基于TMS320F2812的交流电机控制系统的设计

xx大学毕业设计（论文）任务书课题名称：基于TMS320F2812的交流电机控制系统的设计 一、课题训练内容本课题主要学习以下几个方面内容：1) 学习使用CCS编译系统和C语言来实现电机的调速控制。2) 了解DSP的特点、类型和各系列差别，以及DSP芯片的工作原理与选型。3) 学会使用面向电机控制的专业芯片TMS320F2812，了解2812的性能和各模块功能，特别是SPWM波产生的方法，数字PID的编程和调试。4) 练习画PCB的能力，完成系统原理图及PCB制板，了解实际工程的实现方法。5) 学习H桥的硬件焊接和调试，特别是驱动器的调试。6) 掌握在隔离地的情况下交流电压和频率、转速的测量。7) 学习交流电机恒压频比调速的基本技能。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量的具体要求）设计任务和要求：1) 搭建起一个交流电机控制平台，它具有单相交流电机的启动、停止、转速调 节和控制的基本功能。2) 具有良好的人机界面，操作方便。3) 实现恒压频比调速的功能，达到节能的目的。4) 转速控制精度达到2%。5) 逆变输出的正弦波在最大输出功率时无明显失真。6) 整个系统可以长时间稳定运行。7) 论文能够说明整个系统的工作原理，有总原理图和程序流程图。8) 论文文字简练专业，字数、格式符合要求。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料主要参数电机转速调节范围：300-1000r/min。调节精度2%。正弦波电压测量精度优于1%。频率控制精度优于1%。DSP2812最小系统可以连续正常工作。主要参考资料：1 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统M.北京:机械工业出社,2003.2 顾卫钢.手把手教你学DSP-基于TMS320X281XM.北京:北京航空航天大学出版社,2011.3 许建国.电机与拖动基础M.北京:高等教育出版社,2009.4 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社.2006.5 谭浩强.C程序设计（第三版）M.北京:清华大学出版社.2005.6 电力电子技术（第四版）M.北京:机械工业出版社,2000.7 邹彦.DSP原理及应用M.北京:电子工业出版社,2005.四、毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期12012.2.20-2012.3.8查阅资料，了解交流电机的工作原理，处理器的选型，主电路的选取22012.3.9-2012.3.19对已选DSP进行熟悉，掌握其内部结构并能予以应用32012.3.20-2012.4.1硬件电路的原理图的绘制和F2812开发板的制作42012.4.2-2012.4.11完成全桥逆变电路和驱动电路的焊接，并进行调试，52012.4.12-2012.4.15信号采集电路的焊接和调试62012.4.16-2012.4.25熟悉CCS编程环境，进行DSP的软件编写72012.4.26-2012.5.1整体调试和校正，逐一测试相关功能，进一步修改和优化软件设计82012.5.2-2012.6.5按规范要求完成毕业设计论文的撰写，参加答辩xx大学毕业设计（论文）开题报告课题名称基于TMS320F2812的交流电机控制系统的设计学院名称班级(1) 课题的意义英国石油发布的世界能源统计年鉴显示，去年，中国首次超过美国成为世界上最大的能源消费国，中国的能源消费量占全球总消费量的20.3%，美国的比例为19%。中国的人口是美国的倍，消费量大或许是情有可原。但从经济规模方面去比较，中国的经济规模只是美国的三分之一。为何比率为差这么多，全球20.3%的能源，都用到哪里去了？来自美国能源部的统计数字显示，中国的工业部门占能源总消耗量的70%以上。“全球第一大能耗国”的帽子虽然戴在了头顶，却未能做出应有的贡献。中国能源利用率仅有33%，每创造1美元国民生产总值，消耗的煤、电等能源是世界平均消耗的3-4倍。中国能源利用率过低，而由海外转移来的大量的、低附加值、高消耗、劳动密集型产业进一步造成中国的能源浪费、紧张，环境进一步遭到破坏。因此加快对我国能耗高、资源浪费的工业企业的技术改造和升级换代，是提高能源利用率的有效办法。众所周知，电能作为绿色能源在工业领域应用非常广泛，电机是将电能转换成动能的最主要的设备，因此提高电动机机的电能利用效率是非常有必要的，更是符合国家可持续发展战略需求和响应国家节能减排政策的重要举措。直流电机由于励磁磁场和电枢磁场完全解耦，这样就可以独立控制，因此可以达到优越的调速性能，但其制造复杂，成本高，功率日益不能满足现代化工业发展的需求，而交流电机因为控制复杂，磁场相互耦合，难以实现良好的控制性能。但随着电力电子技术的发展，交流变频调压的出现，使得利用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现。常见的异步电动机调速方法有：调压调速；转差离合器调速；转子串电阻调速；绕线转子异步电动机串级调速和双馈电动机调速;变极对数调速;变压变频调速等。按照交流异步电动机的原理，从定子传入转子的电磁功率Pm可分为两部分:一部分Pm(1-s) Pm是拖动负载的有效功率;另一部分是转差功率PssPm,与转差率s成正比。从能量转换的角度看,转差功率是否增大,是消耗掉还是得到回收,显然是评价调速系统效率高低的一种标志。从这点出发,可以把异步电动机的调速系统分为三大类：1.1 转差功率消耗性调速系统这种类类型的全部转差功率都以转换成热能的形式而消耗掉。上述的第 、三种调速方法都属于这一类。在异步电动机调速系统中,这类系统的效率最低,但结构最简单,所以还有一定的应用场合。1.2 转差功率馈送型调速系统在这类系统中,除了转子铜损外，大部分则通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。转速越低,回收的功率越多,上述第种调速方法属于这一类。 这类调速系统的效率显然比第一类要高,但增加的变流装置总要多消耗一部分功率,因此不及下一类。1.3 转差功率不变型调速系统在这类系统中，只有转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的,而且无论转速高低,转差功率的消耗基本不变,因此,效率最高。上述的第、种调速方法属于此类。其中变极调速只能有级调速,应用场合有局限性,而变频调速可以构成高动态性能的交流无级调速系统,是效率最高、最有发展前途的调速方法。(2) 所属领域的发展状况2.1 电力电子技术的发展从1947年贝尔实验室发明第一个晶体管开始，电力电子技术迎来一场技术革命，进入快速发展阶段，到了70年代后期，以门极可关断晶闸管(GTO)、电力双极型晶闸管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。这些器件的开关速度普遍高于晶闸管，同时，与之相对应的控制方式脉冲宽度调制（PWM）技术也快速发展，它在逆变、斩波、镇流、变频和交流电力控制中应用广泛，它使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现，对电力电子技术的发展产生深远影响。2.2 微处理器和数字信号处理器的技术应用 在电机控制系统中应用的控制器主要有单片机和数字信号处理器（DSP）。单片机片内集成较多I/O 接口，但是运算速度较慢；DSP 是面向高速信号处理的，运算速度比单片机要提高一个数量级，但是成本价格较高。为了满足需要，单片机和数字信号处理器正朝着提高集成度、增加位数、提高数据处理能力、增强扩展功能、降低成本的方向发展。电机驱动微处理器的发展分为三个阶段： 第一阶段：只具有单一数据处理功能的微处理器。此时，微处理器处理速度慢，硬件配置不全，由它们组成的控制系统数字化程度有限，控制精度不高。 第二阶段：单片机阶段。由于单片机的处理速度满足不了系统对电流控制的快速性要求，要实现高性能全数字控制是比较困难的。目前采用16位单片机控制的电机调速系统多采用数字和模拟混合控制方式，即位置环、速度环的控制及其旋转坐标变换等由单片机实现，电流环的控制一般由模拟电路实现。 第三阶段：数字信号处理器DSP。如TI公司的TMS320F2812 是专门面向电机控制的DSP芯片， DSP的最大特点就是运算速度快，能满足电流环的实时控制要求。当采用 DSP 构成全数字电机控制系统时，其控制功能可以由软件实现，这样有利于提高系统的可靠性，降低系统成本，并且可以采用先进的控制算法，获得更好的控制性能。2.3 电机控制方法的发展电动机的控制方法从最初简单的转差功率消耗性调速系统到转差功率馈送型调速系统，发展到现在的转差功率不变型调速系统，效率不断得到提高，转差功率不变型调速系统中应用最多的恒压频比调速，在正弦波电压供电时，按不同规律实现电压-频率协调控制可以分为一下三类：a) 恒压频比（=恒值），这种控制方式最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移硬度也比较好，能够满足一般的调速要求，但低频带载能力有限，需对定子压降进行补偿，但其成本最低，能够满足大多数的应用场合。b) 恒控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到=恒值，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力依然受到限制。c) 恒控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通=恒定进行控制既得=恒值，在动态中也尽可能保持=恒定，是矢量控制系统所追求的目标，但实现起来比较复杂。(3) 课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤3.1 课题的研究内容 本系统是交流电机数字控制系统，主要研究的内容有DSP2812双电源供电方案的设计；外扩SRAM的设计；DSP2812中断系统、时钟系统的设置；DSP事件管理器中的通用定时器和全比较单元的配置和SPWM波的产生方法的研究；捕获单元的配置和输入捕获功能的实现；数字PID的理论研究和程序的实现；H桥的驱动电路设计以及主电路和DSP控制系统的地隔离的研究；交流电压有效值的测量方法和模拟光耦隔离电路设计的研究；转速测量硬件电路设计的研究；如何实现恒压频比控制并且达到节能的目的的。其总体结构框图如下：3.2. 课题的研究方法和手段1) 采用TI公司的TPS767D318来产生1.8V、3.3V双路电源并且利用外围电路对这两路电源的时序进行控制，利用这个两路电源为TMS320F2812主芯片供电。2) 利用DSP2812的通用定时器和全比较单元产生SPWM波形。3) 利用红外对管来监测电机转动，输出转速脉冲利用DSP2812的输入捕获单元测量计算转速。4) 将输入捕获单元测得转速值与转速设定值做比较，利用数字PID控制器稳定转速，提高电机运行的硬度。5) 利用IR2110设计H桥的驱动电路。6) 利用H桥逆变电路来产生电压幅值和频率可协调控制的正弦波。7) 利用AD637测量交流有效值。8) 利用ISO7220作为数字光耦和HCNR201作为模拟光耦来隔离DSP2812数子控制部分和交流电机部分。3.3. 课题研究步骤第一步先确定课题题目和研究的可行性；研究电机控制方法的种类和实现方法，确定选用的控制芯片和需要研究的内容。第二步是学习TMS320F2812的性能、各功能模块的设置方式、CCS的使用方法。第三步是依据需要实现的功能编写程序，开始焊接硬件和制作最小系统板。第四步是结合硬件调试程序模块，同时检测硬件并且改进硬件。第五步是整个系统联合调试，找出存在的问题并且解决问题，直至整个系统工作稳定正常，各个功能都实现，设计指标也都达到。第六步是撰写论文，总结课题的研究成果，准备答辩。3.4 主要参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统M.北京:机械工业出版社,2003.2 顾卫钢.手把手教你学DSP-基于TMS320X281XM.北京:北京航空航天大学出版社,2011.3 许建国.电机与拖动基础M.北京:高等教育出版社,2009.4 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社.2006.5 谭浩强.C程序设计（第三版）M.北京:清华大学出版社.2005.6 电力电子技术（第四版）M.北京:机械工业出版社,2000.7 邹彦.DSP原理及应用M.北京:电子工业出版社,2005.8 于学禹, 郝梅.Protel 2004电路设计入门与应用M.北京:机械工业出版 社，2008.9 韩国栋, 赵月飞, 娄建安.Altium Designer Winter 09电路设计入门与提高M.北京：化学工业出版社，2010.10 谢青红, 张筱荔.TMS320F2812 DSP原理及其在运动控制系统中的应用M.北京：电子工业出版社，2009.11 孙丽明.TMS320F2812原理及其C语言程序开发M.北京：清华大学出版社，2008.12 陈国呈.PWM逆变技术及应用M.北京：中国电力出版社，2007.13 周志敏, 周纪海, 纪爱华.逆变电源实用技术：设计与应用M.北京：中国电力出版社，2005.指导教师签名： 年 月 日摘 要节能减排作为可持续发展的重要战略政策在中国正在不断推进，转差功率不变型调速系统，电能利用效率高，可以构成高动态性能的交流调速系统，应用越来越广泛。本文研究的是以TMS320F2812为控制核心的恒压频比转差功率不变型调系统，利用高性能的DSP芯片产生SPWM波，控制Power-MOSFET组成的H桥将直流电压逆变成频率和电压可协调控制的交流电，从而控制单相交流电机的转动，达到交流变压变频的目的，并且抛弃了传统的模拟反馈回路，利用数字PID控制算法，达到整个控制系统的数字化，调速、维护更加方便，成本更低。实验表明，本控制系统可以很好的实现恒压频比控制，控制精度可以达到2%，机械硬度良好。关键词：DSP2812； 交流调压变频； 电机控制； 数字PID算法ABSTRACT Energy saving and emission reduction are being carried forward as an important strategy of sustainable development in China. Constant slip power speed regulation system, which is power-efficient and can make up AC speed system of high dynamic performance, is being applied more and more widely. This thesis focuses on constant voltage frequency ratio and constant slip power speed regulation system, which takes TMS320F2812 as the cybernetics core. It takes advantage of high-performance DSP chip to produce SPWM wave, thus controlling H-bridge composed of power-MOSFET to invert direct voltage to alternating voltage of which frequency and voltage can be controlled concertedly. In this way, we are able to drive single-phase AC motor to achieve the goal of varying voltage and frequency in an alternated way. At the same time, we abandon the traditional practice of analog feedback loop and apply digital PID control algorithm to achieve digitization of the whole system with more convenient maintenance and lower cost. Our experiment suggests that this system is able to realize constant voltage frequency ratio control, with control precision of 2% and appropriate mechanical property.Keywords：DSP2812; AC adjust voltage and change frequency; Electromotor control; Digit PID arithmetic目 录1. 绪论11.1 本课题研究的背景和目的11.2 本论文研究的主要内容12. DSP最小系统的设计42.1 DSP2812电源系统的设计42.2 TMS320F2812简要介绍62.3 TMS320F2812储存器的结构和外扩SRAM的设计72.3.1 TMS320F2812的储存器映像结构82.3.2 存储器的总线结构102.4 JTAG电路设计113. SPWM波的产生和死区调节113.1 事件管理器EV的结构和通用定时器113.1.1 通用定时器的时钟源123.1.2 通用定时器的计数模式123.2 全比较单元和SPWM波的产生133.2.1 全比较单元的基本功能133.2.2 SPWM基本原理153.2.3 SPWM波的产生方法163.3 输出SPWM波形的死区调节204. 转速的测量和数字PID反馈调节224.1 转速测量方法的选择224.2 转速传感器的硬件设计224.3 转速测量的软件设计234.3.1 捕获单元的时钟选择244.3.2 捕获单元的操作244.4 数字PID反馈调节的设计255. 交流变频调压的硬件设计295.1 交流变频调压的驱动器和隔离设计295.2 输出滤波电路设计315.3 交流电压有效值测量电路325.3.1 交流电压值的测量325.3.2 输出地与DSP控制系统地隔离设计335.4 AD转换356. 交流电机恒压频比控制原理366.1 异步电动机的工作原理376.2 三相异步电动机的功率关系386.3 转差功率不变型调速系统的设计397. 实验结果记录和实物图片40参考文献46致 谢48外文资料49中文翻译56xx大学2012届毕业设计论文1. 绪论1.1 本课题研究的背景和目的在中国高速发展的今天，能源短缺正在变得日益严峻，每到夏季用电高峰，各大城市都不得不使用拉闸限电来保证居民正常生活用电。中国电力企业联合会专职副理事长魏昭峰在“中国能源高层对话”论坛上做上预测，“十二五”(2011年至2015年)期间，中国电力短缺的形势会比“十一五”更加严重。到2012年，电力缺口将达5000万千瓦，到2013年，将会增加至7000万千瓦。而中国的电能，究其原因，除空调负荷或将继续上升外，工业用电量仍将保持较快增长，部分地区负荷纪录将进一步拉高，电力供应缺口不断加大。夏季严重的电荒，不仅使电能调度难度剧增，更为严重的是致使像广西这样的南方省份近半工厂停电停工，由此可见，中国的电能缺口巨大，已经严重制约了国家经济的快速发展。在如何解决日益严重的电荒方面，魏昭峰总结出下面六条：一要优先开发水电；二要优化发展煤电；三要积极发展风电和太阳能发电；四是安全高效地发展核电；五是加快建设电网；六是积极推进节能减排，而从中国煤资源不断枯竭的今天，核电还在饱受争议的今天，从中国要从工业大国到工业强国转变的今天，非常适合可持续发展战略的节能减排无疑是最值得提倡的做法。电能是迄今为止人类文明史上最优质的能源。正是有赖于对电能的充分开发和利用，人类才得以进入如此发达的工业化和信息化社会。虽然人类在电能的产生、传输和利用方面已经取得了十分辉煌的成就，但是如何更加合理、高效、精确和方便地利用电能，仍然是需要解决的重大问题。本课题的目的就是如何更高效率的利用电能，积极响应国家节能减排政策和为中国工业可持续发展提出更加优越的电机控制方法。1.2 本论文研究的主要内容 本论文主要讨论以TI高性能控制芯片TMS320F2812为控制核心的交流电机控制系统，利用电力电子技术，将直流电压逆变为大小和频率都可调的交流电压，得到高性能、高效率的转差功率不变型调速系统。其主要包含以下几个方面的内容： (1) DSP2812最小系统的制作详细论述了DSP2812供电电源的要求和实现方法、外扩SRAM的方法、JTAG电路设计、还有数字地模拟地共地的处理方式以及TMS320F2812芯片特点的介绍。(2) SPWM波的产生和死区调节 借助DSP2812事件管理器EV，通过对其寄存器的配置，利用规则采样法，不断计算比较寄存器的值，可以使得EV输出符合实际要求的SPWM波形，设置EV自带的死区控制寄存器，可以保证桥臂上下功率管不存在同时导通的时间。(3) 转速测量 转速测量是整个系统稳定工作的重要组成部分，利用DSP2812的输入捕获功能，以及硬件上的光电传感器和波形整形可以对转速进行精确测量。(4) 数字PID反馈调节 本系统采用纯数字控制方式，转速反馈到DSP后，通过数字PID进行整定，调节正弦输出电压，实现转速的稳定控制。(5) H桥的驱动电路和正弦波电压测量电路的设计因为H桥中心点的电压是浮动的，因此想同时驱动桥臂上下两个MOSFET，必须采用专用的驱动芯片，本系统采用2个IR2110作为驱动芯片，同时驱动H桥的四个MOSFET。正弦电压的测量是个难点，不仅涉及交流有效值测量的方法选择，还要涉及两个不同的地，需要光耦隔离。本次采用AD637作为交流有效值测量芯片和HCNR201线性光耦作为地隔离芯片。(6) 交流电机恒压频比控制原理交流异步电动机转差率的存在是电机能够运行的重要原因，同时，转差功率的大小是评判电机工作效率的重要标准，转速越低，转差功率越大，效率越低。本系统采用恒压频比控制方式，使得无论转速如何变化，转差功率保持在转速最高时的最小值不变，有效的提高效率。(7) 本系统的总体设计框图 本系统总体设计框图如下图1.1所示：图1.1 总体设计框图(8) 软件流程图 本系统主要利用定时中断来计算更新CMPR值，从而不断改变PWM波的占空比来产生SPWM波形。软件流程图如下图1.2所示：图1.2 软件设计框图2. DSP最小系统的设计2.1 DSP2812电源系统的设计 电源供电电路设计对DSP系统的可靠应用具有十分重要的意义。TMS320F2812要求双电源(1. 9V和3. 3V)为CPU、Flash、ROM、A/D转换器和I/O接口供电。上电时，为了保证芯片内各个模块的正确复位，TMS320F2812供电需要满足一定的时序。本系统先给所有+3. 3V的电源引脚(VDDIO、VDD3VFL、VD2DA1、VDDA2、VDDREF)上电，再接通1. 8V(VDD、VDD1)的芯片内核电源；当VDDIO的电压上升到2. 5V时，VDD才上升到0. 3V，这样能保证片内各个模块上电时能正确复位。在5V电源供电情况下，其上电时序要满足图2.1要求【21】：图2.1 DSP2812电源上电时序图本系统采用TI公司TPS767D318芯片，可以同时输出3.3V、1.8V电压，但芯片本身并不具备3.3V与1.8V的时序控制，这时可以利用3.3V和1.8V的使能引脚，分别使能，满足时序要求的电路设计如下图2.2所示:图2.2 DSP2812电源设计3.3V电压经过电阻合理分压后，作为BSS138的开关信号，在没有3.3V电压时，1.8V电压使能口被R2拉高，电压无法输出，在3.3V电压建立后，BSS138导通，1.8V电压使能口接地使能，输出1.8V电压，这就保证了3.3V电压先于1.8V上电，保证了时序的要求。 DSP2812自带AD转换器，为了提高转换精度，避免数字信号的干扰，AD需要单独的模拟电源供电，模拟地和数字地也需要隔离，本电路利用贴片电感从3.3V电源中分出一路作为3.3V模拟部分供电电源AVDD，模拟地也是采用贴片电感和数字地隔离开，避免数字地的高频噪声干扰。2.2 TMS320F2812性能和特点 TMS320F28122是TI公司的一款用于控制的高性能、高性价比的32位定点DSP芯片。面向电机控制、工业自动化方向的应用，采用经典哈佛总线结构和指令流水线技术，保证信号处理的快速性和实时性，工作频率达到150MHz。TMS320F2812拥有丰富的片上资源，减少了外部电路，在性能更加可靠的情况下降低了保护装置的硬件成本。包括16通道12bit的A/D转换器(最快80ns转换时间)；16通道的PWM(脉宽调制)输出；多达56个独立的、可编程的GPIO(通用输入输出口)；2个带有4种模式的通用定时器；6个可配置死区的全比较单元；6个捕捉单元；同时还集成有多种串行接口：完全符合RS2232标准的双通道串行接口SCI、CAN总线和SPI接口，这些都充分保证了通信设计的方便， 2812的内部结构如图2.3。其具有的特点是：(1) 采用高性能的静态 CMOS 技术：主频达 150MHz 使得指令周期缩短为 6.67 ns，从而提高了控制器的实时控制能力；低功耗设计；Flash编程电压为3.3伏；(2) 支持 JTAG 边界扫描接口；(3) 高性能的 32 位CPU ：16 16 位和 32 32 位的乘法累加计算；16 16 位双乘法累加器；哈佛总线结构；统一寻址模式；4MB的程序/ 数据寻址空间。(4) 片上存储器：128K16 位的 Flash存储器；128K16 位ROM；1K16 位OTP ROM；两块 4K16 位单周期访问 RAM等；(5) 时钟和系统控制：支持动态改变锁相环的倍频系数；片上振荡器；看门狗定时模块；(6) 三个外设中断以及外设中断扩展模块（PIE）支持 45 个外设中断；(7) 电机控制外设，两个与 F240X 兼容的事件管理器，每一个事件管理器包括：两个 16 位通用目的定时器；8 通道 16 位PWM；不对称、对称或四个空间矢量 PWM 波形发生器；死区产生和配置单元；外部可屏蔽功率或驱动保护中断；三个完全比较单元；三个捕捉单元，捕捉外部事件；正交脉冲编码电路；同步模数转换单元；(8) 12 位模数转换模块：28 通道复用输入接口；两个采样保持电路；单/ 连续通道转换；流水线最快转换周期 60ns ，单通道最快转换周期为 200ns；可以使用两个事件管理器顺序触发 8 对模数转换；(9) TI公司DSP集成开发环境CCS与之配套，项目开发非常方便。图2.3 DSP2812体系结构框图2.3 TMS320F2812储存器的结构和外扩SRAM的设计TMS320F2812采用哈佛总线结构，其储存器空间被分为用于存放程序代码的程序空间和用于存放各种数据的数据空间。这两种空间都需要地址总线和数据总线来传输数据。下面介绍储存器结构和这两种总线2；2.3.1 TMS320F2812的储存器映像结构 DSP2812的CPU本身不含储存器，但她可以访问DSP片内其他地方的储存器或者片外存储器，F2812的存储器被划分成如下几个部分：1) 程序/数据存储器。F2812具有片内单口随机存储器SRAM、只读存储器ROM和FLASH存储器。它们被映像到程序空间或者数据空间，用以存放执行代码或者存储数据变量。F2812内部具体的片内存储器资源如下表2.1所示：表2.1 F2812片内存储器资源存储器名称存储器容量存储器名称存储器容量Flash128K*16位M0（SRAM）1K*16位H0（SRAM）8K*16位M1（SRAM）1K*16位L0（SRAM）4K*16位Boot ROM4K*16位L1（SRAM）4K*16位OTP1K*16位2) 保留区。数据区的某些地址被保留作为CPU的寄存器使用。3) CPU中断向量。在程序地址中保留了64个地址作为CPU的32个中断向量。 通过ST1的位VMAP可以将CPU的中断向量映射到程序空间的顶部或者底部。储存器各部分映像和地址分布如下图2.4所示：图2.4 TMS320F2812的存储器映像储存器的映像就是存储单元的“地图”，规定了各个存储器空间中的绝对地址，只有通过这些地址才能访问特定的单元。其中，外扩的外部存储器分为6个区域分别为：XINTF区0、XINTF区1、XINTF区2、XINTF区6、XINTF区7以及XINTF向量RAM（32*32），XINTF区0和XINTF区1共用一个片选信号，XINTF区6和XINTF区7共用一个片信号。因为片内RAM只有18K，在设计比较大的系统时，可能不够用，这就需要外扩RAM，本系统采用IS61LV25616AL芯片作为外部数据存储器，/XZCS6AND7作为片选信号，映射到XINTF区6，硬件电路连接如下图2.5所示图2.5 外扩SRAM电路设计IS61LV25616AL是容量为256K*16位的高速（10ns、12ns）异步CMOS静态数据存储器，3.3V供电，兼容TTL接口。与2812连接时，数据线和地址线分别相互连接，IS61LV25616AL的片选信号（/CE）和2812的/XZCS6AND7连接，写使能（/WE）和读使能(/OE)分别和2812的写有效（/XWE）和读（/XRD）有效连接，这样就保证了通讯的畅通。2.3.2 存储器的总线结构l 地址总线 地址总线是用来传送存储单元的地址，分为下面三种： PAB(Program Address Bus) 程序地址总线。 DRAB(Data-Read Address Bus) 数据读地址总线。 DWAB(Data-Write Address Bus) 数据写地址总线。l 数据总线 数据总线传送的是数据，即各个存储单元的具体内容，也分为三种： PRDB(Program Read Data Bus) 程序读数据总线。 DRDB(Data-Read Data Bus) 数据读数据总线。 DWDB(Data/Program-Write Data Bus) 数据写数据总线。需要注意的是：CPU不能同时对程序空间进行读/写操作，因为PAB总线是复用的，同样，CPU不能同时对程序空间和数据空间进行写操作，因为DWDB总线也是复用的。2.4 JTAG电路设计JTAG电路是程序下载口和仿真调试口，设计非常重要。为了提高JTAG接口的抗干扰能力，在与DSP相连接的端口均采用上拉或者下拉设计，其电路如下图2.6：图2.6 JTAG电路图3. SPWM波的产生和死区调节3.1 事件管理器EV的结构和通用定时器TMS320F2812具有两个事件管理器模块EVA和EVB，这两个管理器具有完全一样的功能，EVA模块具有2个16位的通用定时器（通用定时器1和通用定时器2）、3个比较单元、3个捕获单元、以及一个正交编码脉冲电路（QEP电路），其结构如下图2：图3.1 事件管理器EV的结构3.1.1 通用定时器的时钟源 每个外设的工作都离不开时钟脉冲，通用定时器T1的计数寄存器T1CNT的值就是根据时钟脉冲计数的，每过一个脉冲T1CNT就增加1或者减少1。给通用定时器时钟的时钟脉冲首先来源于外部晶振OSCCLK=30M，然后通过F2812内部的锁相环PLL倍频10倍后得到系统时钟 SYSCLKOUT=(30M*10)/2=150M (3-1)SYSCLKOUT再进过高速时钟预定标因子n分频后就得到了提供给如EV、ADC等高速外设的高速时钟HSPCLK，这里高速预定标因子n=1，即HSPCLK= =75M (3-2)最后，设置通用定时器T1控制寄存器的输入时钟预定标因子TPS的值，可以得到提供给T1计数的时钟脉冲TCLK，这里取TPS=0 TCLK= HSPCLK=75M (3-3)3.1.2 通用定时器的计数模式 通用定时器一共有四种计数模式，分别为：停止/保持模式、连续增/减计数模式、连续递增计数模式、定向增/减计数模式。因为要产生SPWM波形，所以需要定时器产生三角波，而连续增/减计数模式是产生三角波的最好方法。以通用计数器T1为例说明三角波产生的过程:当计数器工作在连续计数模式时，其计数值T1CNT先从初始值（一般设为0）按照时钟脉冲逐一增加到周期寄存器的值T1PR，再从T1PR逐一减小到0，就形成了三角波。示意图如下图3.2所示：图3.2 通用定时器三角波的产生三角波的频率取决于两个参数： = TCLK / （T1PR*2 ） (3-4)即周期寄存器的值和时钟脉冲的频率。本系统取30K，TCLK=75M，计算可得周期寄存器的值T1PR=1250。3.2 全比较单元和SPWM波的产生3.2.1 全比较单元的基本功能事件管理器EVA模块具有3个全比较单元，分别为：比较单元1、比较单元2、比较单元3，这三个比较单元的时钟信号都由定时器1来提供。每个比较单元都能输出2路互补的PWM波形。例如PWM1和PWM2就是比较单元1产生的两路互补的PWM波形，其示意图如下图3.3所示2：图3.3 全比较单元两路互补PWM波的产生对于PWM波形，其参数有周期T、频率f、占空比D，设PWM波的高电平时间为，低电平时间为，则：T = + (3-5) D = /T (3-6)示意图如下：图3.4 PWM波形参数示意图当三角波与固定的比较寄存器值CMPR1作比较时，其输出就是占空比固定的PWM波，改变CMPR1，就能改变PWM的占空比，示意图如下图3.5所示：图3.5 PWM波形占空比调节方法在上图中，当通用定时器的计数值T1CNT大于比较寄存器的值CMPR1时，如果通用定时器全局控制寄存器中设置输出极性来是高电平，则输出是高电平，T1CNT=(30000/SINFREQ) T1PINT_Inter