DSP原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)基于TMS320LF2407的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、xxxxxxxx大學(xué)xxxxxxxxxxxxxx學(xué)院dsp原理及應(yīng)用 題 目：基于tms320lf2407的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015年 5 月 19 日摘 要直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求。電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，是電氣傳動(dòng)發(fā)展的主要方向之一。采用微機(jī)控制后，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、操作維護(hù)方便，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平，靜動(dòng)態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生

2、產(chǎn)中高性能電氣傳動(dòng)的要求。 本篇論文介紹了基于單片機(jī)的直流電機(jī)pwn調(diào)速的基本辦法，直流電機(jī)調(diào)速的相關(guān)知識(shí)以及pwm調(diào)速的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法。重點(diǎn)介紹了基于tms320lf2407單片機(jī)的用軟件產(chǎn)生pwm信號(hào)以及信號(hào)占空比調(diào)節(jié)的方法。對(duì)于直流電機(jī)速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)；pwm；直流電機(jī)調(diào)速;前 言 電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國(guó)防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，dvd等）中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)

3、。據(jù)資料顯示，在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來(lái)自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國(guó)生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用比較多。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。然而近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功

4、耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)i/o功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面，特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。目 錄一、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)二、 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、 結(jié)語(yǔ)一、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)方案 依據(jù)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行分析得到：本次課程設(shè)計(jì)以tms320lf2407單片機(jī)為核心，以3個(gè)彈跳按鈕作為輸入端，達(dá)到控制直流電

5、機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。在設(shè)計(jì)中，采用pwm技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。1.2系統(tǒng)構(gòu)成直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 輸入模塊tms320lf2407單片機(jī) 該直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在總體上大致可分為以下4個(gè)部分組成：輸入模塊，tms320lf2407單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)模塊，直流電機(jī)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)原理圖1.3直流電動(dòng)機(jī)的pwm調(diào)壓調(diào)速原理 直流電動(dòng)機(jī)是最早實(shí)現(xiàn)方便調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，新型的功率電子器件的不斷出現(xiàn)，使用全控型開關(guān)功率器件進(jìn)行脈寬（pwm）的控制方式已成為主流.直流電動(dòng)機(jī)的控制方式發(fā)生了很大變化。 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式如下：式中，u0為電樞端電壓，i為電樞電流，r

6、為電樞電路總電阻。為每極磁通量，k為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。目前多數(shù)場(chǎng)合采用電樞控制法。直流電動(dòng)機(jī)多采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式，即使功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈沖調(diào)制pwm來(lái) 控制電機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 1.4方案選擇 方案一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動(dòng)機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。但是電阻網(wǎng)絡(luò)智能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，而數(shù)字電阻的元器件價(jià)格比較昂貴。更主要的問題在于一般電動(dòng)機(jī)的電阻很小，但電流很大，分壓不僅會(huì)降低效率，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。 方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速

7、度進(jìn)行調(diào)整。這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)容易損壞、壽命較短、可靠性不高。 方案三：選用大功率的三極管作為驅(qū)動(dòng)電路，具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮各方面因素，選擇方案三作為本次論文的電路設(shè)計(jì)。二、 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1芯片介紹74hc00是4路雙輸入與非門，可用于組成與門、非門等。tms320lf2407是ti公司主推的一種高性能、低價(jià)格dsp處理器，其處理速度達(dá)到30 mips，片內(nèi)處理集成ram、flash及定時(shí)器外，還集成了a/d轉(zhuǎn)換器、pwm控制器及can總線控制器等模塊，特別適合于電機(jī)、電源變換等實(shí)時(shí)要求高的控制系統(tǒng)。但是通常設(shè)計(jì)ds

8、p程序的方法是，在dsp的集成開發(fā)環(huán)境ccs中用c語(yǔ)言設(shè)計(jì)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間用來(lái)編寫和輸入程序代碼。在matlab中用圖形化的方式設(shè)計(jì)dsp的程序，能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間。2.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 直流電機(jī)控制電路原理如圖2所示。圖中pwm輸入對(duì)應(yīng)2407dsp的dsp的pwm11/iope5，dsp將在此引腳給pwm信號(hào)用于控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中的iope4將在此引腳給出高電平或低電平用于控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向。從dsp輸出的pwm信號(hào)先經(jīng)過(guò)兩個(gè)與門在與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連。當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求正轉(zhuǎn)時(shí)，iope4給出高電平信號(hào)，該信號(hào)分成3路。第一路接與門y1的輸入，使與門y1的輸出由pwm決定

9、，所以開關(guān)管t1柵極受pwm控制。第二路直接與開關(guān)t3的柵極相連，使t3導(dǎo)通。第三路經(jīng)非門f1連接到與門y2的輸入端。使與門y2輸出為0，這樣使開關(guān)管t4截止。從非門f1輸出的另一路與開關(guān)管t2的柵極相連，其低電平信號(hào)也使t2截止。此時(shí)電樞繞組承受正向電壓。 同樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求反轉(zhuǎn)時(shí)，iope4給出低電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)與門和1個(gè)非門組成的邏輯電路后，使開關(guān)管t4受pwm信號(hào)控制，t2導(dǎo)通，t1、t3全部截止。此時(shí)電樞繞組承受反向電壓。圖2 pwm調(diào)速直流電機(jī)原理圖三、 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1流程圖： 依據(jù)設(shè)計(jì)要求可以設(shè)計(jì)出以下流程圖：圖3 程序流程圖3.2主體程序如下：#include “f240

10、7_c.h”#define t1ms 0x1387void gpt3_init(void);void interrupt gptimer3();void delay(unsigned int ntime);unsigned int datacnt.data20xfa,0x9c4;main() asm(“setc intm”); wdcr=0x6f; scsr1=0x83fe; mcrc|=0x0020; mcrc&=0xfeff; cmpr6=0xfa0; comconb|=0xa600; comconb&=0xa7ff; gpt3_int(); imr=2; ifr=0xffff; wsgr

11、&=0xfef3; pedatdir|=0x1000; pedatdir&=0xffef; asm(“clrc intm”); delay(128); cnt=1; datacnt=0; for( ; ; );viod interrupt gptimer3(void) switch(pivr) case 0x2f; evbifra=0x80; cnt+; if(cnt10000) cnt=0; datacnt+; if(datacnt1) datacnt=0; cmpr6=datadatacnt; break; asm(“clrc intm”);void gpt3_int(void) evbimra=0x80; evbifra=0xffff; gptconb=0x0000; t3pr=t1ms; t3cnt=0; void delay(unsigned in ndelay) int i,j,k; for(i=0;indelay;i+) for(j=0;j16;j+) k+;void interrupt