基于TMS320F28069的SPWM波形实现(电力电子作业)

基于TMS320F28069的SPWM波形实现学院：电气学院专业：电气工程课程：现代电力电子技术姓名：学号：1基于TMS320F28069的SPWM波形实现-3班-15号摘要：本报告介绍了正弦脉宽调制（SPWM）的原理，包括规则采样法等。并采用TMS320F28069芯片，通过CCSV4.2.1软件进行程序下载和调试，在示波器界面上观察所得到的波形。最终，这次实验通过了老师的验收！关键词：正弦脉宽调制；规则采样法；SPWM波形Abstract:Thisreportintroducestheprincipleofsinepulsewidthmodulation(SPWM),includingRegularSamplingmethod,etc.AndusestheTMS320F28069chip,throughCCSV4.2.1softwaretodownloadprogramanddebug,observewaveformontheinterfaceofoscilloscope.Intheend,thisexperimentwasadmittedbyourteacher!Keywords:SinePulseWidthModulation;RegularSamplingMethod;SPWMWaveform1、SPWM原理在进行脉宽调制时,使脉冲系列的占空比按正弦规律来安排。当正弦值为最大时，脉宽最大，脉冲之间的间隔最小；当正弦值较小时，脉宽较小，脉冲之间的间隔较大。通过正弦波脉宽调制输出后的电压脉冲系列可以使电机电流中的高次谐波成分大大减少。SPWM开关点的计算从原理上讲，应该根据正弦参考控制波与三角载波进行比较后的交点来确定，确定交点的方法有硬件法和软件法。其中，软件法又可以分为表格法、随时计算法和实时计算法。本实验采用实时计算法中的采样型SPWM算法。它是根据正弦参考控制波与三角载波进行比较后产生SPWM控制开关信号的基本原理，推导出SPWM开关点的算法。采样型SPWM有自然采样法和规则采样法两种。自然采样法在计算SPWM波的脉宽时要解超越方程，这需要花费较多的时间，因此自然采样法不适合用于实时控制。本实验所实现的SPWM波形是采用对称规则采样法II所产生的，如下所述。2、规则采样法自然采样法的主要问题是SPWM波形每一个脉冲的起始和结束时刻tA和tB对于三角载波的中心线不对称，因而求解困难。工程上实用的方法要求计算简单，误差不是很大，因此对自然采样法进行一些近似处理，得出了各种规则采样方法（RegularSamplingmethod）。2.1对称规则采样法I这种方法是在三角载波的每一个周期的正峰值时刻找出正弦调制波上的对应点如图1所示D点，求出此处的电压值urd。2图1称规则采样法I用此电压值对三角载波进行采样，得A、B两点。就认为它们是SPWM波形中脉冲的生成时刻，A、B区间就是脉宽时间t2。SPWM波形的每一个脉冲的起始和结束时刻tA和tB对于三角载波的中心线是对称的（t1=t3）。所以称为对称规则采样法。对称规则采样法I的计算公式为：脉宽时间：DctwMTt12sin12（1）间歇时间：23121tTttc（2）从上述计算公式可以看出，对称规则采样法I的计算明显比自然采样法要简单，但从图2中可以看出输出脉冲宽度明显减小，从而造成控制误差。这是由于采样电压水平线与三角载波的交点都处于正弦调制波的同一侧造成的。为减小误差提出了对称规则采样法II。2.2对称规则采样法II如图2所示，仍然在三角载波的固定时刻找到正弦调制波上的采样电压值，但所取的不是三角载波的正峰值而是负峰值，图中E点，采样电压为ure。图2称规则采样法II3在三角载波上由ure水平线截得A、B两点，从而确定了脉宽时间t2。由于A、B两点位于正弦调制波的两侧，因此，减少了脉宽生成的误差，使所得的SPWM波形更加准确。对称规则采样法II的计算公式为：脉宽时间：EctwMTt12sin12(3)间歇时间：23121tTttc(4)3、软件实现由于时间有限，本次试验只对主程序进行设计。3.1制作正弦函数表由于本次实验的三角载波的频率为20KHZ，调制波的频率为50HZ，可以知道载波比N=400。对于正弦函数，可以预先根据N值通过MATLAB编制程序可方便的得到0-360o的正弦表（如附录主程序中所示），计算出幅值为1的正弦函数sin(N*/200)。把计算结果制成表格，称为基准正弦函数表，存于EPROM中，以备查用，存放位置及长度需在.cmd文件中进行设置。3.2程序基本流程4图3程序基本流程4、DSP技术的特点及其应用TMS320F280x系列是美国德州仪器公司新近推出的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点DSP芯片。它们是当今世界上集成度较高、性能较强的运动控制芯片系列。器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他控制领域应用的实现提供良好的平台。4.1TMS320F2806芯片特点与先前的TMS320F24x系列相比，TMS320F280x系列数字信号处理器提高了运算精度和系统处理能力。它与现存的F281xDSP控制器芯片相比，省去了TMS320F281xDSP中的两个事件管理器模块EVA和EVB，事件管理器模块的功能由增强型外设模块ePWM、eCAP和eQEP取而代之，使得开发工程师能更加有效地解决富有挑战性的控制问题。TMS320F280x高速的运算能力保证了控制的实时性，大容量的存储空间无需扩展片外RAM就能满足存储需求，保证了控制系统的高度可靠性，是电机数字化控制的升级产品。本课题所用的是TMS320F280x系列中的F2806，其主要特点如下：1．采用高性能静态CMOS技术，使得内核、I/O供电电压分别为1.8V和3.3V，减少了控制器的损耗；100MIPS的执行速度使得指令周期缩短到10ns，从而提高了控制器的实时控制能力。2．基于TMS320C2XXDSP的CPU核，保证了TMS320LF240X系列DSP代码和TMS320系列DSP代码兼容。3．片内有高达32K×16位的Flash程序存储器；高达10K×16位的SARAM；10K×16位的OTPROM。还有4K×16位的BootROM空间。4．l2位ADC转换器，其特性为：最小转换时间为160ns、8个或16个多路复用的输入通道，采集时间和转换时间分开，提高了采样率和输入阻抗，并且支持自动顺序采样，不需CPU干预。5．多达16路的PWM为高效的马达控制（双电机控制）方案提供了便利，16路中有6路为HRPWM（高分辨率脉宽调制），它的时间步长精度达到150ps，可以控制所有类型的电机。6．看门狗定时器模块（WDT）。7．eCAN总线控制器可以为控制器、传感器、激励源以及其它节点提供良好的通讯，特别适用于工业现场和汽车等强噪声和恶劣的环境中。8．串行口通信接口(SCI)模块。9．16位串行外设（SPI）接口模块。10．基于锁相环时钟发生器。11．高达34个可独立编程或者复用的通用输入/输出引脚（GPIO）。12．5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）。13．电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。55、实验说明5.1主程序和实验过程见附件5.2实验连线说明观测本次实验结果只需要测两个引脚，即32脚接一根跳冒线，然后用示波器的接地夹子夹上即可，同理27脚接一根跳冒线，然后用示波器的高电平夹子夹上即可。这样我们就可以从示波器上观测到按照正弦规律变化的窄脉冲信(20KHZ)，通过连接一个1K的电阻和1μF的电容我们即可观测到50HZ的正弦波形。测试电路如图3所示：1K1μFPWMGND图3连线说明5.3实验结果图4等幅不等宽矩形脉冲（20KHZ）6图5正弦调制波（50HZ）6、总结通过本次实验，我收益颇丰。我发现通过实验去复现一些理论的知识还是有很大的难度。记得老师上课的时候，SPWM的原理我就能够理解，但是通过CCSV4.2.1软件进行编程和调试的过程中仍然遇到了很多的问题。1、一开始导入PWM程序时，是在电脑桌面上任意建的一个文件夹，程序导入到workspace后运行，总会出现错误和警告。后来发现，从controlSUITE3.2.2中把程序导入CCSV4.2.1的workspace，就不会出现错误和警告。2、在通过MATLAB算正弦函数的值时，我一开始直接把得到的数据放在SPWM的查询表中，运行时又出现了错误。然后，发现MATLAB得到的数据的小数位超过6位，而实验芯片是32位的。所以，当把MATLAB得到的数据保留小数点后六位时，运行就没有错误了。3、在一开始编主程序时，没有用中断，得到的SPWM波形的频率始终不正确，而方波的频率却是正确的。这个问题缠绕了我好久，后来参考文献[2]，使用中断编程和多次调试。最后的频率符合实验的要求。4、在调试过程中还发现一个问题，就是一开始我使用的是双通道输出，而且参数设定值是一样的，我以为，27脚和28脚都能输出正确频率的正弦波；但是，两通道输出波形一样，频率却都不符合要求。当我去掉一个通道时，正弦波的频率就恢复正常了。在本次实验过程中，还遇到了一些其他的问题，在此也对王素宁等同学对我的帮助表示感谢。通过这次实验，我学到了很多，做研究不能急躁，需要拥有坚持、严谨、团结、互助的品质。7参考文献：[1]TMS320x280xDSP模数转换器(ADC)-参考指南.ZHCU004[2]顾卫刚.手把手教你学DSP——基于TMS320X281X.北京航空航天大学出版社.2011,4[3]王兆安,刘进军.电力电子技术.机械工业出版社.2010,78附录1、实验主程序//----------------------------------------------------------------------------------//FILE:SymmetricPWM-Main.c//(Up-Down-Count,DualEdgeSymmetricWaveform,WithIndependent//ModulationonEPWM2AandEPWM2B)////Description:ThisprogramsetsuptheEVTIMER2togeneratecomplimentary//PWMwaveforms.Theusercanthenobservethewaveformsusinganscope//fromePWM2AandePWM2Bpins.//-InordertochangethePWMfrequency,theusershouldchange//thevalueofperiod.//-Theduty-cyclescanindependentlybeadjustedbychangingcompare//values(duty_cycle_A&duty_cycle_B)forePWM2AandePWM2B.//-Forfurtherdetails,pleasesearchfortheSPRU791.PDF//(TMS320x28xx,28xxxEnhancedPulseWidthModulatorModule)atti.com////Target:TMS320F2806xorTMS320F2803xfamilies(F28069)////----------------------------------------------------------------------------------//$TIRelease:$V1.0//$ReleaseDate:$11Jan2010-VSC//---------------------------------------------------------------------////PLEASEREAD-UsefulnotesaboutthisProject//Althoughthis