常用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)

1、基于LF2407的數(shù)字PID控制器和模糊PI控制器的DSP實(shí)現(xiàn)電路原理圖是一樣的，如圖1所示。圖1 用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制器和模糊PI控制器的電路原理圖從圖2中可以看出，模擬量輸入，也即被控電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速，通過(guò)一個(gè)限流電阻RI送到由AD8041構(gòu)成的電壓跟隨器里，經(jīng)過(guò)放大后，再經(jīng)二極管D1和D2嵌位以及電阻V限流，送到LF2407的片上AD轉(zhuǎn)換器中，使得AD的輸人限制在0mV3300mV。LF2407一共有16路復(fù)用的片上AD轉(zhuǎn)換器，本實(shí)例只采用第0通道的AD轉(zhuǎn)換。由DSP計(jì)算出控制量，通過(guò)外部數(shù)據(jù)總線送給DA轉(zhuǎn)換器，采用AD公司的AD7237芯片，它是8位DA轉(zhuǎn)換器，由DSP的外部地

2、址總線A2、A1、A0構(gòu)成DA轉(zhuǎn)換器的譯碼電路，DA轉(zhuǎn)換器的輸出采用AD7237的A相輸出。LF2407由外部提供復(fù)位信號(hào)，由無(wú)源晶振提供6MHz時(shí)鐘。片上AD轉(zhuǎn)換器的參考電壓高電平端Vrefhi接DSP電源33V，參考電壓低電平端Vreflo接DSP的地。TI公司的TMS320LF24xx系列DSP是一種定點(diǎn)型DSP，它的功能強(qiáng)大的CPU為C2000DSP的應(yīng)用提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力，并且該芯片集成了多種集成外設(shè)，對(duì)工業(yè)應(yīng)用中的電機(jī)數(shù)字化控制非常有用，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)換代的產(chǎn)品。該系列DSP具有如下一些優(yōu)點(diǎn)。· 采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓為33V

3、，減小了控制器的功耗，另外30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns（30MHz），從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。· 片內(nèi)有高達(dá)32KB的Flash程序存儲(chǔ)器，高達(dá)15KB的數(shù)據(jù)程序RAM，544Byte的雙口RAM（DARAM）和2KB的單口RAM（SARAM）。· 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)都包括：2個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（PWM）通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)：三相反相器控制；PWM的對(duì)稱和非對(duì)稱波形；當(dāng)外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉PWM通道；可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖；3個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口

4、電路；16通道AD轉(zhuǎn)換器。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。· 可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器最大共有192KB空間；64KB程序存儲(chǔ)器空間；64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間；64KB IO尋址空間。· 看門狗定時(shí)器模塊（WDT）。· 10位AD轉(zhuǎn)換器的最小轉(zhuǎn)換時(shí)間是500ns，可選擇由兩個(gè)事件管理器來(lái)觸發(fā)兩個(gè)8通道輸人的AD轉(zhuǎn)換器或者一個(gè)16通道輸人的AD轉(zhuǎn)換器。· 控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）20 B模塊。· 串行通信接口（SCI）模塊。· 16位的串行外設(shè)（SPI）接口模塊。· 基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器

5、。· 高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸人輸出引腳（GPIO）。· 5個(gè)外部中斷，其中2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、復(fù)位和2個(gè)可屏蔽中斷。· 電源管理包括3種低功耗模式，能獨(dú)立地把外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗工作狀態(tài)。本案例選用的TI公司的TMS320LF24xx系列的DSPTMS320LF2407A，它的PGE形式的封裝圖如圖2所示。 圖2 TMS320LF2407A DSP的PGE形式的封裝圖另外一個(gè)涉及到系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)鍵芯片是DA轉(zhuǎn)換芯片，本案例中選用美國(guó)AD公司的AD7237來(lái)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，它的原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。AD7237具有如下的一些關(guān)鍵特點(diǎn)。圖3 AD7237的

6、原理結(jié)構(gòu)示意圖· 具有完全的雙12位DA轉(zhuǎn)換通道，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，特別適用于小結(jié)構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)。· 片上具有電壓參考輸人。· DA轉(zhuǎn)換的輸出端具有放大電路，帶載能力強(qiáng)。· 芯片的操作電壓是1215V，可以雙電源供電，也可以是單電源供電。· DA轉(zhuǎn)換輸出的典型的數(shù)據(jù)建立時(shí)間是30ns· 單電源供電時(shí)，典型的芯片功耗是165mW。如圖1所示的硬件電路中，AD8041構(gòu)成了電壓跟隨器，對(duì)輸入信號(hào)放大，再經(jīng)二極管D1和D2嵌位以及電阻R2限流，送到LF2407的片上AD轉(zhuǎn)換器中，本案例選用美國(guó)AD公司AD8041，它具有如下的一些關(guān)鍵特點(diǎn)。· 多種電源形式供電，可以是3V或5V單電源供電，也可以是±5V雙電源供電，兼容性好。· 片上提供軌到軌（Rail to Rail）的輸出。· 輸入電壓范圍大，容故障能力強(qiáng)，在低于地電平200mV的輸入電壓下能正常工作。· 片上具有DISA