dsp2407 在电机控制中的应用

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1、基于DSP的直流电机数字控制系统ADspBasedDigitalControlSystemforDCMotors董期钵，旅淑络(中固科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033)摘要介绍了一种基于DSP2407的直流电机数字控制系统，简述7实现该控制系统的硬件设计方案和控制策略。关键词DSP速度回路：位置回路AbstractADSPBaseddigitalcontrolsystemforDCmotorsisinmxluced．Ahardwaredesignmethodandcontrolmategyfo

2、rthiscontrolsystemisexpounded．KeywordsDSPVelocityLoopPositionloop0引言随着DSP的发展，用DSP替代传统的单片机进行电机控制已成为一种潮流。该系统采用Tl公司TMS320LF240x系列的2407作为主控芯片，主要有以下优点：供电电压3．3v，功耗小；指令周期可达33ns；具有16．通道lO位A／D转换器，转换时间500ns：具有脉冲调宽波(PWM)输出电路；具有正交编码(QEP)电路。这样就使整个系统的硬件设计变得简单了许多。1硬件设计图l是整

3、个系统的控制框图。该控制系统以DSP为核心。其他部分的设计围绕着TMS320LF2407展开。主要电路包括与上位机的串行通信电路、驱动电路、速度和位置检测回路等。1．1电源电路因DSP本身使用3．3V工作电压和1．8V锁相环工作电压，故系统采用TI公司推荐的电源芯片TPS73HD318将+5V电源电压转换成3．3V，采用3．3V、10M有源晶振HC04DY。1。2异步串行通信电路通过R8．232串行口进行DSP和PC机的异步通信。由于上位机RS．232与下位机的电平不一致，需经转换后才能进行通信而DSP2407

4、是3．3V供电，所以在MAX232和DSP之间需要加电平转换电路。图2所示是Tl公司提供的典型电平匹配电路。1．3驱动电路由DSP产生的PWM信号不足以直接驱动电机运行，需要使用驱动器将其转换成可驱动电机的驱动信号。驱动电路采用SGS公司的集成芯片L298N，它是恒压恒流双H桥电机芯片，可同时控制两台直流电机，输出电流可达到2A。使用时应使供电电压VS大于其逻辑电压VSS，否则将会出现电机失控的现象。另外，为了保护电机，在驱动电路中需要加入两组续流二极管。为了降低和减小驱动电路对控制系统的影响，加入了光耦器件。

5、DSP产生的PWM波经249厶i而己叩5第六届工业仪表与自动化学术会议论文集施密特反向器74HCl4后加到TLP521-4光耦上进行光电隔离，再送给驱动芯片L298。这样控制信号就变得稳定而且可靠。负载卜—叫直直流电机卜—，光电编码器T、广弋l7l驱动电路IjI≯一U电位计丌一电平转换I1光耦l弋7、7＼／UA／DFWMQEPDSP2柏7SCISPI一k彳、II'，．弋，PC机键盘、显示图1控制系统框图图2TMS320LF2407与ICtAX232接口电路1．4速度、位置检测回路采用光电编码器作为速度检测元件，

6、输出3路脉冲信号A、B和Z。其中，A和B是两个频率变化且正交(即相位差为900)的脉冲，由电机轴上的光电编码器产生，电机的旋转方向可通过检测两个脉冲序列中的哪一列先到来确定，电机的转速可由脉冲数和脉冲频率来2如[．dnc卸∞第六届工业仪表与自动化学术会议论文集决定·这样把光电编码器输出的数字脉冲送入DSP的正交编码单元(QEP)进行处理即可得到电机的转速和转向。由于光电编码器输出的是5v数字电平信号，而DSP只能接受3．3V电平信号。因此在该系统中采用8位总线收发器SN74LVC245进行电平转换。该芯片的最大

7、特点悬采用3．3V电压供电，而输入可被3．3v或5v器件驱动，最大输出不超过电源电压3．3V，因而可作为DSP与光电编码器的接口电路。位置检测元件采用与电机负载同轴相连的旋转电位计。将一固定电压值加到电位计的两端，其电刷接触点与某一固定点(接地端)的电压就代表了负载相对于该点转过的角度，由该角度也可以换算出负载运行的直线位移，这样就可以得到负载相对于起始点的位置。将由电位计得到的数值(模拟量)送入DSP的模数转换单元(A／D)进行处理即可得到位置的反馈量。采用电压基准芯片TL431将一固定的电压值(+3．3V)

8、输出给电位计，而电位计的输出值经转换即用于位置闭环控制。2控制策略从伺服控制的角度看，该系统采用了速度与位置双闭环。速度和位置的检测与调节是通过DSP的软件来实现的。2．1测速在闭环伺服控制系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有M法、T法以及M／T法等3种。M法通过测取测速时间Tc内光电码器输出脉冲个数Ml，从而计算出这段时间内的平均速度，得到转速测量值。T法则是记录编码器两个相邻输出