TMS320F2812芯片

4TMS320F2812芯片及其控制策略4.1TMS320F2812DSP芯片介绍（要来一个专业点的介绍）数字信号处理器(DigitalSignalPrcessor)，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。当今，随着数字化控制算法的快速发展，尤其在自动控制领域，DSP的高速计算能力显示了比一般微处理器更多的优点，具有广阔的应用前景。利用DSP的高速计算能力可以增加采样速度和完成复杂的信号处理和控制算法，Kalman滤波、自适应控制矢量控制、状态观测器等复杂算法利用DSP芯片可以方便地实现。DSP的信号处理能力还可用来减少位置、速度、磁通等传感器，无传感器运行之所以成为可能。在现代电机控制系统中，系统参数和状态变量通过状态观测器的计算可采用DSP有效地实现。同样，由于高运算速度，使得DSP也可有效地用于实际工程应用中，DSP的高速能力还可以消除噪声污染和不精确的输入及反馈信号数据，对要求速度响应快而准的现代电机调速系统，DSP凭借其强大的运算和处理能力，能较快地实现PWM控制算法，如空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法。综合可知，现代DSP一般具有如下一些特点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分离，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或大开销循环及跳转的硬件支持；(5)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器，可以并行执行多个操作；(6)支持流水线操作，使取值、译码和执行等操作可以重叠执行。本设计采用了数字化矢量控制，在数字化控制算法中，系统选用了TI公司的TMS320F2812DSP控制器作为主控芯片,它功能强大,运行速度快,是专门为电动机控制应用优化的控制芯片,在本设计中，它主要完成各种模拟、数字信号的采样及转换，高速精准处理各种数字信号并完成各种诸如PI调节器的控制算法，产生电压SVPWM驱动信号，完成交-直-交变频速度调控的功率驱动，与外设通信完成数据交流并检验各类软硬件故障，运行相应的中断程序等等。4.1.1TMS320F2812芯片的结构图TMS320F2812DSP是一种特殊用途的单片机，其结构如下图所示：(重拷)数据RAM544字程序ROM/FLASH16K字程序/数据/I/O总线外设总线3个定时器9个比较单元12个PWM输出死区控制器件4个输入捕获正交编码脉冲控制7个8位I/O口看门狗定时器SPI串口SCI串口8路12位A/D转换器8路12位A/D转换器16位寄存器16位桶式左移移位16*6乘法器器32位寄存器左移移位器32位ALU32位累加器左移移位器3个辅助寄存器8层硬件堆栈重复计数器2个状态寄存器4.1.2TMS320F2812芯片的内核概述TMS320F2812DSP内核采Harvard结构体系,即相互独立的数据总线，提供了片内程序存储器和数据存储器、运算单元、一个32位算术／逻辑单元、一个32位累加器、一个16位乘法器和一个16位桶形移位器组成,体系采取串行结构，运用流水线技术加快程序的运行，可在一个处理周期内完成乘法加法和移位计算,其内核计算速度为20MIPs(一个指令周期为50ns)。外设有A／D转换大容量存储器，l6位和32位的定时器比较单元、捕获单元、PWM波形发生器、高速异同步串行口和独立可编程复用I／O等组成，其中通过三个通用定时器和九个比较器的结合产生多达l2路的PWM输出结合灵活的波形发生逻辑和死区发生单元能生成对称、不对称以及带有死区时间的空间矢量PWM波形DSP芯片中集成的这些功能大大简化了整个控制系统。此外,该DSP还具有快速的中断处理能力，及硬件寻址控制、数据指针逆序寻址等多种特有的功能，将有利于TMS320F2812A在电机控制中的作用。4.1.3TMS320F2812芯片在电机控制中的应用TMS320F2812A是典型的集成DSP电机控制器，已广泛运用于三相交流感应电机、永磁同步电动机、无刷直流电动机等全数矢量控制的系统中，都可获得较为理想的控制效果。TMS320F2812A芯片特别适合于电机控制，主要得力于其功能强大的事件管理器，事件管理器具有分为十等优先级的四十个中断，其中的非法地址访问中断(IllegalAddress)能够在程序“跑飞”的情况下复位芯片；PWM封锁中断(PDPINT)能够在电机控制异常的情况下封锁PWM输出，保证了系统故障性处理的实时性。事件管理器还提供了三个功能强大的l6位定时器GPTIMERx(x=l，2，3)，三者可以互相独立，也可级联使用，可以多种方式产生l2路PWM信号。DSP控制流程图如下所示：系统初始化模块等待中断外部中断处理模块磁极位置检测电流采样处理格式速度采样处理格式电流模块运算位置、速度调节器电流调节器SVPWM模块运算4.1.3TMS320F2812芯片在电机矢量控制中所起的作用(1)接收由光学编码器输入的两相增量数字脉冲信号A、B；a．将两相信号进行四倍频；b．形成位置信号；c．形成速度信号；d．根据两相信号边沿变化的先后次序，判别电机旋转方向。(2)根据光学编码器输人的信号A、B、U、V、W粗略确定和精确确定转子磁极轴线相对于A相绕组轴线的转角。(3)速度比较，并给出转矩参数数据及作校正补偿计算。(4)接受模拟量的实际的三相电流，并将其作数字化处理，然后作三相／两相变换。(5)将电流命令信号与实际电流相比较，然后进行校正补偿处理，作三相／两相变换。最后确定PWM的脉宽系数，进而输出六路信号至功放级。(6)接受故障信号，执行中断，首先切断主电源，并同时中断PWM输出，发出中断命令，同时进行故障诊断，判别并输出故障种类信号至显示电路。4.2基于TMS320F2812DSP芯片的交流PMSM调速控制系统在本设计中，采用了TMS320F2812为控制核心，以智能控制模块(IPM)为功率变换装置，设计了一套完整的基于DSP的PMSM全数字矢量控制的交流调速驱动系统，系统总体结构如下图所示。图中所示，整个调速系统由软件、硬件两大部分组成。系统软件主要功能有:转速调节、电流调节、矢量变换、转速及转子位置估算、电压空间矢量控制、与上位机通讯等。TMS320F2812是电机专用控制DSP芯片，它集成了相当多的电机控制外围电路，这使得系统硬件设计变得非常简单。硬件部分主要包括:DSP最小系统、人机接口、整流逆变主电路、电流检测和电平变换、光电码盘信号采集、系统保护等。图4.2PMSM全数字矢量控制系统总体结构