能量雙向流動交直流電源變換器系統硬件和軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22484能量雙向流動交直流電源變換器系統硬件和軟件設計案例 123372第1章系統硬件設計 1145081.1系統主控單元的概述 19981.1.1主控單元的對比與選擇 126645綜上所述，故選擇方案二。 2230691.1.2微處理器的選擇 260701.1.3STM32F103VE的簡介 355141.1.4Cortex-M3的內部結構 4253801.2單片機外圍電路的設計 692831.2.1晶振電路的設計 696142.2.2復位電路的設計 6195601.3采樣電路設計 7116691.3.1電流采樣電路 7181931.3.2電壓采樣電路 8186931.3.3溫度采樣電路 819541.4過壓與過流保護電路 10121151.5IGBT驅動電路 10150581.6本章小結 1218699第2章系統軟件設計 1389432.1系統軟件設計思路 139062.2系統資源分配 14253682.3控制軟件的構成 1471012.3.1主程序設計 1465442.3.2中斷服務程序設計 15245162.3.3子程序設計 17第1章系統硬件設計1.1系統主控單元的概述1.1.1主控單元的對比與選擇方案一控制系統可采用CPLD（可邏輯編程設備）作為主處理器，與FPGA所類似，CPLD內部有很多個宏單元，對觸發(fā)器以及芯片電路內部的門電路進行更高級別的抽象，方便開發(fā)者開發(fā)，減少工作強度，而每個宏單元有多種配置方式，各高級別抽象的門電路與觸發(fā)器也可級聯使用，使用CPLD相比較單片機而言自由度更高，處理信號速度更快，非常適合復雜的控制任務例如高速信號處理、射頻信號處理。利用CPLD能夠使主控單元使IO信號的處理能力大大增加，但是CPLD的應用成本較高，開發(fā)門檻相比單片機而言要難上許多個檔次，需要有多年經驗的集成電路工程師才能夠將系統開發(fā)完善，故放棄。方案二采用STM32F103作為系統的主處理器，作為全球最著名的單片機之一，STM32F103在嵌入式領域可謂是家喻戶曉，STM32F103由深耕微控制器領域的ST公司所研發(fā)。STM32F103的程序存儲空間，也就是所謂的可讀ROM，具有32-512K，足以滿足一般需要。其動態(tài)內存，也就是全局變量與靜態(tài)局部變量的存儲空間，足以滿足大部分需要。單片機的開發(fā)資源較多，網上有很多愛好者所上傳的資料，例如野火、正點原子針對各類單片機都有教程，入門門檻較低，作為嵌入式入門學者想實現控制功能相對來說較為簡單，其性能也能夠滿足一般復雜的控制系統所需，但STM32F103造價極為低廉，目前在世界上正在被非常廣泛的使用。故本次設計選擇STM32F103作為系統的主處理器。方案三采用msp430作為系統的一個主處理器，MSP430單片機的成本和功耗非常低，不同于STM32單片機與51單片機的尋址方式，MSP430單片機尋址的方式非常靈活，其匯編指令也非常精簡，易于初學者上手，其編碼效率非常高，在某些應用場合有著較為特殊的用途，但是論及通用性則不如STM32單片機與51單片機，且網上資源較少，大部分文獻資料均為英文，對于初學者來說應用起來較為困難，故放棄。綜上所述，故選擇方案二。1.1.2微處理器的選擇單片機的特點：(1)具備位處理能力。(2)可一側的執(zhí)行周期。(3)擅長終端處理，特別是外部異步事件。(4)既有豐富的I/O功能。(5)價格低廉，便于開發(fā)。單片機應用技術開發(fā)經過了很多年的發(fā)展進步，開發(fā)技術環(huán)境不斷完善，開發(fā)工具齊全，應用技術資料繁多。國內大部分高校均免費提供相關單片控主機設計基礎知識和相關單片控主機應用實踐。但是由于一個單片化主機本身的核心技術開發(fā)資源有限，在本文的系統設計中若是直接選用了一個單片化主機系統作為一個控制系統核心時，還是有可能因為其需要外加一個A/D信號轉換控制模塊，就可能會給整個系統設計過程帶來一定的處理困擾。與其他單片式主機器件對比，dsppu器件通常認為是一個具有較快的dscpu、更高器件集成度和內存容量極為巨大的數據存儲器，其內部通常設有一個fifo信號緩沖器和波特率大的信號濾波發(fā)生器。同時它還提供了較高標準的異步數據串口和高速度的同步數據串口，有的產品是同時集成了一定的多路A/D轉速采樣控制電路在片內，可以大大減少技術研究者和應用開發(fā)人員團隊的實際工作量。DSP的核心器件架構設計上面它采用了經過重大改進后的全新哈佛軟件架構，具有獨立的手機數據和移動應用程序存儲空間，允許多個數據同時被獨立存放。內置了功能加強的多級視頻流水線以及高速軟硬件的視頻乘法器，使得新的DSP系列器件本身就已經具備了比較好的視頻數據采集計算以及運算分析能力。DSP因為可以比一些高檔的16位編碼單片機使其中的每個單位單指令在一個新的執(zhí)行運算周期內的運算效率需要降低8~10倍，可以在一個新的執(zhí)行運算周期內直接同時完成一個指令相應的一次整數乘法增加函數運算，比一個8位單片機的增加運算處理速率也需要大大簡化16~30倍，可以因為有較大的時間幅度地大大提高了加法濾波器的增加運算處理效率以及因為能夠同時存在許多使用乘法增加函數運算的效率fft(快速傅里葉級數變換)。另外，jtagd等接口也被廣泛地認為存在于ccdspd等器件中，而且它們還擁有更加先進的設計技術和軟件開發(fā)方式，這樣就可以使得器件批量生產和對其器件進行必要的質量檢測更加簡單和方便，開發(fā)工具還使得可以通過對器件全空間數據進行各種相應的數據透明度化和仿真，用戶就已經能夠觀看到全部的數據存儲處理空間或者I/O存儲空間上的變化，而不用還需要再額外占用一些其他用戶的任何多余時間和人力資源。開發(fā)的整個軟件系統包括一套配有多個匯編/代碼鏈接器的C語言編譯器、C源軟件代碼庫和調試器等，使得軟件用戶不必再需要太過分地去去關心其軟件編譯的各個細節(jié)，從而可以使他們甚至可以更加地全心專注于一個軟件的邏輯算法結構設計和應用程序庫的開發(fā)?？偠灾琩spfpga就是公司為了更適合各種類型的針對數字信號進行處理、控制以及研究者所開發(fā)的一種專用數字微處理器。主要有以下特征：(1)總線系統架構采用了經過重新架構設計和不斷改進的美國哈佛移動總線系統架構，內部分別設置了兩天的兩個總線，即一個移動數據總線和一個移動應用程序執(zhí)行總線。它指的是一種采用了控制程序和文件數據總線空間的兩種分開式文件結構，分別可以設置程序具有各自獨立的文件地址和程序數據總線，并且程序能夠自動實現同時分別執(zhí)行一個程序指令集的操作和多個程序數據包的運算。(2)每條指令在電路上執(zhí)行時都會采用一個流水線將其按照執(zhí)行、編程、譯碼、存取指令等許多步驟進行劃分，完成的目標就是通過片內多個功能單元，并支持一個并行和處理。(3)在一個需要同時進行一次或多次的一個乘法運算累加(mac)乘法運算的第一個乘法指令工作周期內，從而大大限度節(jié)省了乘法運算的工作時間。(4)網絡控制器在邏輯中只有一組或者許多組獨立的，提升了對網絡數據的自動化控脫兔使其頻率高于寬帶，為需要進行高速數字信號的高速處理和進行高速數據發(fā)送交換機的工作人員提供了一定的網絡安全性能和保障。(5)支持一些簡單而又重復的運算，避免了循環(huán)中操作所花費的時間。(6)具備豐富的片內內存及外擴式存儲器的接口。(7)可以提供多個穿行或并行I/O接口以及特殊I/O接口(例如PWM等)，考完成特定的數據處理或者是控制，從而大大提高了系統的性能并且大大降低了系統的成本。已經有不少高等院校出臺了一個DSP實驗室，Ti公司及北京聞亭公司均已經制定了一個高等院校的支持方案，將會直接帶動國內DSP器件在國際上的應用及推廣，同時越來更多研究者及開發(fā)團隊參與進來。在一些高精度控制領域，特別是需要對各種傳感器信號進行處理的場合，DSP的應用就更好一些，在本文中采用TMS320LF芯片來完成PWM整流器的系統設計。1.1.3STM32F103VE的簡介在計算機控制系統方案設計中，微處理器作為其核心組成部分，統籌系統各個模塊，執(zhí)行調度策略。因此選型需要綜合性能、功耗、外設等方面進行詳細考慮。在微處理器領域，STM32被廣泛使用的有Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A等架構。Cortex-M架構是專門面向MCU所設計的架構，在面向無操作系統或運行實時操作系統的程序時有著很高的能效比，是工控領域、智能測量、消費性電子產品處理器的理想架構。Cortex-M架構又可細分為M0、M3、M4，區(qū)別如下：Cortex-M0是最為簡單的架構，對于中斷與調試的支持非常有限，對于采集節(jié)點而言，不能夠很好的完成任務。Cortex-M4架構添加了對DSP數據處理的支持，在進行浮點數運算時有較大優(yōu)勢，能夠在一定程度上提升運算速度。但對于采集節(jié)點而言并沒有太多的浮點數運算，從功耗及成本的角度考慮采用Cortex-M4架構的處理器也并不合適。因此本次設計選用了最主流、應用范圍最廣的Cortex-M3內核。能夠在功耗、成本與性能間取得一個較好的平衡。在本次設計的采集節(jié)點主控單元的中，響應中斷是最主要而頻繁的任務。Cortex-M3在中斷處理上采用了Tail-Chaining，能夠較大的提升中斷處理效率，減少處理時鐘周期數?；贑ortex-M3架構的微處理器種類數量非常多，其中ST公司所生產的STM32F103單片機使用的最為廣泛，在嵌入式領域占據著相當大的比重。表1.1不同Cortex架構主要參數對比參數Cortex-M0Cortex-M3Cortex-M4架構版本v6Mv7Mv7ME指令集Thumb+Thumb-2Thumb+Thumb-2Thumb+Thumb-2，DSP，SIMD，FPDMIPS/MHz0.91.251.25總線接口133集成NVIC是是是中斷數1-32+NMI1-240+NMI1-240+NMI中斷優(yōu)先級48-2568-256斷斷點，觀察點4/2/0，2/1/08/4/0，2/1/08/4/0，2/1/0存儲器保護單元（MPU）否可選是繼集成跟蹤選項（ETM）否可選是故障健壯接口否可選否硬件除法否是是單周期DSP/SIMD否否是硬件浮點否否是總線協議AHBLiteAHBlite，APBAHBlite，APB應用8/16位應用16/32位應用32位/應用特性低成本與簡單性性能效率有效的數字信號控制1.1.4Cortex-M3的內部結構從圖中我們可以清楚地看到，STM32的結構與目前基于馮諾依曼架構的PC個人電腦結構類似，例如都是具有處理器，內存，可編程的I/O端口，計時器/計數器，串行端口等。且單片機內的各個模塊通過片內總線的聯結形成了一個整體。圖1.1STM32F103的內部結構框圖以下是一些關鍵結構：1.中央處理器（CPU）中央處理器(CPU)系統是基于馮諾依曼架構的嵌入式計算機的主要控制中樞，與基于馮諾依曼架構的平臺式電子計算機相同，它是處理嵌入式計算機電子系統硬件部分中各個模塊總線信息的中心，是嵌入式單片機運算和控制的核心，是IO信息處理、程序操作和運行的最后一個執(zhí)行單元。嵌入式單片機的對控制系統的數據運算處理控制能力在很大程度上取決于中央處理器的運算能力。中央處理器由一種能夠同時實現多組算術運算和邏輯運算的部件組合的運算邏輯部分、存儲外設系統模塊和中央處理器在運行過程中產生的臨時數據寄存器部分和控制嵌入式系統中其他組件的控制信號等部分組成，中央處理器的功能主要是處理和控制運行各種外部輸入的電壓和電流信號或者開關量信號，進行邏輯計算、順序控制、浮點數運算。

2.內部數據存儲器（內部RAM）STM32內部包含有256個隨機存取的數據存儲器例如RAM（RandomAccessMemory），作為嵌入式操作系統或正在運行中的由工程技術人員編寫的用戶程序臨時數據存儲介，其中一半可被開發(fā)人員調用，而另一半則被STM32的系統占用。3.集成程序存儲器（集成ROM）存儲器存儲器實際上是有記憶功能的時序邏輯電路的一種，以一種用來存放單片機內部核心程序、用戶程序、數據庫的一種部件。其中系統程序是控制和協調單片機及接線，支持編程語言開發(fā)和運行的系統控制程序，由單片機生產廠家編寫，并燒錄在ROM中，在一般情況下不會被用戶更改，用戶也無需關心系統程序的實現方式。1.計時器/計數器STM32的CPU的內部具有三個32位定時器/計數器，可以在對系統時鐘精度要求不高的情況下實現計時和計數功能。2.并行I/O端口STM32具有四個8位I/O端口。輸入單元通常指的是一個將電子系統中各種模塊與處理嵌入式電子系統硬件部分中各個模塊的外部器件和設備連接在一起的輸入接口，是將電子系統中各種硬件部分中各個模塊所傳回的信號直接進入到單片機上的一個橋梁，它的功能就是通過接收從單片機的主令和檢測元件發(fā)出的信號。以及把單片機的各個輸出信號發(fā)送到被控器中，或者傳送給其他嵌入式集成芯片，起到對整個控制系統的控制系統，沒有IO端口，也就無法實現控制系統的控制功能。6.串口STM32具有一個可編程的單工通信串口，允許部件和部分之間的數據在兩個不同的方向上依次同時傳送，相當于兩個部件之間的單工通信方式的組合全雙工串行端口，允許部件之間的STM32和部分之間用二進制代碼對數據進行一位一位的物理通訊信道上依次傳送。7.晶振電路這一單片機內部的運算放大器和外部晶振電路一起用于構成系統的晶振電路。綜上所述，雖然STM32僅僅只是一塊小小的芯片，但它與基于馮諾依曼架構的計算機卻類似。1.2單片機外圍電路的設計1.2.1晶振電路的設計作為控制單元的"心臟"，晶振電路就相當于普通基于馮諾依曼架構的PC計算機電腦上的中央處理器主頻，一般單片機內部設置有高增益反相放大器，即相當于在集成電子控制器中的高增益運算放大器，具有同相輸入端和反相輸出端。這一方法通過在單片機內部的計數運算放大器與外部的晶振電路共同應用來構成一個振蕩器，也就是系統的晶振電路。一般的晶振電路是由一個晶振片和兩個電容器所構成。電容可以根據我們設計的控制系統的控制目標選擇7MHz、11MHz或22MHz等很多不同頻率的晶振片。晶振電路中的兩個電容通常選擇28PF左右的用陶瓷材料作介質的瓷片電容，本次設計選擇8M的有源晶振，晶振電路原理圖如下：圖1.2系統晶振電路2.2.2復位電路的設計在所有由單片機為核心的嵌入式系統中，都有一個復位系統的存在，本次設計的嵌入式控制器系統中主要采用的是常見的RC復位電路。復位系統即是指當系統死機或程序被跑飛時，復位電路就可以使系統軟件回歸正常。該嵌入式復位電路的其實質意義就是一種充放電的復位按鍵，當嵌入式復位按鍵被直接按下時時該復位按鍵為電路提供有效的復位按鍵輸出信號RST，通過嵌入式單片機的復位按鍵引腳向外部RC復位按鍵輸出信號傳遞給相應的單片機，同時由于該電容被短路而停止放電。復位的另一種基本形式主要是由于軟件自己來實現的，就是通常我們所說的看門狗，當檢測到一個軟件的運行沒有任何響應時，由于這個軟件執(zhí)行了復位的操作，讓整個程序能夠從頭再次開始執(zhí)行。松開按鍵時，VSS電容充電，充電電流在電阻上，RST依然為高電平，仍然復位，充電電完成后，電容相當于開路，RST為低電平，正常工作。在本次操作系統中，采用第一個按鍵復位的方法進行手動按鍵復位，其相關硬件鏈路結構圖顯示如下圖所示:圖1.3復位電路1.3采樣電路設計1.3.1電流采樣電路前級光耦采用康斯特銅絲直流電阻將光耦輸出的高壓電流控制信號電壓轉換過來成為連接HP7840輸入端的直流電壓控制信號，后面兩級分別采用隔離式高頻光耦并將HP7840和采用運算信號放大器光耦作為主要技術控制核心，搭建信號放大電路。調整康銅絲電阻的阻值，可使電路的輸出范圍為±5V。對本設計而言，該電阻值取為6mR，對應電流15A。由上面的分析可知，電路輸入為±5V，輸出為MCU可以接受的0-3V。根據這一需求，電路采用平移后的放大電路結構，電路如下：圖3.9交流電流采樣電路輸入級采用信號與-1.5V電壓并聯，使輸入信號得到平移，再經過反相電路進行放大，輸出級采用阻容濾波，濾除一部分高頻噪音。調節(jié)R52、R53、R58的阻值，可以調整輸出的電壓幅值。電路工作點可由如下計算得到：平移量：設定為1.5V。放大倍數計算：輸入擺幅：5V—(-5V)=10V;輸出擺幅：3V—0V=3V;放大倍數：輸出擺幅/輸入擺幅=3/10；計算公式：1IU=1.5V+0.3U。1.3.2電壓采樣電路外部電路如下圖所示。為節(jié)約材料成本，直接使用變壓器的二次繞組感應母線上的電壓，當開關電源的MOS管開通時，變壓器24腳將感應到與母線電壓幅值成正比的一個負電壓信號，該信號也就如實的反應了母線電壓的幅值。電路采用二極管隔離正方向的電壓信號，采用阻容濾波電路濾除其高頻噪音。輸出電壓的幅值由變壓器的變比來決定。實際變壓器變比為44：2，因此電路放大倍數為2/44。當輸入母線電壓350伏時，輸出到R95兩端的電壓約為-12.9V。該電壓加在電阻R85、R86（控制板）上構成分壓電路。調整R85、R86（控制板）的大小，可以改變主控板的輸入電壓信號值。這里取值為20K/10K/5K，計算可知，輸入到主控板的電壓幅值為-12.9V×5K/（20K+10K+5K）=2.27V。圖3.10直流母線電壓采樣電路上圖顯示的是內部電路的工作原理框圖,內部的調理電路一般采用兩級結構,前級所使用的是電壓相繼跟隨,，提高信號的輸入輸出電阻，后級采用反相放大電路，把電壓調整到MCU檢測范圍。1.3.3溫度采樣電路溫度采集模塊采用IGBT的方案，IGBT模塊FS30R06W1E3內部集成了一個NTC熱敏電阻，其特性如下：圖1.6IGBT的內部NTC電阻特性圖可以看到，在0-140℃范圍，電阻阻值范圍為11K--100R范圍。IGBT溫度采集模塊的電路原理圖如下圖所示：圖1.7溫度采集模塊內部電路電路設計上直接使用電壓跟隨器電路。在輸出端也使用二極管對模擬量進行鉗位。IGBT溫度在0--140℃，電壓范圍在0--1.8V之間。1.4過壓與過流保護電路圖1.8過壓與過流保護電路如上圖所示，過壓和過流電路均采用帶滯回特性的電壓比較器電流結構。對于過壓電路，調整R69、R101、R72的大小，可以調整電路的保護點，調整R77可以調整至滯回特性的寬度。對于過流電路，調整R70、R71、R73的大小，可以調整電路的保護點，調整R78可以調整至滯回特性的寬度。本次設計中，過電壓值設定為391V，恢復值為382V；過電流值設定為14A，恢復值為13.6A。硬件中對于過流信號有恢復，持續(xù)的保護則需要下游電路的處理和MCU封鎖。1.5IGBT驅動電路IGBT的驅動電路型號較多，此處采用國際整流器公司的IR21系列驅動電路。IR21系列是國際整流器公司推出的高壓驅動器，一片IR2130可以直接驅動中小容量的6支場控開關管，且只需一路控制電源。IR2130是28引腳雙列直插式集成電路，應用方法如圖1.9所示。HIN1、HIN2、HIN3為3個高側輸入端，LIN1、LIN2、LIN3為3路低側輸入端，HO1、VS1、HO2、VS2、HO3、VS3為3路高側輸出端，L01、L02、L03為3路低側輸出端，VSS為電源地，VSD為驅動地，VB1、VB2、VB3為3路高側電源端。采用IR2130作為驅動電路時，外圍元件少，性價比明顯提高。圖1.9SPWM驅動電路的設計系統選用IGBT模塊來搭建驅動電路。對IGBT模塊的選擇應考慮如下四個方面：a)額定電壓Vce的選擇考慮電網電壓瞬態(tài)尖峰、電壓波動、開關電流引起電壓尖峰等，通常，如果穩(wěn)態(tài)時，外加最高電壓為Vm，則可選的耐壓值Vce=2Vm；b)額定電流Ice的選擇對于額定電流Ice的選擇，要根據實際電路中最大額定電流Ie、負載的類型、允許過載的程度等因數。一般的電阻性負載的電壓變換裝置中，若實際電路中電流最大有效值為Ie，則要選Ice=1.5Ie。在任何情況下，通過集電極的最大電流必須處在安全工作區(qū)的規(guī)定范圍內；c)散熱條件在良好的空氣冷卻室和環(huán)境使用條件下，可以綜合考慮盡量選擇電能額定值較小的只IGBT兩個模塊；d)實際條件根據各個產品生產商的不同要求產品設計樣本的不同規(guī)格,以及基于PWM兩種整流器可以應用于其所在之處的不同工作環(huán)境場景，選擇一種合適的整流元器件。另外，在自動進行軟件選擇和手動安裝新的IGBT兩個模塊的操作過程中，還可能需要特別注意一下一些事項：1)各控制電源要互相隔離，并能達到一定的絕緣等級要求；2)在大功率的逆變器中，下橋臂的開關管也要各自用一個隔離電源，以避免回路噪聲，只是這幾路電源的隔離電壓不需要太高；3)控制信號線和驅動電源線要離遠些，盡量垂直，不要平行放置；4)電容器中的光蓮花藕輸出和IGBT模塊的輸入之間的路徑走線間距應盡量縮短，最好不能超過。根據整流器的輸出功率得到輸出的額定直流電流為：考慮整流器的效率，設它的效率為80%，則電網側電流為：考慮IGBT開通關斷時，出現的尖峰電流，考慮到直流輸入的尖峰電壓調整最大值不可能超過650V，同時IGBT開通關斷期間的尖峰電壓也應當不過。所以，選擇IGBT的額定電容參數最低也應是1000v/70A。1.6本章小結本章結合三相電壓型PWM整流器的原理設計了其硬件電路，詳細討論了三相VSR系統的硬件設計，主要包括主電路設計、檢測控制電路設計、驅動保護電路設計等。

第2章系統軟件設計2.1系統軟件設計思路在本文的設計中為了滿足對軟件的功能和應用所需要而編寫的指令和序列信息為根據以下幾個程序的設計思路來進行編寫：1.整體設計的思想軟件的總體設計思想主要是在完全滿足基本技術要求的必須條件前提下，即滿足程序設計的實時性、可靠度和容易修改的技術要求，對于軟件的總體功能和時序進行了結構化的描述，也就是編寫程序的設計工作流程，其中包含了軟件的總體結構化功能模塊和編寫時序的工作流程。程序在運行的過程中有可能還會出現各種各樣緊急的事故，如系統中斷和故障的處理，在進行軟件設計時所以必須要做到充分考慮除了軟件的基本功能以外的其他可能發(fā)生的各類故障，特別是各類信號的缺損，如過流、太壓、過熱、等各類信號的缺損以及錯誤操作，減少了引起電力和傳輸線路破壞的風險和可能。2.模塊化設計思想模塊化的設計理念指向的是一種化整為零或者分而治之的設計理念。詳細地說就是將一個完整的系統軟件化劃分為若干個本身具有不同應用功能的系統模塊，每一個應用功能分別使用一個獨立的程序或者系統模塊組合起來實現，然后分別對每一個應用程序或者系統模塊都進行了設計、編程和調試，最后把這些獨立的應用程序或者系統模塊都組裝在一起來，從而構建成一個完整的系統軟件。本研究課題的軟件設計是運用匯編語言對其進行編寫，所以基于該模塊化的設計理念就顯得尤為重要，對于該模塊中已經使用過的輸入寄存器、輸出寄存器以及該模塊內部已經修改后使用過的寄存器都需了如指掌。因為DSP內部的寄存器和其他高級語言中的局部變量可能會有所差異，但是DSP內部所有的寄存器在任何的時候都應該是透明的,即它們總應該是一個全局變量，一改則都需要改。3.時序設計思想因為DSP控制系統本身屬于一個非常離散型的時間系統，所以根據連續(xù)地將信號轉化成非常離散的信號需要符合采樣性定理，即即信號的最小采樣周期必須要遠遠超過信號的最小采樣周期1/2，同時還應該遠遠超過DSP所處理的信號。1.優(yōu)化設計思想為了大幅度地提高系統的開發(fā)效率，在我們進行系統的軟件設計時，本次的設計就采用了一種模塊化的設計構造思想,整個系統都是直接接受電源中斷的處理并用它來實現電源的檢測和通過調用子程序進行控制。分別對各個模塊進行了設計然后對它們進行了調試，最后將各種模塊都組合在一起，編程語言充分利用了C語言，整個程序的設計和調試都必須是在CCS(CodeComposeStudio)的集成開發(fā)環(huán)境下才能完成的。整個控制系統的執(zhí)行器包含有中斷伺服程序，主執(zhí)行器程序及各個子程序。在該方案的設計中因為PWM周期可以達到200us，所以該方案的設計程序執(zhí)行的時間應該是最長200us。由于我們所采用的DSP為一定點DSP，在進行控制浮點數據處理時往往遇到了程序的工作以及運行時間太久等困難，所以我們在進行控制浮點數據處理時統一地采用了另外一種控制數據類型：IQmath，特別重要的是對于進行正弦、余音等值的控制,這樣可以說在達到相應的控制精度同時所需要計算的時間也就會得到很大的縮短，滿足系統對數據的處理時限性要求。2.2系統資源分配三相交流電壓型電源整流器在該系統中器件需要分別檢測直流側電源輸出的三相電壓、交流側兩相電源輸入端的電流、電流和電壓過零點所檢測的電壓信號(采用同步檢測電壓)；其每一驅動橋臂的兩個大中小功率驅動器件IGBT的信號PWM三相驅動電路信號之間可能是完全可以進行互補的，即每一個驅動橋臂都可能需要一個獨立的三相驅動電路信號，同時，為了有效降低驅動橋臂上下直通的振動現象，在每一個驅動橋臂上下各各啟動一個開關并在器件的兩個驅動電路信號中分別進行加入以達到一個死區(qū)的一定時間，這樣就可以使得三相交流電壓型的高能量雙向電壓流動式的交直流三相電源信號變換器系統只能夠在需要六路三相電源信號加入以達到一個死區(qū)的一定時間時而PWM才能驅動兩個控制器的信號。TMS320LF2407A的型號A/D事件數據通道轉換器和處理單元共同都設計可以擁有16個數據通道，可以分別用來配置兩個獨立8通道處理模塊，分別為兩個服務于它的事件數據管理器模塊A和系統B，2個獨立的8通道處理模塊也都設計可以通過一種級聯方式組合起來構成1個16通道的的用于事件數據管理器的模塊。兩個新的事件捕獲管理器模塊EVA、EVB等多個應用模塊的硬件結構和應用功能基本上都是完全相同，每個新的事件捕獲管理器模塊中都分別包含了三個事件捕獲和每次比較控制單元，其中全局和比較控制單元的每個事件捕獲和每次比較控制單元分別可以同時分別輸出兩路不相互補的兩個PWM信號波形共模器可以同時分別輸出6路不相互補的兩個PWM波形信號。所以，可以通過考慮直接利用四路DSP中四路A/D信號轉換驅動單元進行信號處理中的四路ADCINA0_ADCINA4的四個模擬通道分別對兩路比較控制單元系統的兩相電壓交流輸入電流、直流側電壓輸入的三相電壓、電流等相關信號分別進行了實時采樣、量化，過零被驅動檢測的事件信號由比較事件電源管理器六路EVA的六路事件信號捕獲驅動單元信號執(zhí)行，六路PWM被驅動檢測的事件驅動單元信號由六路TMS320LF2407A的比較事件電源管理器六路EVA全部的比較控制單元的信號產生。2.3控制軟件的構成控制軟件由主程序、中斷服務程序、子程序構成，其中主程序又由初始化程序和循環(huán)計算組成；中斷服務程序由EVA捕捉中斷、AD中斷、定時器T1下溢中斷、PDPINT的功率保護集成了電容組;子程序主要有：控制戰(zhàn)略子程序，扇區(qū)診斷子程序，SVPWM子程序。2.3.1主程序設計系統應用軟件本身就不是屬于一種系統實時控制軟件類的范疇，在開發(fā)設計操作系統應用軟件時既不僅需要首先充分考慮其應用硬件的基本功能配置要求及其應用特點，也同樣需要同時充分考慮其應用軟件的實時操作系統快捷性和其應用功能上的特點。三相交流電壓型號低能量雙向電壓流動方式交直流二次電源中斷變換器設計軟件主要由兩個部分軟件組成：一個電源主程序和二次電源中斷。系統的控制主體和程序部分的主要工作功能之一就是對控制軟件設計進行了初始碼優(yōu)化和各種可編程的自動控制，設置包含TMS320LF2407A的各種類型控制器和各個功能模塊，達到自動完成設定整個控制系統各種類的控制器和各個功能模塊的具體設計工作原理方式的目的。初始自動化的中斷工作過程結束后,系統則自動隨機進入一個等待中斷狀態(tài),等候向上捕獲器接口上有中斷的信息出現,一旦系統遇到了一個向上輸入捕獲器接口上的中斷,系統隨機便會同時啟動一個PWM中斷模塊,并且同時將向上捕獲器接口的兩個中斷進行關閉(以后對于一個向上輸入捕獲器接口上的中斷系統采用了在一個AD的中斷中進行查詢的操作方式)。第二，系統的調用AD兩個采樣和數據中斷處理伺服器調用子程序，完成了針對AD兩個采樣中斷值的實時讀取和數據中斷處理功能。然后在整個主程序中自動控制完成電路對開機相關回路電壓、電流的自動控制調節(jié)，以及將開關PWM等信號自動送入電路到一個相應的開關硬件控制電路，用以通過一個開關電路管理器來自動控制各個開關電路，以此方式來自動達到對各個主控制硬件電路和開關電流的進行自動控制的項目的。用某一相電網中的電壓過零點為確定該電網中的相位，得到零點后，在一個電網的交流周期以內，在每個電網的載波周期內再加上一個步長，直到下次電網的向上過零為止，通過這種方法我們即可以直接獲得該電網中相位，同時因為每一個電網的電壓周期需要重新確認，所以也就減少了對相位誤差的累計。圖2.1主程序流程圖2.3.2中斷服務程序設計中斷保護服務程序中的DPINTA中斷功率先級保護服務中斷的功率優(yōu)先級通常是最高的，再依次為EVA捕捉中斷、定時器T1下溢中斷、AD中斷，流程圖如圖2.2所示。(a)PDPINTA中斷（c）T1下溢中斷（b）EVA捕捉中斷（d）AD中斷圖2.2中斷服務程序流程圖下面介紹中斷服務程序具體功能：1)PDPINTA功率保護中斷——eva_PDPINTA_isrPDPINTA的功率保護控制器件中斷的主要作用之一就是對于功率啟發(fā)器和開關元件進行快速的保護，比如當產生了過電壓、超流、超高溫、輸出過欠壓的故障時，立即自動封鎖SVPWM驅動信號波形的輸出，流程框圖如2.2(a)所示。eva捕獲到的中斷-eva_CAPINT1_isr2)對該電網的頻率信號進行鎖相計算，并通過其來判別該電網的頻率信號是否正常，將經鎖相計算得到的數值(電網頻率)轉換成與T1相對應的采樣周期數值，并可以用于采樣累計函數計算；每個復位采樣剩余中的余數包括累積、三角剩余函數和每個采樣周期計數的計算指針；最終，允許計算定時器中在T1下溢出的采樣,流程設計框圖結構設計如表中圖2.2(b)所示。3)定時器T1下溢中斷——eva_T1UFINT_isr對在捕捉中斷中計算得出的采樣周期余數信號進行累計和判斷的方法進行計算，以便于實現每個采樣周期信號的加減一次處理，減小每個采樣的誤差，流程框圖結構如下文所示：圖2.2(c)4)AD中斷——ADCINT_isrAD轉換采樣數據中斷的主要作用和處理功能主要原理是對通過ABC進行轉換的兩個采樣信號數據中斷進行數字濾波以及各種格式的解碼轉換，判斷其數據是否同時經歷了高和低電容率的轉換，并且在兩個主程序中分別設置了控制AD轉換采樣數據中斷的一個結束和開始標志位，使得在該結束標志位下就可以直接通過進行讀PWM來控制中斷信號的讀入輸出，流程如本框圖所示為示例如圖以下文件見圖2.2(d)所示。2.3.3子程序設計主程