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1、-三相交流电机变频调速控制器的设计DSP课程设计报告-第 29 页DSP项目设计题目：三相交流电机变频调速控制器的设计 物联网工程 学院电气工程及其自动化 专业学号：学生姓名： 指导教师： 二一五年五月摘要本课题主要针对基于DSP的交流异步电机变频调速系统进行了研究和探讨，并设计出了一套完整的软硬件方案。以TI公司的DSP TMS320LF2407A为主控芯片，采用恒定压频比的控制方法，实现了对交流异步电机变频调速的控制。论文阐述了交流异步电机的数学控制模型和变频调速原理。设计了包含逆变电路和控制电路的硬件部分。并在CCS的IDE下采用C语言编程实现了上述的变频调速控制策略。硬件电路上，主要包
2、含TMS320LF2407的主控制器，三相全桥逆变电路，IR2130驱动电路，LCD显示电路，电位器转速输入电路，电压电流检测，以及EEPROM构成的转速存储电路。软件上，采用主循环和中断服务程序相结合的方式，采用DSP事件处理器中的定时器产生SPWM波，并采用恒定压频比的控制方式实现调速。实验结果表明，该系统能够依照设计要求实现较为平稳的三相异步电机转速正反转调节，关键词：交流异步电动机，DSP，SPWM ，变频调速目录摘要3第1章 概述11.1三相交流异步电机变频调速技术的发展概况11. 2三相交流电机变频调速的发展前景展望11.3 项目设计主要研究内容2第2章 异步电机变频调速原理32.
3、1 变频调速系统的U/f控制方式32.2 PWM脉宽调制技术4第3章 三相交流异步电动机变频调速系统的硬件设计93.1 系统结构框图93.2 DSP基本工作电路的设计103.2.1 时钟电路103.2.2 复位电路103.2.3 下载调试接口103.2 系统主电路设计113.2.1 MOSFET的选型113.3 驱动电路的设计123.3.1 IR2130驱动芯片特点133.3.2 IR2130的逆变电路结构133.3.3 IR2130的死区设定143.4保护电路的设计143.5电压电流检测电路153.5LCD1602显示电路153.6按键输入电路163.5电位器调整转速163.6 基于SPI的
4、EEPROM数据存储163.7 电源电路18第4章 三相交流异步电动机变频调速系统控制软件的设计194.1系统程序框图194.2 PWM的实现194.3 SPWM的产生204.4 设定转速LED显示的实现20附录一 程序21附录二 原理图33附录三 心得体会35第1章 概述1.1三相交流异步电机变频调速技术的发展概况近年来，由于电力电子技术突飞猛进的发展，交流变频调速已成为电气传动的主流，正越来越多的取代传统的直流调速传动系统。随着现代变频技术的发展，交流变频电动机可以得到良好的动态性能。变频调速异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠、维护简单等优点，已经普遍应用于
5、现代工业的各领域，在大容量、高转速、高可靠性以及防污染、防爆等方面有着明显的优势。变频调速的异步电动机还具有高效的驱动性能和良好的控制特性，不但可以节约大量电能，而且变频器自动控制性能的进一步改善也为变频调速系统提供了良好的发展前景。因此，开发设计专用的交流变频调速异步电动机具有很好的发展前景。1. 2三相交流电机变频调速的发展前景展望早期变频系统都是利用开环恒压比(VF=常数)的控制方式，其优点是系统结构简单、成本较少，缺点是系统的整体控制性能不高。具体来说，其控制曲线会随着负载的增加而增加，转矩相应的变化慢，跟随性不好，利用率不高，低频时因定子电阻和逆变器死区效应的存在，而性能下降稳定性变
6、差等。因此这种控制方式比较适合应用在风机、水泵调速场合。矢量控制理论，仿照直流电动机和交流电动机比较的方法，由此开创了交流电动机与直流电动机等效控制的先河。矢量控制的主要思想是将异步电动机模拟成直流电动机，通过变换坐标，分解定子电流，使之成为转矩和磁场两个分量，使得解耦控制实现，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。直接转矩控制理论(DTC)是比较先进的控制理论。原理：直接转矩控制和矢量控制有很大的差别，DTC用的不是解耦思想。通过对电机定子电压和电流的检测，利用瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。20世纪80年代初期出现了数字处理
7、器(DSP)，DSP有其自身的优势：支持浮点运算，提高了时钟频率，集成了硬件乘法器，它既增强了微处理器的数据处理能力，又在片内集成了大量的外围接口，因而在控制系统中得到广泛应用。SPWM波形产生器技术越来越成熟，它能与其它控制芯片配合共同完成交流电机的矢量控制。在本系统中采用的是TI公司的TMS320LF2407A作为本控制系统的核心处理芯片。1.3 项目设计主要研究内容本文在掌握交流电机变频调速基本原理的基础上，采用电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A，运用变频调速的价厂控制方式和SPWM控制算法，提出了交流电机变频调速系统的总体设计方案，。具体研究工作包括:交流电机变频调速原理
8、的研究;变频调速系统硬件电路的研究和设计，包括主电路、系统保护电路和控制电路;变频调速系统控制软件的研究和设计。第2章 异步电机变频调速原理2.1 变频调速系统的U/f控制方式U/f控制是为了得到理想的转矩速度特性， 基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电 动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频电源基本上都是采用这种控制方式。U/f控制变频电源结构非常简单，但是这种变频电源采用开环控制方式， 不能达到较高的控制性能，而且在低频时，必须进 行转矩补偿，以改变低频转矩特性。该控制方式的特点是控制电路结构简单，成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动系统的平滑调速要求。这种控制方式在低
9、频时，由于 输出电压较小，受定子电阻压降的影响也比较显著， 故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能 都不理想，以U/fC控制的系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢，电动机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，使系统的稳定性变差等。基频向下调速，希望保持磁通不变。从公式U=E=4.44*f*N*看出，磁通正比与E/f(近似正比与U/f)，所以保持E/f（U/f）的比值不变，就可以保证磁通不变。基频向上调速时候，因为电压不能再升了，所以可以看成弱磁调速。先来看一下异步电动机的电磁转矩公式：Tem=CT1
10、mI2cos2可以看出，电动机的电磁转矩正比于磁通m和转子侧电流的有功分量I2cos2。但对于异步电动机来说，转子电流是非外部控制量，所以只能通过改变磁通m来改变异步电动机的电磁转矩。对于拖动系统，最合理的利用电动机的出力是首先要考虑的，由异步电动机的额定电压和额定频率必然可以推导出一个电动机的额定磁通。根据公式：UE=4.44fN；式中N线圈匝数；f电源频率；E电源电势；线圈磁通。可推导出KU/f；K=1/4.44N可见，如果要保证电动机的额定磁通不变，即保证电动机的电磁转矩恒定，则必须保证U/f的值为常数。恒压频比的主要目的就是保证电动机的出力,早期有工频降压调速的应用,但电动机的出力会被
11、大打折扣。上述公式旨在说明控制原理，忽略了运算的其它干扰条件。根据上面我列的公式，我想足够大家了解变频器U/f控制方式的原理了。实际运行中，U/f方式可以实现转矩调整，即在输出频率的同时调整输出电压，可增大或减小异步电动机的电磁转矩，但要考虑电动机的磁通饱和临界点和自身的各项耐受值。U/f控制方式有一个缺点，就是在调节时动态响应差，不适合工作于波动较大的负载场合。并且，在启动过程中，变频器电压提升的有限性直接影响到电动机的起动转矩的大小。2.2 PWM脉宽调制技术PWM控制技术一直是变频技术的基础。随着新型电力电子器件的不断涌现以及微电子技术的不断发展，PWM变频技术也获得了飞速发展，目前常用
12、的主要有两种形式：基于正弦波对三角波脉宽调制的SPWM控制和电压空间矢量SVPWM控制。所谓PWM脉宽调制技术，是用一种参考波（通常是正弦波，有时也采用梯形波或注入零序谐波的正弦波或方波等）为调制波，而以N倍于调制波频率的三角波（有时也用锯齿波）为载波进行波形比较，在调制波大于载波的部分产生一组幅值相等，而宽度正比于调制波的矩形脉冲序列用来等效调制波，用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电，这种技术叫作脉宽调制逆变技术。由于载波三角波(或锯齿波)的上下宽度是线性变化的，故这种调制方式也是线性的。当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦规律变化，这种调
13、制技术通常又称为正弦脉宽调制技术。要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变各个脉冲宽度即可。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM两种。由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，由交流电源产生的PWM波通常是不等幅的。不管是等幅PWM波还是不等幅PWM波，都是基于面积等效原理进行控制的，因此其本质是相同的。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM两种。由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波，由交流电源产生的PWM波通常是不等幅的。不管是等幅PWM波还是不等幅PWM波，都是基于面积等效原理进行控制的，因此其本质是相同的。根据PWM控制的基本原理，如果给出了逆变电路的正弦
14、波输出频率、幅值和半个周期内的脉冲数，PWM波形中各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制逆变电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。这种方法称之为计算法。可以看出，计算法是很繁琐的，当需要输出的正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化。与计算法相对应的是调制法，即把希望输出的波形作为调制信号，把接收调制的信号作为载波，同过信号波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角形或锯齿波作为载波，其中等腰三角形应用最多。因为等腰三角形上任一点的水平宽度和高度成线性关系且左右堆成，当它与任何一个平缓变化的调制信号波相交时，如果在交点时刻对电路中开关器件的通断进行控制
15、，就可以得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，这正好符合PWM控制的要求，在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。正是因为调制法有这样的优点，所以实际应用中的主要是调制法。目前很容易实现的一种方法是：逆变器的输出波形是一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，这些波形与正弦波等效，等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等分，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等份的中点相重合。这样，有n个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效，称为SPWM波形。SPWM波形如图2.4所示。产生正弦
16、脉宽调制波SPWM的原理是：用一组等腰三角形波与一个正弦波进行比较，如图2.5所示，其相交的时刻（即交点）来作为开关管“开”或“关”的时刻。正弦波大于三角波时，使相应的开关器件导通；当正弦波小于三角载波时，使相应的开关器件截止。图2.1与正弦波等效的等幅脉冲序列波图2.2 SPWM控制的基本原理图因此，为了得到正弦波，需要输出一系列幅值相等而宽度不等的矩形波。采用三角波作为载波的规则采样法，可以得到这些矩形波的宽度，每个脉冲的中点都以相应的三角波的中点对称，在三角波的负峰时刻tD对正弦调制波采样而得到D点，过D点作一水平直线和三角波分别交于A点和B点，在A点的时刻tA和B点时刻tB控制功率器件
17、的通断，可得如下关系式：根据这一关系式，如果一个周期内有N个矩形波，则第I个矩形波，则第I个矩形波的占空比：图2.3 对称PWM波产生机理电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术由于交流电机需要输入三相正弦电流的最终目的是为了在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如果将逆变器和电动机看成一个整体，按照跟踪圆形旋转磁场的方式来控制逆变器的工作，则控制效果会更好。而磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以这种控制方法又叫做电压空间矢量法，即SVPWM 法。SVPWM 方法有较高的直流电压利用率以及较少的谐波等优点，下面具体讲述SVPWM 的基本原理。交流电动机绕组的空间位置
18、如图2.5所示，将电压定义为空间矢量A0 u 、B0 u 和C0 u 。定子电压空间矢量A0 u 、B0 u 和C0 u 的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位互相错开的角度也是120，因此由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量S u （ S A0 B0 C0 u = u + u + u ）是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2 倍，旋转的速度为电源角频率1 。图2.4 空间电压矢量及三相电压型逆变电路电机转速不是很低时，可近似忽略定子电阻压降，则电压空间矢量可表示为：式（2.3）中， m 为磁链矢量 的幅值，该式表明，当磁链幅值一定时，电压
19、空间矢量的大小与供电电源的频率成正比，其方向与磁链矢量正交。所以，电机旋转磁场的轨迹问题可以转化为电压空间矢量的运动轨迹来求取。图2.6 是一个典型的三相电压型逆变电路。利用该逆变电路的开关状态的顺序组合以及开关时间的调整，以保证电压空间矢量圆形运行轨迹为目标，就可以产生谐波较少且直流电源电压利用较高的输出。该图中的VT1VT6 是6 个功率开关管，a、b、c 分别代表3 个桥臂的开关状态。规定当上桥臂开关管“开”状态时（为了保护功率器件，此时下桥臂开关管必然处于“关”状态）开关状态为1，当下桥臂开关管“开”状态时开关状态为0。三个桥臂只有“1”或“0”两种状态，因此a、b、c 形成000、0
20、01、010、011、100、101、110、111 共8 种开关模式。其中000和111开关模式使得逆变器输出电压为零，故称这两种开关模式为零状态。第3章 三相交流异步电动机变频调速系统的硬件设计3.1 系统结构框图系统电路分为主电路、控制电路两部分，主电路为三相全桥逆变电路。控制电路由控制器、驱动电路、电位器输入电路、LED显示电路、参数保存电路构成。该系统为三相交流异步电动机变频调速系统，旨在完成系统的变频调速功能，其中DC输入为+24V电源，用于整个系统的供电；MOSFET逆变器用于将直流电源逆变成三相交流电源以作为电动机的电源；驱动电路用于驱动MOSFET芯片以控制MOSFET的通断
21、；电位器用于输入电机的设定转速；LED用于显示系统当前的设定转速；EEPROM用于参数保存。TMS320LF2407作为该系统的主控芯片，用于输出SPWM波，并通过其AD转换接口采集设定转速，用IO口控制LED显示设定转速。系统的硬件结构图如图3.1所示.图3.1 系统结构框图3.2 DSP基本工作电路的设计系统控制电路的核心在于微处理器，我们选用了TI公司的TMS320LF2407芯片作为微处理器。处理器主要需要晶振，复位电路以及下载调试接口。3.2.1 时钟电路系统中采用10MHz的有源晶振作为DSP的时钟输入。有源晶振具有可靠性好，易于起振等优点，可以保证系统长时间稳定工作。3.2.2
22、复位电路复位电路设计了一个复位按键，便于调试。采用一个电阻和电容充放电，按键按下时，RST引脚被拉低。按键释放后，通过电阻向电容充电，保证足够长的复位时间。图3.2 DSP时钟及复位电路3.2.3 下载调试接口下载调试接口采用JTAG接口，配以XDS510仿真器，可以实现程序下载和程序的在线仿真，方便程序编写。图3.3 JTAG接口3.2 系统主电路设计逆变电路的功率开关器件选用的是MOSFET为核心的主电路模块。MOSFET在1960年由Bell Lab的D. Kahng和 Martin Atalla首次实作成功，这种元件的操作原理和1947年萧克莱（Will3iam Shockley）等人
23、发明的双载子晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT）截然不同，且因为制造成本低廉与使用面积较小、高整合度的优势，在大型集成电路（Large.Scale Integrated Circuits,LSI）或是超大型集成电路（Very Large.Scale Integrated Circuits,VLSI）的领域里，重要性远超过BJT。MOSFET由于开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点已成为开关电源最常用的功率开关器件之一。而驱动电路的好坏直接影响开关电源工作的可靠性及性能指标。其中，2232com作为电流检测的一个环节，接回IR2130芯片上以检测电流大小防
24、电流过大引起的危险，逆变桥的电路原理如下。图3.4逆变桥电路主电路原理图3.2.1 MOSFET的选型本次三相交流变频调速器的设计中，主电路的输入电压是24V，电机的功率是40W。所选的MOS管的耐压应该高于24V，额定电流也应该高于电机的额定工作电流。通过查阅相关datasheet，对比各种MOS管的基本参数，打算采用IRFZ44N这种型号的MOS管。IRFZ44N的基本参数如下：晶体管极性：N沟道漏极电流，Id最大值：49A电压，Vds最大：55V开态电阻，Rds（on）：0.024ohm电压，Vgs最高：21V功耗：83W额定电压的确定：1. 漏极至源极间可能承受的最大电压即Vds2.
25、在整个工作温度范围内电压的变化范围3. 需要考虑的其他安全因素：如电机线圈产生的感应电动势。由上述条件结合本设计实际供电电压为直流24V，考虑最坏情况下，同桥臂两晶闸管同时导通使电源短路时，两晶闸管承受全部电压，每个晶闸管承受最大电压为12V。加上一定裕量IRFZ44N额定电压能满足要求。额定电流的确定：流过晶闸管的电流分为两种：连续导通下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件；脉冲尖峰脉冲，尖峰是指有大量电涌（尖峰电流）。主电路中采样电阻阻值为0.1ohm，晶闸管内阻0.022ohm，保护电路稳压管电压5V，同桥臂两晶闸管同时导通使电源短路时，两晶闸管承受电压为5V，每个晶闸管承受最大
26、电压为2.5V。流过晶闸管电流约为21A，加上一定裕量IRFZ44N额定电流完全能满足要求。3.3 驱动电路的设计逆变器己广泛用于交流电气传动、UPS等许多技术领域中,其主电路开关器件常采用MOSFET或MOSFET等全控型器件,该器件的开关动作需要靠独立的驱动电路来实现,并且要求驱动电路的供电电源彼此隔离(如单相桥式逆变主电路需3组独立电源,三相桥式逆变主电路需4组独立电源),这无疑增加辅助电源的设计困难和成本,同时也使驱动电路变得复杂,降低了逆变器的可靠性。采用如EXB840等专用厚膜集成驱动电路芯片虽然可以简化驱动电路的设计,但每个驱动芯片仍需要一个隔离的供电电源,且每个芯片仅可驱动一个
27、功率开关器件,应用仍有不便。而美国国际整流器公司生产的专用驱动芯片IR2130只需一个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件,可以使整个驱动电路简单可靠。3.3.1 IR2130驱动芯片特点IR2130可用来驱动工作在母电压不高于600V的电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大正向峰值驱动电流为250mA,而反向峰值驱动电流为500mA。它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络,使用户可方便的用来保护被驱动的MOS门功率管,加之内部自举技术的巧妙运用使其可用于高压系统,它还可对同一桥臂上下2个功率器件的门极驱动信导产生2s互锁延时时间，自动产生成上、下侧驱动所必需的死区时
28、间（2.5s）。它自身工作和电源电压的范围较宽(320V),在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器,电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用,亦可只用其内部的3个低压侧驱动器,并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。VB1VB3:是悬浮电源连接端，通过自举电容为3个上桥臂功率管的驱动器提供内部悬浮电源,VS1VC3是其对应的悬浮电源地端。HIN1HIN3、LIN1LIN3:逆变器上桥臂和下桥臂功率管的驱动信号输入端，低电平有效。ITRIP:过流信号检测输入端,可通过输入电流信号来完成过流或直通保护。CAO、Vso:内部放大器的反相端、
29、输出端和同相端,可用来完成电流信号检测。HO1HO3、LO1L03:逆变器上下桥臂功率开关器件驱动器信号输出端。FAULT:过流、直通短路、过压、欠压保护输出端，该端提供一个故障保护的指示信号。它在芯片内部是漏极开路输出端，低电平有效。3.3.2 IR2130的逆变电路结构采用IR2130芯片驱动逆变器功率管时，其基本主电路结构不需要改变，仍可用典型的三相电压型逆变器电路,图中C是自举电容,为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量,D的作用防止上桥臂导通时的直流电压母线电压到IR2130的电源上而使器件损坏,因此D应有足够的反向耐压,当然由于D与C串联,为了满足主电路功率管开关频率的要求,D应选快
30、速恢复二极管。IR2130的HIN1HIN3、LIN1LIN3作为功率管的输入驱动信号与单片机连接,由单片机控制产生PWM控制信号的输入,FAULT上连接一个LED指示灯，当发生故障时，可以很方便的观察到。其容量取决于被驱动功率器的开关频率、占空比以及充电回路电阻,必须保证电容充电到足够的电压,而放电时其两端压不低于欠压保护动作值,当被驱动的开关频率大于5kHz时,该电容值应不小于0.1F,且以瓷片电容为好。图3.5 MOS驱动电路原理图3.3.3 IR2130的死区设定IR2130芯片可以自动生成所需的死区时间，以防止上下桥臂同时导通导致的短路，典型的死区时间为2.5us。3.4 保护电路的
31、设计IR2130驱动芯片上自带一个过流检测引脚，可将电流采样电阻的电压经过电阻分压之后接入ITRIP引脚。当电阻分压之后的电压高于0.5v时，IR2130会自动关闭输出，保证电机和电路不会因过流而损坏。电路如图所示。图3.6 保护电路3.5电压电流检测电路由于电机各相的工作电压较高，而DSP的AD输入电压只有3.3v所以将各相电压经过电阻分压之后再输入AD接口。电流检测采用了检流电阻，当电流通过电阻的时候会产生电压降，再将电压送入运放处理之后输入单片机的AD接口。图3.7 电流电压采集电路3.5LCD1602显示电路为了将当前的设定转速和检测到的电压电流显示出来，我们采用了1602显示屏。16
32、02显示屏相比起数码管显示具有显示内容多，显示方式灵活的特点。此外1602采用的是串行输入，控制方式简单。1602液晶显示器是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。硬件连接上，直接将DSP的IO口和1602引脚连接即可。此外，为了调节1602的对比度，还需要电位器。图3.8 1602显示电路3.6按键输入电路按键输入电路由四个带有上拉电阻的按键输入DSP的IO口实现。目的是为了通过按键选择电机的正反转，启动与停止。图3.9 按键原理图3.5 电位器调整转速转速调整由电位器分压输入DSP的AD5实现。采样后的电压换算成电机的输入电压系数。图3.10电位器电压采集电路图
33、3.6 基于SPI的EEPROM数据存储X25040为XICOR公司生产的4KbitSPI串行EEPROM。其最大时钟速率为2M，适合与SPI三线传输模式。控制引脚连接说明：CS（1脚）片选信号受控T9MS320LF2407A的XF输出WP（3脚）写保护信号受控于TMS320LF2407A的IOPC5输出图3.11 EEPROM的引脚连接原理图X25040的SPI操作基本采用无延时时钟触发方式，主机在CLK的上升沿发送数据在CLK的下降沿接收数据。部分TMS320LF240x 器件包括带4个引脚的串行外设接口（SPI）。SPI是一个高速、同步串行I/O口，它允许长度可编程的串行位流（116位）
34、以可编程的位传输速度移入或移出器件。通常SPI用于DSP处理器和外部外设以及其他处理器之间的通信。典型的应用包括通过诸如移位寄存器。显示驱动器、DAC以及日历时钟等器件所进行的外部I/O或器件的扩展，SPI的主/从操作支持多处理器通信。SPI模块的特性包括:4个外部引脚：SPISOMI:SPI从动输出/主动输入引脚；SPISIMO:SPI从动输入/主动输出引脚；SPISTE:SPI从动发送使能引脚；SPISLK:SPI串行时钟引脚。注意：，在不使用SPI模块是，这4个脚都可作一般I/O引脚。两种工作方式：主动或从动工作方式。波特率：125种可编程的波特率，在CPU时钟方式下，当频率为30MHz
35、时，波特率可达7.5Mbps。数据字长：116个数据位。4种时钟方案（由时钟极性和时钟相位控制）包括：无延时的下降沿：串行外设接口在SPICLK信号下降沿发送数据，而在SPICLK信号上升沿接收数据。有沿延时的下降沿：串行外设接口在SPICLK信号下降沿之前的半个周期时发送数据 ，而在SPICLK信号下降沿接收数据。无延时的上升沿：串行外设接口在SPICLK信号上升沿发送数据，而在SPICLK信号下降沿接收数据。有沿延时上升沿：串行外设接口在SPICLK信号上升沿之前的半个周期时发送数据 ，而在SPICLK信号上升沿接收数据。发送和接收操作可通过中断或查询方法来完成。3.7 电源电路TMS32
36、0LF2407ADSP芯片为低功耗芯片，所有引脚中除VCCP引脚在对Flash编程时接5V电压外，其他供电电源引脚供电电压均为3.3V。如果有必要，3.3V电源电压经过一个T型低通滤波器（截止频率10MHz）后再连到PLLVCCA引脚。本设计中用两个线性稳压元件为核心芯片设计电源转换电路。其输入电压5V，输出电压3.3V。电源电路的原理图如图所示.图3.12 3.3V电源电路原理图此外，系统当中的IR2130芯片等还需要12v和5v供电，由于这些芯片对电源质量要求不高，所以本设计中采用两个集成了功率器件的开关电源芯片构成12v和5v电源。具有体积小功率大，发热小的优点。图3.13 12V及5V
37、降压原理图第4章 三相交流异步电动机变频调速系统控制软件的设计4.1系统程序框图程序由主循环和中断程序组成，以下是它们的流程图。图4.1 系统程序流程图4.2 PWM的实现程序采用事件管理器模块A（以下简称EVA）中的通用定时器1及与之相关的比较单元产生PWM波。EVA的定时器1都有3各与之相关的比较单元：比较单元1、比较单元2和比较单元3，每个比较单元都有一个相应的比较寄存器：CMPR1，CMPR2和CMPR3。每个比较单元都可以单独设置成比较模式和PWM模式，设置为PWM模式时，每个比较单元有两个极性相反的PWM输出。因此利用TMS320LF2407的事件管理器模块可以实现对三相桥式逆变电
38、路的PWM控制。在周期寄存器T1PR的值一定的情况下，通过改变比较寄存器的值就可以改变矩形脉冲的宽度。在程序中，我们设定定时器1为连续增减模式，通过设定T1PR寄存器确定20kHz的载波，并通过改变CMPRx的值来该那边PWM波的占空比。4.3 SPWM的产生在程序当中，采用了查表的方式，建立一个数组，将一个周期的正弦波分成33份，并将各点幅值存入数组，再按照需要依次幅值给比较寄存器以产生SPWM波。具体程序的实现方法如下：使用TIMER2定时器产生一个中断，在中断当中控制计数变量index_pwm每次自加一，并用这一变量的数值查表更新CMPRx的比较值，当index_pwm达到设定的一周期数
39、量33时清零，完成一个周期SPWM的产生。如需改变正弦波的周期，仅需要改变TIMER2的中断周期即可。4.4 设定转速LED显示的实现程序中的设定转速由AD采样回来之后，换算成b_time这个0到1的电压系数，并由它直接控制SPWM的输出电压。所以用b_time作为控制LED的变量。程序如下：LED = (1 (8-(int)(b_time * 8);将b_time的值扩大8倍之后取整，将转速换算成0到7的整数。由于电路上，低位LED在最上方，所以再将8减去换算得到的值。最后将1向左移位换算得到的位数。由于LED为共阳的连接方式，所以再取反一次，并最终复制给设定好的LED端口，完成转速的显示。
40、附录一 程序Func.c#include f2407_c.h #include math.h#includevar.hunsigned int period;unsigned int duty;unsigned int index_pwm=0;unsigned int a,b,c,aaa=0;unsigned char rotation_dir = 0;/0表示正转，1表示反转#define LED port00volatile ioport unsigned int port00;/* Constant Definitions */#define PI 3.1415926extern flo
41、at sin_table99;int adc_res=500;unsigned int I_resultI_LOOP/I_DIV;/*unsigned int Speed_result2048;*/unsigned int i=0;float fv_cn = 0;/*unsigned int T4_NUM0=0;unsigned int T4_NUM1=0;/* MAIN ROUTINE */void ini(void)/* Configure the System Control and Status registers */*SCSR1 = 0x00FD; bit 15 0: reserv
42、ed bit 14 0: CLKOUT = CPUCLK bit 13-12 00: IDLE1 selected for low-power mode bit 11-9 000: PLL x4 mode四倍频40m bit 8 0: reserved bit 7 1: 1 = enable ADC module clock bit 6 1: 1 = enable SCI module clock bit 5 1: 1 = enable SPI module clock bit 4 1: 1 = enable CAN module clock bit 3 1: 1 = enable EVB m
43、odule clock bit 2 1: 1 = enable EVA module clock bit 1 0: reserved bit 0 1: clear the ILLADR bit*SCSR2 = (*SCSR2 | 0x000B) & 0x000F; bit 15-6 0s: reserved bit 5 0: do NOT clear the WD OVERRIDE bit bit 4 0: XMIF_HI-Z, 0=normal mode, 1=Hi-Zd bit 3 1: disable the boot ROM, enable the FLASH bit 2 no cha
44、nge MP/MC* bit reflects state of MP/MC* pin bit 1-0 11: 11 = SARAM mapped to prog and data/* Disable the watchdog timer */*WDCR = 0x00E8; bits 15-8 0s: reserved bit 7 1: clear WD flag bit 6 1: disable the dog bit 5-3 101: must be written as 101 bit 2-0 000: WDCLK divider = 1/* Setup external memory
45、interface for LF2407 EVM */WSGR = 0x0040; bit 15-11 0s: reserved bit 10-9 00: bus visibility off bit 8-6 001: 1 wait-state for I/O space bit 5-3 000: 0 wait-state for data space bit 2-0 000: 0 wait state for program space/* Setup shared I/O pins */*MCRA = 0x0fc0; /* group A pins */ bit 15 0: 0=IOPB7, 1=TCLKINA bit 14 0: 0=IOPB6, 1=TDIRA bit 13 0: 0=IOPB5, 1=T2PWM/T2CMP bit 12 0: 0=IOPB4, 1=T1PWM/T1CMP bit 11 1: 0=IOPB3, 1=PWM6 bit 10 1: 0=IOPB2,