需专门的下载程序),外加了程序ram,在程序经多次调试,成熟可靠时可写人内部的flash rom,通过设置相应的跳线,dsp复位时即可从内部的flashrom来执行程序。

  dsp片上有544字的双口ram(daram),全部配置到数据空间,将程序中频繁存取的变量分配到这部分双口ram中,以提高处理的速度。dsp片上还有2k字的单口ram(saram)配置到数据空间,也用来存放临时变量。

  为了方便在线仿真,tms320lf2407a还配置了一个兼容ieee 1149.1标准的jtag仿真口,dsp通过仿真设各连接到上位机(pc),可以进行在线仿真,从而大大提高了开发速度。

  由于tms320lf2407a的供电电压为3.3v,配各了dc-dc电源变换芯片tps3333qd,该电源变换芯片将5v直流电压变换为3.3v,最大供电电流为500ma,能满足dsp的功耗要求。

  dsp的频率由外部10mhz晶振提供,经dsp四倍频后可提供40mhz的工作频率,最大限度地保证dsp的快速运行。

  (1)转子位置检测电路设计 在无刷直流电机控制系统中,位置传感器一方面用来测定转子磁极的位置,为实现电子换向提供信息;另一方面用来检测电机转速,为闭环速度反馈提供电机的实时转速。

  本节中的无刷直流电机为有位置传感器型,因此设计采用霍尔型位置传感器来采集转子磁极位置。它利用霍尔效应,将霍尔元件及其半导体集成电路集成在一块n型硅的外延片上,其外形与一般小型晶体管相似,体积小,灵敏度高。

  无刷直流电机的三相霍尔传感器信号如图1所示,但输入dsp的位置传感器信号是经过总线驱动器将5v电平转换为3.3v后的信号,该信号除了幅值与原信号不同外其他均相同。dsp对霍尔传感器信号进行译码时,不仅要检测霍尔传感器的电平变化,而且要知道电平是高电平还是低电平,由此来判断转子的位置。根据判断出的转子位置和正反转逻辑来控制绕组的导通顺序,如表1所示。

  图1  霍尔位置传感器信号



  
  表1  换相控制逻辑表

  这部分电路除了可以完成转子位置译码的功能外,再配以一个内部定时器,就可以同时对电机转速进行实时测量,具体实现方法将在软件部分阐述。

  (2)pwm波形及死区产生 要产生一个pwm波形,首先要有一个能够循环计数的定时器,作为pwm波形的周期发生器;另外,还要有一个能够提供与定时器计数值实时比较的比较环节,以控制波形的跳变;最后,还需要一个逻辑控制,来定义比较匹配事件发生时的引脚电平跳变规律。这三个方面缺一不可。

  事件管理模块的3路普通目的定时器可以胜任第一个方面的工作,通过对其相应寄存器的设置,就可以使其工作在连续计数方式下。定时器的连续计数模式有两种:第一种为连续增计数模式,如图2a所示,这种模式可以作为非对称pwm波形的时基;第二种为连续增减计数模式,如图2b所示,这种模式可以作为对称pwm波形的时基。

  图2 两种定时器计数模式


  由图2可以看出,通过改变定时器周期寄存器(period register)的值,就可以方便地改变计数的周期,这样就可以改变pwm波形的频率。

  全比较单元主要完成第二方面的工作,即将设定的比较值与计数值实时比较,产生比较匹配触发事件,作为输出逻辑单元的触发基准。图3所示是定时器在连续升序计数方式模式下,全比较单元的比较操作逻辑。

  图3 比较操作逻辑


  由图中可看出,只要实时改变比较寄存器的值,就可以改变比较匹配事件发生的时间长短,从而改变单位周期内高电平或低电平的脉冲宽度,产生pwm波形。

  输出逻辑控制单元主要是定义引脚在比较时间触发点的电平逻辑,主要是通过对动作控制寄存器(action cntrol register)的位定义来进行的。触发点的电平逻辑有以下4种:事件发生时下跳、事件发生时上跳、强制高电平和强制低电平。

  每一个全比较单元都和两个pwm引脚相对应,这样,3个全比较单元就可以控制6路pwm波形的产生。对于无刷直流电机的控制,需要根据其控制时序,产生准确的pwm波形来驱动电力电子器件。

  死区单元用于保证在任何情况下,每个比较单元相关的两路pwm输出控制已对正向导通和负向导通设备时没有重叠,即一个器件在没有完全关断时,另一个器件不能导通。极端的情况包括用户装载了一个比占空周期更大的死区值或占空比为100%或

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