基于DSP的直流电机PWM控制系统设计

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1、1概况近年来，随着现代信息技术的飞速发展，数字信号处理技术已经广泛应用在电子、通信、计算机等众多领域，成为最热门的技术之一。数字信号处理器——DSP的功能日益强大，技术不断升级，系统不断完善，DSP技术的应用和普及,已经成为不可逆转的潮流。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广；过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态

2、运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产屮高性能电气传动的要求。1.1DSP器件的简介DSP(DigitalSignalProcessor)实际上是一种单片机，它是将中央处理器单元、控制单元和外围设备集成到一块芯片上。DSP最早是针对数字信号处理，特别是语音、图象信号的各种处理而开发的。由于这类信号处理的算法复杂，要求DSP必须具有强大快速的运算能力。因此DSP采用了多组总线技术实现并行运行机制，从而极大的提高了运算速度，也提供了非常灵活的指令系统。由于电力系统是一个非线性的、动态的、实时性比较强的系统，所以传统的器件很难满足系统对实时性的

3、要求，因此，DSP器件以其高速的处理速度和丰富的片上资源被引入到我们的控制平台，在此基础上，实现了以DSP为核心的谐波的实时检测算法和数字化控制方案。在木章中先概括的介绍DSP特点，接着介绍了我们课题中用的具体芯片TMS320F2407内部结构和功能⑴叫1.1.1DSP器件的特点(1)改进的哈佛结构哈佛结构与传统的冯•诺依曼(VonNeuman)结构相比，其主要特点是程序和数据存储具有独立的存储空间，有各自独立的程序总线和数据总线，每个存储器独立编址，独立访问。大大地提高了数据处理能力，非常适合于实吋的数字信号处理。TI公司的DSP芯片结构是基本哈佛结构的改进类型，

4、改进之处是在数据总线和程序总线之间进行局部的交叉连接，这一改进允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性，只要调度好两个独立的总线就可使处理能力达到最高,以实现全速运行。(1)流水线操作与哈佛结构相匹配，DSP芯片指令系统广泛采用流水线操作以减少指令执行时间,增强处理器的处理能力，把指令周期减小到最小值。TMS320系列处理器的流水线深度从二到四级不等。第一代TMS320处理器采用二级流水线，第二代采用三级流水线,而第三代则采用四级流水线。也就是说，处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。(2)专用的硬件乘法器在一

5、般形式的FIR滤波器和FFT变换中，乘法是其中的重要组成部分。乘法速度越快，DSP处理器的性能越高。在通用的微处理器屮，乘法指令是由一系列加法和移位來实现的，故需要许多个指令周期來完成。例如，执行一条字相乘，80C196系列芯片要20个状态周期(如16MHz的晶振，约要2.5yS)。相比之下，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。在TMS320系列屮，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一条指令周期内完成。如TMS320F2407的一条指令周期为50ns。由此可见,对于运算较复杂的算法，DSP的速度比微处理器快很多。(3)特殊的DSP指令DSP芯片为了方便数字信

6、号处理、提高运算速度采用了一套专用的特殊指令系统,随着特殊指令的不断丰富和完善，DSP的运算效率将越来越高。数据储存社元程序储存单元屮央处理单元内部外设数据总线外部设备I数r字•I/Oj-接!口地址总线图1」DSP控制器的基木原理图(5)快速指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的主频不断提高。目前，TMS320系列处理器的指令周期已从第一代的200ns降低至现在的5ns(TMS320C6000系列及TMS320C5000系列)。其控制器的基本原理如图l.lo1.1.2DSP器件的应用⑶(1)信号处理:

7、数字滤波，自适应滤波，FFT,相关运算，谱分析，卷积，模式匹配,加密，波形产生。(2)电机和机器人控制:在单片内集成多个DSP处理器可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工智能算法。机器人智能的视觉、听觉和四肢的灵活运动必须有DSP技术支持才能实时实现。(3)激光打印机、扫描仪和复印机：DSP不仅仅是控制，还有繁重的数字信号处理任务，如字符识别、图像增强、色彩调整等。(4)网络控制及传输设备：网络功能和性能的不断提高，如视频信箱、交互式电视等,要求更宽、更灵活的传输带宽，实时传输和处理数据的网络控制器、网络服务器和网关都需要DSP的支持。(5)通讯：调制解调器，