对SC400系列变频器芯片的开发(8)

中北大学2012届毕业设计说明书第1页共31页1目录第一章绪论1.1变频器的简介.................................................11.2国内变频器的发展及应用......................................21.3国内变频技术的现状和发展前景.................................21.4sc400系列简介...............................................31.5任务要求....................................................41.6目标........................................................4第二章SC400系列变频器2808芯片说明................................52.1TMS320F2808控制器的特点....................................52．2.tms320f2808芯片特性........................................72.3tms320f2808引脚图及结构框图.................................9第三章H8芯片说明3.1h8芯片特点.................................................103.2内部框图...................................................103.3地址空间和存储器映像.......................................133.4h8管脚功能对照表...........................................163.5电源电路及复位电路简介......................................183.5.1使用内部电源降压电路的情况............................183.5.2•加电复位电路.........................................19第四章引脚功能对应替换及原理图pcb版图绘制........................214.1制作复位电路启动电路引脚功能对照表..........................214.2绘制h8控制板电路原理图及其pcb版图........................214.3开发完成后的电路原理图及其pcb版图..........................25总结………………………………………………………………………………….29参考文献:……………………………………………………………………………30致谢………………………………………………………………………………….30中北大学2012届毕业设计说明书第1页共31页1绪论1.1变频器的简介近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义.一、变频器调速运行的节能原理实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器(MCU／DSP)等部分组成。首先将单相或三相交流电源通过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里，通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U／f协调控制的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过7000r／rain。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1.5倍左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面也有着PWM无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后，电机定子电流下降64%，电源频率降低30%，出胶压中北大学2012届毕业设计说明书第2页共31页力降低57%。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为：n=60·f8(1—8)／pfs为电机定子频率(也即是电网频率)，P电机定子的绕组极对数，s为转差率。由上式可知，只要转差率不太大，可以近似认为转速n与fs成正比，这就意味着连续平滑的改变电源频率，就可以实现交流电动机大范围的连续平滑调速。例如一个额定转速3000转／分的电动机，由变频器供电，若启动频率设定为5HZ，那么变频器可以运行在5—50HZ之间的任一频率上，则电动机可以运行在30o——3000转／分之间的任一转速上·电动机由市电启动，启动平衡，力矩大又节能。50HZ380V的市电经过整流滤波环节后成为直流电，再经过逆变环节变成了频率和幅度都可调的交流电。在变频器主回路中电能经过了交流——直流——交流的变换，所以这类变频器称作交——直——交类变频器1.2国内变频器的发展及应用随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长的时期内，直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。20世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。1.3国内变频技术的现状和发展前景国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是V／F控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应该没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。V／F中北大学2012届毕业设计说明书第3页共31页控制和电压空间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单得多，由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产，工艺欠佳，检测手段有限，品质的一致性和稳定性难以保证。同样是V／F控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好，这可能是生产工艺方面的差距。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白。变频器技术的另外一个层面是应用技术。多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频器技术的开发及推广应用，在技术开发及技术改造方面给予了重点扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向，同时鼓励单位开展同贷同还方式，抓开发、抓示范工程、抓推广应用，还处理了风机、水泵节能中心，开展信息咨询和培训。1995—1997年，3年间我国风机、水泵变频调速技术改造投入资金3.5亿元，改造总容量达100万千瓦，可年节电7亿度，平均投资回收期约2年。据有关资料表明，我国变频调速技术应用已经取得了相当大的成绩，每年有数十亿元的销售额，说明我国的变频器应用已非常广泛。从简单的手动控制到基于RS一485网络的多机控制，与计算机和PLC联网组成复杂的控制系统。在大型综合自动化系统，先进控制与优化技术，大型成套专用系统，如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、电缆光纤生产线、化纤生产线、建材生产线等，变频器的作用是电气传动控制，其控制的复杂性、控制精度和动态响应都有很高的要求，已经完全取代了直流调速技术。近年来，变频器在功能上，利用先进的控制理论，开发出了诸如卷取、提升、主从等控制功能，使应用系统的构成更加方便和容易，使变频器的应用技术提高到一个新的水平。1.4sc400系列简介中北大学2012届毕业设计说明书第4页共31页图1.1sc400系列变频器1.采用美国TI公司高性能32BITDSP控制精度高；2.运行平顺可靠；3.独有高效节能功能；4.输出谐波分量小；5.内置串行通讯接口，可方便的连接上位机，最多可连接127台变频器6.内置智能调节器，参数自适应；7.结构美观大方；8.体积小，便于安装；9.参数设置方便。1.5任务要求由于茨服sc400变频器系列广泛应用于雕刻机械、纺织机械，但随着科技的发展及客户要求的升级，原有的芯片已经不足以完成现有客户的使用要求。我的任务是将SC400系列变频器的2808芯片的功能移植到h8芯片中，以便于雕刻机械、纺织机械行业的用户使用。1.6目标了解tmsf2808芯片各个管脚的功能，掌握sc400系列变频器的电路原理图，对各部分功能进行了解了解h8芯片各个管脚的功能，绘制新的电路原理图，pcb版图，并且将2808芯片上的复位电路和启动电路移植到h8芯片上中北大学2012届毕业设计说明书第5页共31页2SC400系列变频器2808芯片说明TMS320F2801、F2806和F2808控制器实现了优化的控制系统能力集成—将脉宽调制(PWM)发生、多功能的定时器、传感器捕获、模拟-数字转换、通信接口以及程序和数据存储器集成为一个器件，减少和降低了系统成本、板级空间以及系统复杂性。2.1TMS320F2808控制器的特点32位DSP内核ADC-100MIPS性能-高速吞吐量(160ns/6.25MSPS)-单周期32×32MAC-12位分辨率-超高速中断响应-同时或单采样模式存储器-16通道、多路转换输入-快闪存储器：32KB～128KB-两个集成采样及保持电路-RAM：12KB-36KB-内部或外部基准-引导ROM：8KB通信控制外设-多达4个SPI通道-能够同时控制多达5个三相逆变器-多达2个SCI-多达16个独立PWM通道-I2C中北大学2012届毕业设计说明书第6页共31页-多达4个增强型捕获单元-多达2个CAN接口-多达2个增强型QEP单元-增强型定时器单元中北大学2012届毕业设计说明书第7页共31页2．2.tms320f2808芯片特性集成化和灵活性TMS320F2808控制器实现了优化的控制系统能力集成—将脉宽调制(PWM)发生、多功能的定时器传感器捕获、模拟-数字转换、通信接口以及程序和数据存储器集成为一个器件，减少和降低了系统成本板级空间以及系统复杂性。灵活性多样的功能来源于一组具有专用用法和好处的改进型外设功能和模式。例如，F2808控制器新近得到提升的PWM功能实现了对所有16个PWM输出的独立控制。这使得采用单个F2808控制器便能够控制多达5个三相逆变器，同时还可执行功率因数校正。片上的外设是专为最大限度地提升软件模块性和可扩展性而设计的。比如，PWM子系统就是由经过相同编程的可互换、重复部件所组成的。将软件从片上资源较少的低成本器件移植到性能较高的器件因此变得轻而易用举。该款重新设计的高准确度、16通道、12位模拟-数字转换器(ADC)具有可满足极高性能控制应用之需的转换速度(高达6.25MSPS)，并具备可根据您的系统要求而采用内部基准、简化外部基准、甚至是