摘 要：介紹了一種以TMS320F240數(shù)字信號處理器為核心的異步電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器的硬件和軟件設(shè)計。介紹了該控制器的結(jié)構(gòu)功能模塊和對稱空間電壓矢量產(chǎn)生的軟件流程，并對其中一些基本單元電路和技術(shù)進行了分析和討論，最終給出了該控制器給電機空載實驗時所生成的SVPWM波形。
關(guān)鍵詞：變頻；空間電壓矢量；數(shù)字信號處理器

0 引言
變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵，就是要沒計一個合理的變頻器，而它的核心就是變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器。變頻器的數(shù)字控制器包括信號的檢測、濾波、整形，核心算法的實時完成以及驅(qū)動信號的產(chǎn)生，系統(tǒng)的監(jiān)控、保護等功能。
變頻器數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件部分，包括微處
理器、接口電路及外圍設(shè)備，其中微處理器是系統(tǒng)的控制核心，它通過內(nèi)部控制程序，對從輸入接口輸入的數(shù)據(jù)進行處理，完成控制計算等工作，通過輸出接口電路向外圍發(fā)出各種控制信號，外圍設(shè)備除了檢測元件和執(zhí)行機構(gòu)，還包括各種操作、顯示以及通信設(shè)備。
本文采用TI公司的TMS320F240自行設(shè)計了一款用于高速電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制器，頻率可以通過鍵盤數(shù)字給定或者模擬給定，同時對它的功能和技術(shù)做了簡要的分析，并給出了電機在18000r／min穩(wěn)態(tài)運行時控制器的輸出波形。

1 數(shù)字控制器的硬件結(jié)構(gòu)框圖和工作原理
數(shù)字控制器的硬件以TMS320F240定點DSP為CPU，CY7C199為外部數(shù)據(jù)和程序存儲器，數(shù)據(jù)和程序存儲器各32K；16路的模擬／數(shù)字輸入通道，其中一路可以用來進行模擬頻率給定；使用了8位數(shù)字I／O口，可以用鍵盤通過I／O口來進行數(shù)字頻率給定；4路12位的數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換通道，用于電機輸出信號控制；RS232和SPI系列兼容接口，其中將SPI用作變頻調(diào)速時電機頻率的LED顯示，將SCI口擴充成RS232接口，其功能布置框圖如圖1所示。

電機或者逆變器的工作頻率通過鍵盤給定，同時，其頻率顯示通過DSP內(nèi)部的顯示程序回顯在LED上，當按下運行鍵以后，鍵盤設(shè)計頻率被送到產(chǎn)生空間電壓矢量的SVPWM處理子程序，生成的SVPWM波形通過GAL器件保護后輸出，與此同時，電動機或者變頻器的實時運行動態(tài)頻率通過LED顯示。正交編碼脈沖可以接入電機的光電編碼器，對系統(tǒng)構(gòu)成速度環(huán)反饋，A／D模塊可以接入電機的電流環(huán)，至于變頻調(diào)速系統(tǒng)的保護中斷源由DSP的引腳PDPINT提供，主要是過壓、過流、控制電壓欠壓、過熱等中斷源。電機的速度或者逆變器的輸出頻率可以通過鍵盤改變。

2 硬件設(shè)計
數(shù)字信號處理器是數(shù)字控制器的核心部分，也是數(shù)字控制器對信號的檢測、濾波、整形，核心算法的實時完成以及驅(qū)動信號的產(chǎn)生，系統(tǒng)的監(jiān)控、保護等功能的核心部分。數(shù)字控制器的功能模塊設(shè)計如下。
2.l 數(shù)據(jù)和程序存儲器的設(shè)計
DSP是一種高速存取器件，對于外圍接口芯片有較高的要求，雖然DSP本身可以軟件提供0~7個等待狀態(tài)來滿足與片外存取器件速度的匹配，但是為了不至于影響整個系統(tǒng)的控制和仿真功能，一般采用存取速度比較高的存儲器來做為DSP的片外數(shù)據(jù)和程序存儲器。本文采用CY7C199存儲器，存取時間15ns，完全不用提供軟件等待狀態(tài)也不用加硬件等待電路，因為，CY7C199是32K的8位存儲器，所以，使用了4片該存儲器組成了32K的16位存儲器RAM，數(shù)據(jù)和程序各32K。
2.2 DSP復(fù)位及時鐘電路的設(shè)計
為了使系統(tǒng)被復(fù)位信號正確地初始化，對復(fù)位信號的脈沖寬度必須有一定的要求。對于TMS320F240而言，復(fù)位信號至少要lms。不過上電之后，系統(tǒng)的振蕩器達到穩(wěn)定工作狀態(tài)需要20ms甚至更長的時間，一般來說上電復(fù)位時，在復(fù)位引腳上置100~200ms的一個低電平脈沖是比較合適的。根據(jù)這一原則，采用MAXIM公司的集成微處理器監(jiān)控復(fù)位電路來完成，本文使用了MAX705。MAX705監(jiān)控芯片，與傳統(tǒng)的分立元器件組成的微機監(jiān)控電路比較，它的可靠性高、動態(tài)響應(yīng)好，功耗小、設(shè)計簡單、體積小，在電子產(chǎn)品設(shè)計中已得到廣泛的應(yīng)用。
在設(shè)計中，時鐘往往不被人充分地重視，其實，時鐘是電路設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié)。DSP時鐘既可由外部提供，亦可由板上的振蕩器來提供。由于DSP及其它芯片工作都是以時鐘為基準的，如果時鐘質(zhì)量不高，那么系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性就很難保證。本文采用外部時鐘輸入，由有源晶振產(chǎn)生10MHz脈沖，通過覆銅和串接LC濾波電路來抑制外界干擾，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
2．3 RS232的串行口電路設(shè)計
RS232是美國電子工業(yè)協(xié)會于1960年發(fā)布的串行通信接口標準，目前應(yīng)用廣泛的是RS232C和RS232D。 RS232C的標準連接為
DB25．但在實際應(yīng)用中采用非標準的DB9連接，實際應(yīng)用中根據(jù)需要對定義的引腳進行取舍。RS232C電氣特性最大的特點是采用了負邏輯，邏輯l的電平是一3V一一15V，邏輯0的電平是+3V~+15V，因此，在使用中有一個電平轉(zhuǎn)換接口的問題。本文中采用自升壓的集成芯片MAX232C來構(gòu)成，只由+5V電源來供電，電平轉(zhuǎn)換所需的±