波形发生器的设计

综合实验设计报告学生姓名:刘子维学号：1001030125学院:电气工程学院班级:电技111题目:波形发生器的设计指导教师：尹维春、王冬铂职称:2015年1月13日一．设计要求应用单片机或者DSP、ARM、EDA完成SPWM波形发生器的设计。要求学生学会使用电子电路的测试、熟练应用相关仪器仪表和设备。完成电路设计、仿真、硬件电路实现、相关程序编写和指标测试，写出详细的工程实践报告。二．设计原理及框图1.通过对设计的整体理解，初步设计的方案的原理框图如图所示。由上图可以看出，设计总共有一个主控制器，六个控制电路组成。其主控制器采用了DSP芯片TMS320LF2407，几个控制电路分别为：1：复位电路：为了确保在系统加电过程中在内核电压和外围端口电压达到要求水平之前，DSP芯片始终处于复位状态而设计的电路。2：电源电路：为给供电系统提供持续的、稳定的能量，使系统免受外部的侵扰，并防止系统对自身做出伤害而设计的电路。3：按键控制电路：为了能实时的改变输出频率就必须在硬件电路中设计按键控制电路。4：显示输出的波形频率：当程序一旦运行时，用来实时的显示输出的频率。5：晶振电路：为系统提供时钟的电路。6：SPWM波形检测电路：把输出的SPWM波通过滤波后在示波器上检测其波形的完整性。2.SPWM产生的原理两个冲量相等而形状不同的窄脉冲加到惯性环节上其效果是相同的。这个结论是正弦SPWM波形控制的主要理论依据。如图所示，在其正半个周期内把正弦波看成N个彼此相连的脉冲所组成的波形，这些脉冲宽度相同，均为2π/N,但幅值不同,而且脉冲的顶部是曲线,各个脉冲的幅值按正弦规律变化,也即PWM波的占空比q值按正弦规律变化。如果把以上的脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列来代替(也即SPWM脉冲序列),使得矩形脉冲的中点和相应的正弦脉冲等分的中点重合,而且使矩形脉冲和相应正弦脉冲部分的面积相等,如图中的面积M1和面积M2,M1=M2,如图所示的矩形脉冲的宽度按照正弦规律变化和正弦波等效的波形就是正弦SPWM波。三．器件说明MS320LF24XX系列片内具有多达16路的10位A/D转换功能，具有多个通用定时器和一个看门狗定时器，具有多达14个脉宽调制（PWM）输出通道，最多有41个通用的I/O引脚。因而在设计中选用了TMS320LF2407，其资源配置如下表所示。四．设计过程1.波形调整方法选择在时刻C时对对应的正弦波作一水平直线与三角波交于两点在交点处形成等效的矩形波正弦值大于三角波值时矩形波取高，否则矩形波取低。在利用DSP芯片内部的全比较单元生成SPWM波时，三角波是由计数器T1产生。那么控制的关键是对存入比较单元的时间T1的计算。其中正弦波的表达式为Ursin(wt),三角载波的幅值为Ut周期为Tt。根据三角形相似可得出：DE/CB=AD/AB即：由此我们可以推出T1，再由Tt=2T1+T0可推出T0其中取三角波的幅值为1，调制比为：M=Ur/Ut；SPWM波的占空比：由于正弦波DSP内部是离散的，则有：取N值为360。K为采样次序，K=0，1，2……N/K-1。上式即：而载波频率Fc和调制波频率Fr之比称为载波比，根据设计即通过规则采样SPWM算法来输出高精度的三相SPWM波形。2.主程序的设计五．仿真调试过程问题1：产生的波形不规则。解决方案：加大SPWM输出频率，并增加周期内比较匹配点数。问题2：程序工作异常，与设想情况不符。解决方案：在重要的语句设置断点，并监视单步运行，耐心寻找。六．设计体会及收获从此次设计我初步接触并掌握了DSP的相关知识及设计，对日后的工作有着重要的帮助和影响，因为时间的关系，DSP的知识的认知只能停留在表面，再以后还必因为时间的关系，对DSP来解决实际问题。在以后还必须继续学习掌握，才能更好的运用DSP来解决实。