基于DSP在現(xiàn)代電力電子與交流電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　DSP 在電機(jī)控制領(lǐng)域的真正大規(guī)模應(yīng)用開(kāi)始于 1998 年TI 面向電機(jī)、運(yùn)行及過(guò)程控制等領(lǐng)域推出業(yè)界首款具有片上閃存的 DSP——TMS320F240 ［15］ 。同年，TI 推出 Code Composer Studio，業(yè)界第一款集成化、開(kāi)放式 DSP 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，可將DSP 的編碼時(shí)間縮短 50％以上。TMS320F240 集成了一個(gè)運(yùn)行于 20MHz 的 TMS320C2XX DSP 內(nèi)核，2 個(gè) 8 路復(fù)用 10 位A/D 轉(zhuǎn)換器，一個(gè)功能強(qiáng)大的事件管理器，SPI 和 SCI 串行通訊口，看門狗電路，32K 字 FLASH ROM 以及其他一些外設(shè)。特別值得一提的是它所集成的事件管理器，它是電機(jī)控制專用外設(shè)的一個(gè)集合，也沿用到后來(lái) TI 的電機(jī)控制專用 DSP 當(dāng)中并加以改善。事件管理器中集成了 3 個(gè) 16 位定時(shí)器，并以這3 個(gè)定時(shí)器為基礎(chǔ)，控制著事件管理器中其他的外設(shè)，包括比較器、PWM 發(fā)生器、死區(qū)時(shí)間發(fā)生器、捕獲單元、正交編碼電路，還可以控制 A/D 轉(zhuǎn)換器的操作。其中 PWM 發(fā)生器從硬件上支持現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)和電機(jī)控制系統(tǒng)中常用的空間矢量 PWM 方式，使得生成 PWM 所需的代碼大大簡(jiǎn)化。同時(shí)該DSP 為每個(gè)外設(shè)提供了豐富的中斷源，極大的方便了實(shí)時(shí)處理器內(nèi)核，改進(jìn)了中斷響應(yīng)和處理的速度，改進(jìn)了存儲(chǔ)器管理，具有更高的 C/C++編程效率。F2812 內(nèi)部集成了更大的存儲(chǔ)器，有 128K×16 位的 FLASH ROM，1K×16 位 OTP ROM，總共 18K×16 位的 SARAM，在其 4K×16 位 BOOT ROM 中還集成了一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)表。在外設(shè)方面，F(xiàn)2812 比以往的DSP 也更加強(qiáng)大。F2812 的外部存儲(chǔ)器接口可以訪問(wèn) 1M 字節(jié)的地址空間，其等待狀態(tài)發(fā)生器和靈活的片選信號(hào)使得外部存儲(chǔ)器配置更加方便。它集成了 3 個(gè) 32 位 CPU 定時(shí)器，方便調(diào)試軟件的使用和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的運(yùn)行。在電機(jī)控制專用外設(shè)方面，集成了 2 組事件管理器，與 C2000 系列完全兼容，同時(shí)集成了轉(zhuǎn)換速度達(dá)到 80ns 的 12 位 16 通道復(fù)用 A/D 轉(zhuǎn)換器，使得控制系統(tǒng)的采樣速度和精度大大提高。其通訊接口也更加完善，除了兩個(gè) SCI 接口、SPI 接口和增強(qiáng)的 eCAN 總線接口之外，還集成了一個(gè) McBSP 串行接口，增強(qiáng)了通訊能力和外接其他串行外設(shè)的能力。此外，芯片上與外設(shè)相關(guān)的管腳大多可以復(fù)用作為通用的 IO 口，IO 接口非常豐富。特別值得一提的是 F2812 和 F2810 當(dāng)中設(shè)計(jì)了專門用于實(shí)時(shí)調(diào)試的硬件，可以在不中斷程序運(yùn)行的狀態(tài)下，由仿真器通過(guò) JTAG 接口獲得CPU 和存儲(chǔ)器的狀態(tài)，這對(duì)于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)意義重大。TI 公司還為其開(kāi)發(fā)了更高效率的 C/C++語(yǔ)言編譯器和新一代的 Code Composer Studio 集成調(diào)試軟件，使得開(kāi)發(fā)基于 F2812和 F2810 的控制系統(tǒng)更加容易。目前已經(jīng)有一些科研和生產(chǎn)單位開(kāi)始在他們的研究和開(kāi)發(fā)當(dāng)中采用F2812或者F2810設(shè)計(jì)電機(jī)控制系