在上述方案中,采用DSP芯片作為控制器的核心處理器,DSP具有強大的實時運算能力,由豐富的片上模塊構成,其中事件管理器的PWM發生器可以同時產生6路PWM信號用于爪極電機的換相。CAP口可以檢測電機的反電動勢信號,通過程序運算可以間接獲得電機轉子的位置和轉速。為了達到電機調速的目的,可以通過改變PWM波形的占空比來改變電機兩端的電壓有效值。
TI公司的TMS320F2812DSP可以作為控制方案的核心芯片,幫助實現上述功能。該芯片擁有非常豐富的整套片上系統模塊,芯片主頻最高支持到150MHz,可編程的FLASH模塊高達128K,其中的事件管理器集成了PWM發生模塊,可以同時輸出6路PWM信號。除此之外還有捕獲單元,32位定時器模塊,模數轉換模塊和多個I/O端口,其中大部分的I/O端口都是可以功能復用。
TMS320F2812DSP事件管理器模塊(EV)為用戶提供了許多的功能與特點,通過事件管理器模塊可以發出6路PWM信號。模塊包括通用定時器、捕獲單元、全比較單元和正交編碼脈沖電路等。東莞電機廠分析各個功能部分說明如表1:
(1)通用定時器單元。每個時間管理器具有兩個16位的通用定時器,即事件管理器EVA有通用定時器1和通用定時器2,即T1和T2;事件管理器EVB具有通用定時器T3和通用定時器T4,即T3和T4。每個通用定時器都可以單獨使用,也可以兩兩配合使用,即T1和T2可以同步使用,T3和T4可以同步使用。通用定時器主要作用有:一是及時,其次是應用定時器的比較功能生成PWM波,再者就是為事件管理器的其他部分模塊提供基準時鐘。
(2)全比較單元。每個事件管理器有3個比較單元,EVA的比較單元時鐘信號由通用定時器1來提供,而EVB的比較單元時鐘信號由定時器3來提供。每個比較單元都能夠輸出2路互補的PWM波形,也可以通過相應的寄存器設置死區時間,比較單元產生的PWM信號是一種匹配中斷產生的信號,這樣使得EVA和EVB都有能力去驅動一個三相全橋電路,此項功能用于產生對爪極電機進行調制的PWM信號,而PWM信號的占空比和周期有比較寄存器和周期寄存器來決定,并根據控制寄存器輸出所要求的PWM波形。
(3)可編程的死區發生器。死區發生器電路包括3個8位計數器和8位比較寄存器,它們可以將需要的死區幅值通過編程寫入比較寄存器,以便3個比較單元的輸出。通過設置死區單元可以為一對互補的PWM波形設置死區,改變原始的PWM波形,使得互補的波形之間有一定的死區時間。最后由邏輯電路來決定輸出波形的狀態,輸出邏輯是高電平有效,低電平有效還是恒低或者恒高。當輸出邏輯是高電平有效,那么輸出PWM的邏輯和波形發生器的邏輯相同,即比較匹配后輸出高電平,其他時間輸出低電平;當輸出邏輯是低電平有效,那么輸出PWM邏輯與波形發生器邏輯相反。
(4)PWM波形的產生。TMS320F2812具有兩個時間管理器EVA和EVB,這兩個事件管理器模塊就像雙胞胎一樣,具有完全相同的功能,都具有通用定時器、比較單元、捕獲單元和正交編碼電路。PWM的產生是以定時器為時基的。定時器有三種計數方式:
當定時器處于連續遞增計數模式時,如圖2所示,定時器計數的計時器寄存器先從初始值開始遞增至周期寄存器的最大值,然后突變為0,再從0開始遞增至周期寄存器的值,就這樣不斷重復循環下去。很容易看出,在這種模式下,除了第1個計數周期外,定時器的計數周期都是TxPR+1個定時器輸入時鐘周期。如圖2是連續遞增計數模式下,T1CNT的初始值為0時定時器的計數過程,其實T1CNT的初始值可以是0x0000OXffff中的任意值。當T1CNT的初始值大于T1PR時,T1CNT先遞增計數至最大值,然后T1CNT突變為0,再繼續技術就如同初始值為0—樣,先從0遞增至T1PR,然后突變為0,不斷重復。
當定時器處于連續增-減計數模式下時,如圖3所示,定時器計數寄存器T1CNT先從初始值開始遞增至周期寄存器的最大值,再遞減至0,然后從0開始遞增至周期寄存器的值,接著再從周期寄存器的值遞減至0,就這樣不斷循環下去。如圖3與4所示,東莞電機很容易看出,在這種計數模式下,除了第1個計數周期外,定時器的計數周期都是T1PR的2倍,當然,T1CNT的初始值為0時,第1個計數周期也是T1PR的2倍。其實,T1CNT的初始值可以是0X0000OXFFFF中的任意值,當T1CNT的初始值大于T1PR時,T1CNT先遞增至最大值,然后T1CNT的值突變為0,在繼續計數就如同初始值為0—樣,先從0遞增至T1PR,再從T1PR遞減至0,不斷重復。
(5)捕獲單元。捕獲單元可以檢測出輸入CAP端口信號的電平變化,當CAP端口有輸入脈沖波形時,可以檢測出這段波形的上升沿和下降沿,并且可以記錄電平變化時定時器的時間。捕獲單元還可以用于測量脈沖或者數字信號的寬度。假設在東莞環球電機旋轉時,當轉軸轉到某個特定的位置時,通過光電碼盤或者其他傳感器輸出一個信號,這樣通過捕獲單元可以得到轉子轉過一圈所需要的時間,從而能夠估計出電機的轉速,這也是捕獲單元常見的應用。DSP2812具有2個事件管理器EVA和EVB,每個事件管理器有3個捕獲單元,而每個捕獲單元都可以檢測上升沿和下降沿,并且將狀態變化時,定時器的值保存,鎖存在響應的2級堆棧中。
(6)ADC轉換模塊。DSP2812內部有兩組具有流水線結構的模/數轉換模塊,每個模塊的精度都為12位分辨率,采樣通道數為12。兩組模塊分別為A組與B組,其中A組與B組分別使用采樣保持器A(SH-A)和采樣保持器B(SH-B)。ADC模塊中只有一個轉換器,即雖然模塊具有12個采樣通道,但是在某一時刻內,只能對其中1個輸入信號進行轉換,當有多路信號需要轉換時,只允許1路信號輸入到ADC的轉換器中。芯片中的排序寄存器可以決定模擬通道的轉換順序,分為雙序列發生器方式和單序列發生器方式。而無論ADC工作與雙序列發生器方式還是級聯的單序列發生器方式,ADC都可以對一個序列多個通道的轉換進行排序。每當ADC收到一個開始轉換的請求,便能自動完成這個序列所有通道的轉換,并將轉換后的結果保存到響應的結果寄存器中。
(7)數字復用I/O口。DSP2812擁有56個通用數字輸入輸出引腳,這些I/O引腳都是可以多功能復用的引腳,可修改I/O配置寄存器將引腳作為片內外設,或者設置為通用數字I/O口。
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