ITOC\o"1-3"\h\u12085第一章緒論 111111.1課題背景 125581.2無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展概況 273161.2.1無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展 287421.2.2無(wú)刷雙饋電機(jī)的應(yīng)用 386091.3DSP芯片與技術(shù) 3230481.3.1DSP芯片與DSP系統(tǒng)簡(jiǎn)介 356311.3.2DSP技術(shù)的發(fā)展歷史與前景 4218941.4本文主要研究?jī)?nèi)容 55084第二章無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)芯片簡(jiǎn)介 673022.1TMS320F2812芯片的簡(jiǎn)介 6184842.1.1TMS320F2812芯片的主要特點(diǎn) 65382.1.2TMS320F2812芯片的外部引腳 7132572.2CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8322652.2.1CPU概述 8187022.2.2CPU的結(jié)構(gòu)與總線 8214082.2.3CPU寄存器 9302672.3存儲(chǔ)器與通用I/O口 9306952.3.1存儲(chǔ)器 9258862.3.2外部擴(kuò)展接口 10314132.4中斷管理和復(fù)位 10180292.4.1可屏蔽中斷 1044112.4.2不可屏蔽中斷 11278072.4.3中斷處理步驟 1156222.5本章小結(jié) 1123192第三章TMS320F2812最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 12125893.1最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理 12196283.1.1TMS320F2812最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12139263.1.2電源電路的設(shè)計(jì) 13140213.1.3外擴(kuò)RAM的設(shè)計(jì) 14262283.1.4JTAG下載口電路的設(shè)計(jì) 15186093.2最小系統(tǒng)的PCB電路圖 16784第四章TMS320F2812外圍電路的設(shè)計(jì) 18209604.1電源板 18184574．1．1電源板的設(shè)計(jì)原理及器件選型 18266564．1．2電源板的PCB電路圖 19163654.2霍爾板 2143674．2．1霍爾板的設(shè)計(jì)原理及器件選型 21213734．2．2霍爾板的PCB電路圖 23277494.3前處理板 24153674．3．1前處理板的設(shè)計(jì)原理及器件選型 2433944．3．2前處理板的PCB電路圖 25275494.4驅(qū)動(dòng)板 26253714．4．1驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)原理及器件選型 26273594．4．2驅(qū)動(dòng)板的PCB電路圖 29222824.5采樣板 31239574．5．1采樣板的設(shè)計(jì)原理及器件選型 31103684．4．2采樣板的PCB電路圖 4511532結(jié)論 4628198參考文獻(xiàn) 48緒論本章首先介紹了無(wú)刷雙饋電機(jī)對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)生活的意義，接著簡(jiǎn)要的敘述了無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展歷史和應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)DSP的發(fā)展歷程和前景做了介紹，最后引出了本文的主要研究?jī)?nèi)容。1.1課題背景在人類最近幾十年的發(fā)展中,地球的環(huán)境不斷惡化，各種資源日漸稀缺，這給世界各國(guó)敲響了警鐘，使得世界各國(guó)爭(zhēng)先恐后地研究開發(fā)可再生、無(wú)污染的清潔能源。在這場(chǎng)發(fā)展新能源的浪潮中，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。所謂風(fēng)力發(fā)電，也就是指通過(guò)使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能以供人們?nèi)粘Ｉ钍褂?。風(fēng)能是無(wú)污染可再生的能源，若能被合理使用，對(duì)保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源大有益處。目前，各種各樣的新型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不斷被研究出來(lái)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。發(fā)電機(jī)作為風(fēng)能和電能之間的連接橋，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能發(fā)揮著極其重要的作用。發(fā)電機(jī)運(yùn)行的好壞直接影響到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的頻率、諧波、電壓波動(dòng)等質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)能否充分利用風(fēng)能發(fā)電起到重要影響。在日常生產(chǎn)生活中，發(fā)電機(jī)的種類有很多，其中無(wú)刷雙饋電機(jī)多出現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，只要控制好雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流頻率的大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)變速恒頻發(fā)電。通過(guò)這種調(diào)速方式，發(fā)電系統(tǒng)中變換器的功率能夠得到大幅度的降低，成本也得以下降，所以在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中雙饋發(fā)電機(jī)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。但是雙饋發(fā)電機(jī)內(nèi)部具有電刷，而電刷和換向器之間會(huì)有摩擦，導(dǎo)致電機(jī)效率降低、噪音增大且容易發(fā)熱，同時(shí)帶來(lái)維護(hù)上的麻煩，需要不停的更換電刷，在惡劣的環(huán)境中問(wèn)題更是層出不窮，不宜使用。無(wú)刷雙饋電機(jī)在設(shè)計(jì)中取消了滑環(huán)與電刷，解決了原來(lái)有刷雙饋電機(jī)的問(wèn)題，大大提高了電機(jī)的穩(wěn)定性，故障的出現(xiàn)頻率也有效降低，電機(jī)的使用壽命也變的更長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速也可以設(shè)計(jì)的更高，因而無(wú)刷雙饋電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中有著極其光明的發(fā)展未來(lái)。無(wú)刷雙饋電機(jī)的控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整個(gè)控制系統(tǒng)工作地是否穩(wěn)定，表現(xiàn)是否正常，因而對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行研究設(shè)計(jì)具有十分有必要的意義[1]。1.2無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展概況無(wú)刷雙饋電機(jī)自誕生以來(lái)，經(jīng)歷了坎坷曲折的發(fā)展過(guò)程。在不斷優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)電機(jī)控制方法的研究也取得了重大突破。目前，對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)這種新型電機(jī)的研究仍在不斷取得新的發(fā)展[2]-[10]。1.2.1無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展在最開始，為了解決電刷和滑環(huán)所帶來(lái)的種種不利影響，研究人員考慮將兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組連接在一起，取消電刷，使電機(jī)變?yōu)闊o(wú)刷電機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)又被稱為串級(jí)感應(yīng)電機(jī)，改變電機(jī)外加電阻值的大小可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢。由于實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，廣大研究人員立刻開始關(guān)注和研究這種電機(jī)，但是這種電機(jī)的缺點(diǎn)也比較明顯，在于體積龐大，占地較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。為了改進(jìn)串級(jí)感應(yīng)電機(jī)，使其更好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，J.Hunt提出[11]，把電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組和極數(shù)不同的定子繞組設(shè)計(jì)為一套，同時(shí)磁路也只設(shè)計(jì)為一個(gè)，由兩套繞組共同使用。這種做法使得電機(jī)能夠獲得比較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)取消了電刷，簡(jiǎn)化了電機(jī)的結(jié)構(gòu)。隨后，研究人員Creedy又在前人的基礎(chǔ)上做出了進(jìn)一步的改進(jìn)[12]，將定轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行了更加優(yōu)化的處理。但是由于一些問(wèn)題，此電機(jī)并沒(méi)有應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中，只停留在了理論階段。在1970年——1980年這個(gè)階段，Broadway等人又再一次改進(jìn)了Hunt所設(shè)計(jì)的電機(jī)[13]-[15]，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的優(yōu)化，這便是今天繞線型、籠型轉(zhuǎn)子無(wú)刷雙饋電機(jī)的最早原型。這種改進(jìn)使得無(wú)刷雙饋電機(jī)的工作性能變得更加優(yōu)異，同時(shí)電機(jī)的維修率得到有效降低，工作可靠性更高。在1980年——1990年這個(gè)階段，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)改變了電機(jī)的研究方式。計(jì)算機(jī)仿真軟件中的數(shù)學(xué)模型大大方便了無(wú)刷雙饋電機(jī)的研究，對(duì)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能的仿真更加貼近實(shí)際[16]。后來(lái)，伴隨著控制理論的發(fā)展，有關(guān)無(wú)刷雙饋電機(jī)的控制領(lǐng)域中誕生出了各種各樣的方法，如磁場(chǎng)定向控制、矢量控制[17]等等。目前，國(guó)外的研究人員已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向研究如何建立更加準(zhǔn)確的電機(jī)模型，使得仿真數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果，或者如何更加簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地控制無(wú)刷雙饋電機(jī)，使電機(jī)的工作性能指標(biāo)更加優(yōu)異[18]，應(yīng)用領(lǐng)域更廣闊。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在無(wú)刷雙饋電機(jī)的研究上取得了突破性的進(jìn)展，并在工程領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了實(shí)際的應(yīng)用。1.2.2無(wú)刷雙饋電機(jī)的應(yīng)用無(wú)刷雙饋電機(jī)的應(yīng)用范圍廣泛，不僅在風(fēng)力發(fā)電機(jī)等調(diào)速系統(tǒng)中發(fā)揮出了巨大的作用，在其他電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中也可以看到它的身影。它不僅能夠顯著提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，而且節(jié)能的效果也非常出色。無(wú)刷雙饋電機(jī)性能優(yōu)異，輸出的頻率比較穩(wěn)定，能夠滿足風(fēng)機(jī)泵類調(diào)速系統(tǒng)的全部需要。無(wú)刷雙饋電機(jī)效率高、維修率低、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的輸入輸出效率，降低系統(tǒng)的故障率。我國(guó)國(guó)土面積廣闊，可再生資源如水力資源、風(fēng)力資源的儲(chǔ)備量很大，假如將遍布全國(guó)各地的老舊有刷變速或恒速恒頻電機(jī)用新型無(wú)刷雙饋電機(jī)代替，將會(huì)節(jié)省下許多不可再生資源，同時(shí)使可再生資源得到充分利用，這對(duì)保護(hù)環(huán)境也大有裨益。大力推廣使用無(wú)刷雙饋電機(jī)可以加速我們現(xiàn)有的老舊電機(jī)更新?lián)Q代，同時(shí)使我們的電機(jī)制造水平更上一個(gè)臺(tái)階，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)收益，向工業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)更堅(jiān)實(shí)的一步。1.3DSP芯片與技術(shù)DSP技術(shù)是一門雜糅了許多科目的一門學(xué)科，牽涉到了眾多的知識(shí)，同時(shí)它的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛，在日常生活中就可以隨處看到它的身影。自從這門技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，由于它\t"/item/DSP%E6%8A%80%E6%9C%AF/_blank"抗信號(hào)干擾能力強(qiáng)、運(yùn)算速度快、設(shè)備集成度高、尺寸小占地少，同時(shí)制造成本較低等突出優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)字處理、信息通信等領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。在21世紀(jì)，DSP技術(shù)為人類邁進(jìn)數(shù)字信息時(shí)代立下了汗馬功勞，在人們的生產(chǎn)生活中隨處可見(jiàn)它的蹤跡。1.3.1DSP芯片與DSP系統(tǒng)簡(jiǎn)介TMS320系列DSP芯片具有一些特有的優(yōu)點(diǎn)，譬如它的運(yùn)算速度快、集成度高、工作可靠性好、可以通過(guò)編程來(lái)控制芯片、外部接口較多從而能擴(kuò)展許多外部設(shè)備等等。DSP芯片之所以能夠具有這些優(yōu)點(diǎn)，得益于它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比如：哈佛結(jié)構(gòu)、專用的硬件乘法器、流水線操作等[19]-[25]。接下來(lái)，對(duì)這些結(jié)構(gòu)的原理和作用做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。Harvard結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，是將程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器放在一起，當(dāng)尋址的時(shí)候，兩者的地址是在同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同位置。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很明顯，那就是會(huì)限制芯片運(yùn)算速度的提高。DSP芯片對(duì)運(yùn)算速度的要求較高，所以沒(méi)有選擇馮諾依曼結(jié)構(gòu)，而是選擇了Harvard結(jié)構(gòu)體系。Harvard結(jié)構(gòu)的程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相互分開獨(dú)立,在同一個(gè)時(shí)間段里可以同時(shí)讀取他們中的數(shù)據(jù)指令，使芯片的運(yùn)算速度大幅提高。專用的硬件乘法器：芯片中一般進(jìn)行乘法運(yùn)算速度比較慢，DSP芯片為了解決這一問(wèn)題，在硬件上專門設(shè)置了一個(gè)用于處理乘法運(yùn)算的乘法器和累加器，可以在一個(gè)周期內(nèi)完成運(yùn)算，再將結(jié)果傳送到累加器中，大大提高了運(yùn)算速度。流水線操作：指按照順序來(lái)執(zhí)行一些操作，從而提高芯片處理數(shù)據(jù)的效率。本文所用的TMS320F2812芯片采用的是8級(jí)流水線操作，它的處理器能夠在單個(gè)周期內(nèi)同時(shí)處理2-8條指令，而且指令之間互不影響彼此的操作，這使得芯片處理數(shù)據(jù)的能力大大提升。同時(shí)，與一般一個(gè)指令執(zhí)行一個(gè)操作不同，DSP芯片中有部分指令可以用來(lái)執(zhí)行多個(gè)操作，使芯片的處理能力變得更強(qiáng)。得益于這些結(jié)構(gòu)，DSP芯片的指令周期時(shí)間也相較于其他芯片較為縮短。接著對(duì)DSP系統(tǒng)再做一個(gè)說(shuō)明。DSP系統(tǒng)顧名思義，也就是以DSP芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的核心芯片，同時(shí)在外部連接一些簡(jiǎn)單的輔助設(shè)備而構(gòu)成，實(shí)際設(shè)備要根據(jù)使用的需要來(lái)選擇。由于以DSP芯片為核心，所以系統(tǒng)具備許多DSP芯片的優(yōu)點(diǎn)，包括：集成化高、工作穩(wěn)定性好、編程簡(jiǎn)單等。1.3.2DSP技術(shù)的發(fā)展歷史與前景上世紀(jì)70年代，DSP技術(shù)作為一門發(fā)展前景光明的技術(shù)，受到了很大程度上的關(guān)注，各個(gè)研究院的研發(fā)人員紛紛開始了對(duì)DSP技術(shù)的研究。通過(guò)研究人員的不懈努力，DSP技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，但是此時(shí)的DSP系統(tǒng)是由單個(gè)的元器件所組成，體積較大、集成度低、成本較高，應(yīng)用的領(lǐng)域更是比較單一，只有在涉及到國(guó)防軍事等重要的領(lǐng)域才能得到有限的應(yīng)用。到了20世紀(jì)80年代，在眾多科研人員的努力攻關(guān)下，DSP技術(shù)有了快速的發(fā)展，向著產(chǎn)業(yè)化邁出了巨大的一步，進(jìn)入到了產(chǎn)品普及階段。由于同期集成電路技術(shù)發(fā)展的更加成熟，DSP芯片的集成化也提上了日程。不久，世界上的第一枚DSP芯片很快面世，意味著DSP應(yīng)用系統(tǒng)在集成化、小型化方面取得了重大突破。同時(shí)，漸漸在許多領(lǐng)域也都可以看到DSP技術(shù)的身影，尤其是通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。上世紀(jì)90年代后，DSP技術(shù)發(fā)展的更加迅猛，進(jìn)入到了進(jìn)一步提升的階段。系統(tǒng)的集成度更高、運(yùn)算速度更快、性能更加優(yōu)異，應(yīng)用的領(lǐng)域也更加廣闊，出現(xiàn)在了人們生活中的方方面面，其未來(lái)的發(fā)展前景十分光明。在未來(lái)，DSP技術(shù)將向更高的集成度發(fā)展，使芯片尺寸進(jìn)一步小型化、集成化，使系統(tǒng)變得更小、集成化更高、工作性能更好、處理數(shù)據(jù)的能力更強(qiáng)。同時(shí)，也可以考慮將DSP技術(shù)、FPGA技術(shù)相結(jié)合，從而將芯片處理數(shù)據(jù)的速度提高到一個(gè)新的臺(tái)階。眼下要想進(jìn)一步提高DSP的運(yùn)算速度，更多的還是通過(guò)改進(jìn)芯片的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化內(nèi)部的電路走線來(lái)實(shí)現(xiàn)。近些年來(lái)，嵌入式系統(tǒng)也開始蓬勃發(fā)展起來(lái)，即將軟、硬件結(jié)合在一起，可以獨(dú)立工作的器件。DSP嵌入式系統(tǒng)也隨之發(fā)展起來(lái)，同時(shí)結(jié)合當(dāng)下火熱的智能技術(shù)，更是可以將DSP器件的高速數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)發(fā)揮的淋漓盡致。但是，隨著對(duì)DSP工作性能指標(biāo)要求的不斷提高，高功耗、高成本等問(wèn)題接踵而至。為了解決這些問(wèn)題，不能一昧地提高單核的運(yùn)行速度，而是要盡可能在單芯片內(nèi)集成更多的核。1.4本文主要研究?jī)?nèi)容本文主要研究了基于TMS320F2812的無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，設(shè)計(jì)了TMS320F2812芯片的最小系統(tǒng)和外圍電路，對(duì)電路中的相關(guān)器件進(jìn)行了選型，最終用AD畫出了原理圖與PCB圖，具體內(nèi)容說(shuō)明如下：1．在掌握TMS320F2812芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出TMS320F2812芯片最小系統(tǒng)的硬件電路。2．對(duì)TMS320F2812芯片的外圍電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括電源電路、霍爾電路、前處理電路、采樣電路及驅(qū)動(dòng)電路。3．完成相關(guān)器件的選型，包括電阻、電壓轉(zhuǎn)換模塊、光耦隔離等元器件的型號(hào)選取，并對(duì)選擇理由做一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。4．利用AltiumDesigner軟件繪制所設(shè)計(jì)硬件電路的原理圖、相應(yīng)的PCB圖。無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)芯片簡(jiǎn)介本章主要來(lái)介紹一下無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)的核心芯片——TMS320F2812芯片，首先對(duì)該芯片的總體做一個(gè)簡(jiǎn)介，包括芯片的性能特點(diǎn)和它的外部引腳分布，然后對(duì)芯片內(nèi)部的幾個(gè)主要組成部分，包括中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、中斷管理這3個(gè)主要部分做一個(gè)說(shuō)明。2.1TMS320F2812芯片的簡(jiǎn)介TMS320F2812芯片是由德州儀器公司，也就是我們通常所說(shuō)的TI公司所生產(chǎn)的一種DSP系列芯片。該芯片剛一問(wèn)世，便收獲了巨大的成功，至今仍在使用。這充分說(shuō)明了TMS320F2812芯片功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異，經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。TMS320F2812是32位定點(diǎn)芯片，即在單位時(shí)間內(nèi)可以處理字長(zhǎng)為32位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，同時(shí)在表示實(shí)數(shù)時(shí)，小數(shù)點(diǎn)的位置固定，運(yùn)算方便。由于芯片采用了改進(jìn)的Harvard結(jié)構(gòu)體系，使得程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以獨(dú)立地運(yùn)行，從而大幅提高了芯片的運(yùn)算速度。同時(shí)芯片的外部接口較多，能夠根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要來(lái)配備多種外部設(shè)備。2.1.1TMS320F2812芯片的主要特點(diǎn)TMS320F2812芯片采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，將總線頻率提高到150MHz，意味著CPU與內(nèi)存之間能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)，能夠充分發(fā)揮CPU的性能，提高運(yùn)算速度。同時(shí)，相較于其他的邏輯電路，CMOS邏輯電路使芯片抗干擾的能力更強(qiáng)，功耗更低，允許的電壓范圍也更寬廣。為了降低功耗，節(jié)省電量，芯片的內(nèi)核電壓選用為1.8V。芯片的I/O工作電壓則為3.3V，這是因?yàn)檩斎胼敵鼋涌谝B接外圍設(shè)備，高電壓可以減少干擾。同時(shí)，TMS320F2812芯片還可以使用JTAG掃描來(lái)對(duì)芯片內(nèi)部的各個(gè)部分進(jìn)行測(cè)試，來(lái)加快數(shù)據(jù)的處理速度。芯片中的中央處理器（CPU）由于采用了改進(jìn)的Harvard結(jié)構(gòu)體系，使得數(shù)據(jù)總線與程序總線之間相互獨(dú)立，提高了運(yùn)行速度，同時(shí)使用流水線操作，減少了程序的運(yùn)行時(shí)間。CPU功能強(qiáng)大，能夠在一個(gè)操作周期里完成乘法加法或移位運(yùn)算。至于芯片的存儲(chǔ)器，可以分為片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外存儲(chǔ)器。受限于芯片整體體積、功耗大小以及集成技術(shù)，片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量較小，因而當(dāng)需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量較大時(shí)，需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。TMS320F2812芯片的引腳多達(dá)176個(gè)，其中包括了外部存儲(chǔ)器接口，可以方便地?cái)U(kuò)展存儲(chǔ)器容量。同時(shí)，這些數(shù)量眾多的引腳也為芯片擴(kuò)展外部設(shè)備提供了便利，使芯片能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合擴(kuò)展不同的外設(shè)，大大拓展了芯片的應(yīng)用領(lǐng)域。除此外，芯片還具有12位的ADC16通道以及支持低功耗模式和節(jié)能模式。2.1.2TMS320F2812芯片的外部引腳本文所用的TMS320F2812芯片是176引腳的PGFLQFP封裝，芯片的頂視圖可以見(jiàn)圖2.1。圖2.1176引腳LQFP封裝頂視圖這些引腳中包括XINTF地址數(shù)據(jù)總線（其中一部分總線用來(lái)傳輸?shù)刂沸畔?，它的多少?zèng)Q定了芯片直接尋址空間的大小；剩余總線用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息），XINTF控制總線來(lái)對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)度進(jìn)行控制，JTAG和其他信號(hào)線用來(lái)檢測(cè)芯片是否有問(wèn)題并進(jìn)行通信，ADC模擬輸入信號(hào)線用來(lái)把外部連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，電源信號(hào)線來(lái)保證電源的供應(yīng)，GPIO信號(hào)線可以通過(guò)軟件編程設(shè)置為輸入或者輸出來(lái)使用。2.2CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)中央處理器（CPU）是TMS320F2812芯片的主要組成部分之一，用來(lái)處理控制程序中的指令，使指令的編碼譯碼工作井然有序，同時(shí)執(zhí)行指令對(duì)應(yīng)的操作，把控各個(gè)操作所用的時(shí)間，最后處理數(shù)據(jù)，譬如進(jìn)行乘法、加法、移位等各種運(yùn)算得到結(jié)果。接下來(lái)對(duì)中央處理器的工作原理、內(nèi)部組成以及功能作用等做一個(gè)簡(jiǎn)介。2.2.1CPU概述中央處理器（CPU）是一種性能高、功耗低的32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，集中了微控制器的諸多優(yōu)秀特性，具有許多先進(jìn)的性能。通過(guò)改進(jìn)型的Harvard結(jié)構(gòu)體系，CPU的程序總線與數(shù)據(jù)總線相互獨(dú)立，從而可以在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)既讀取指令又執(zhí)行操作，大大提高了運(yùn)算速度。CPU的主要組成有三部分，即運(yùn)算器進(jìn)行各種運(yùn)算譬如邏輯運(yùn)算、加減乘法運(yùn)算等，控制所有指令先后執(zhí)行順序的控制器，保存處理結(jié)果以及各種重要數(shù)據(jù)的寄存器。除此之外，CPU還有一些衡量性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，例如工作頻率、總線頻率、字長(zhǎng)等指標(biāo)。2.2.2CPU的結(jié)構(gòu)與總線CPU的主要結(jié)構(gòu)包括了運(yùn)算器、控制器和寄存器。運(yùn)算器顧名思義是用來(lái)執(zhí)行運(yùn)算的器件，由控制器發(fā)出的指令來(lái)控制，其核心為算術(shù)邏輯單元（ALU），可以執(zhí)行乘法、加法等算數(shù)運(yùn)算以及移位、比較等邏輯運(yùn)算；控制器相當(dāng)于CPU的大腦，用來(lái)協(xié)調(diào)整個(gè)器件的工作，根據(jù)操作人員編好的程序，按照先后順序來(lái)對(duì)指令進(jìn)行譯碼操作，同時(shí)給其他執(zhí)行器件發(fā)出信號(hào)；寄存器則是用來(lái)保存一些重要數(shù)據(jù)，譬如：等待處理的數(shù)據(jù)、處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果等，寄存器可以減少CPU訪問(wèn)數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，提高工作速度。接著再介紹一下CPU的總線，它是用來(lái)進(jìn)行CPU與芯片其他器件之間的信息傳送，可以根據(jù)功能分為控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線。其中，控制總線用來(lái)傳遞控制信號(hào)，控制信號(hào)有的時(shí)候由CPU傳遞給存儲(chǔ)器等執(zhí)行器件，有的時(shí)候由其他器件反饋回CPU，具體方向則根據(jù)控制信號(hào)本身而定，故控制總線是雙向的。地址總線用來(lái)傳遞地址信息，通過(guò)這些地址來(lái)訪問(wèn)相應(yīng)的器件，只能從CPU傳向其他器件，所以地址總線是單向的。數(shù)據(jù)總線用來(lái)傳遞數(shù)據(jù)，它也是雙向的，既能把CPU的數(shù)據(jù)傳送給其他器件，也能把數(shù)據(jù)傳送回CPU。2.2.3CPU寄存器寄存器用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)，由多個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，原理簡(jiǎn)單。寄存器通常存儲(chǔ)一些極其重要的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)還能減少CPU訪問(wèn)數(shù)據(jù)的時(shí)間，對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)意義非凡。CPU的寄存器重點(diǎn)包括了六個(gè)寄存器，接下來(lái)分別做一個(gè)簡(jiǎn)單說(shuō)明。數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)作為CPU和其他器件之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，同時(shí)還可以減小CPU與其他器件之間的速度差距；地址寄存器則是用來(lái)保存CPU目前訪問(wèn)的地址，由于存在速度差異，故需要地址寄存器來(lái)臨時(shí)保存地址；指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前執(zhí)行的指令，指令由數(shù)據(jù)寄存器傳送過(guò)來(lái)；程序計(jì)數(shù)器可以標(biāo)出下一條指令的地址信息，為下一次讀取指令做好準(zhǔn)備；累加寄存器用來(lái)給算術(shù)邏輯單元（ALU）提供工作區(qū)或者臨時(shí)保存運(yùn)算結(jié)果；程序狀態(tài)字寄存器用來(lái)表征當(dāng)前運(yùn)算的狀態(tài)及程序的工作方式。2.3存儲(chǔ)器與通用I/O口存儲(chǔ)器相當(dāng)于儲(chǔ)備倉(cāng)，可以保存一些程序運(yùn)行中的重要數(shù)據(jù)，它的本質(zhì)是一種邏輯電路，又可以分成許多存儲(chǔ)單元，來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)代碼。通用I/O口又可以稱為通用型輸入輸出即GPIO，也就是這個(gè)I/O口輸出電平的高低狀態(tài)可以根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)進(jìn)行設(shè)置。因?yàn)椴捎昧烁倪M(jìn)的Harvard結(jié)構(gòu)體系，TMS320F2812芯片的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開獨(dú)立運(yùn)行，提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率。存儲(chǔ)器也可以根據(jù)在芯片內(nèi)外，分為片上存儲(chǔ)器與片外存儲(chǔ)器。2.3.1存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器可以根據(jù)能否存取數(shù)據(jù)分為RAM和ROM，RAM為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，里面的數(shù)據(jù)可以根據(jù)程序的運(yùn)行隨時(shí)讀取、寫入，但是斷電時(shí)里面的信息不會(huì)保存。其中RAM還可以分為SRAM與DRAM，SRAM是靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，它依靠6個(gè)晶體管存儲(chǔ)一個(gè)bit，不需要刷新。DRAM是動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，只用1個(gè)晶體管便可存儲(chǔ)一個(gè)bit，但需要不斷刷新來(lái)保證內(nèi)容不變。ROM是只讀存儲(chǔ)器，它里面的數(shù)據(jù)信息只能被讀取，而不能被寫入修改，斷電的時(shí)候，里面的信息可以保存下來(lái)。TMS320F2812芯片具有SRAM、ROM與Flash存儲(chǔ)器，性能優(yōu)異。其中Flash存儲(chǔ)器又可以稱為閃存，將RAM與ROM的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在了一起，不僅可以讀取、寫入數(shù)據(jù)信息，而且在斷電的時(shí)候不會(huì)丟失信息。片上Flash存儲(chǔ)器為128K×16位，被分為多個(gè)單元，有代碼安全保護(hù)和低功耗模式，還可以根據(jù)CPU時(shí)鐘頻率調(diào)整等待周期。2.3.2外部擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口顧名思義，是用來(lái)給芯片擴(kuò)展外部設(shè)備使用的，從而使芯片能夠在更多的領(lǐng)域發(fā)揮作用。當(dāng)操作人員想要向外部設(shè)備發(fā)出指令，進(jìn)行某一操作時(shí)，可以通過(guò)外部擴(kuò)展接口來(lái)傳送信息，完成操作。當(dāng)TMS320F2812芯片與外部擴(kuò)展設(shè)備連接匹配時(shí)，要考慮到它們的工作頻率是否相同。如果不同，則需要修改相應(yīng)的參數(shù)使其一致。2.4中斷管理和復(fù)位在很久以前，還沒(méi)有中斷系統(tǒng)的時(shí)候，操作人員只能等到上一個(gè)任務(wù)運(yùn)行結(jié)束之后，才能開始進(jìn)行下一個(gè)任務(wù)，這使得程序運(yùn)行很不方便。為了解決這一問(wèn)題，中斷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)CPU在處理當(dāng)下任務(wù)的時(shí)候，假如出現(xiàn)緊急事件需要調(diào)用CPU，那么在中斷系統(tǒng)的幫助下，CPU可以先暫停目前任務(wù)的運(yùn)行，轉(zhuǎn)而先處理緊急事件的程序，處理結(jié)束后，再返回當(dāng)下任務(wù)，繼續(xù)運(yùn)行。根據(jù)能否禁止中斷，中斷又分為了可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷。當(dāng)操作人員可以通過(guò)設(shè)置中斷使能寄存器（IER）來(lái)對(duì)某一中斷進(jìn)行控制使其可以發(fā)生或者不能發(fā)生時(shí)，說(shuō)明該中斷為可屏蔽中斷，否則為不可屏蔽中斷。2.4.1可屏蔽中斷一般來(lái)自內(nèi)部的中斷都是不可屏蔽中斷，來(lái)外部的中斷可以分為可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷兩類。也就是說(shuō)，可屏蔽中斷由一些有中斷能力的外圍設(shè)備所產(chǎn)生。同時(shí)，可屏蔽中斷受到中斷使能寄存器（IER）和中斷標(biāo)志寄存器（IFR）的影響，可以根據(jù)中斷循序標(biāo)志的設(shè)置來(lái)判斷CPU是否響應(yīng)中斷請(qǐng)求。2.4.2不可屏蔽中斷不可屏蔽中斷就是指CPU必須要響應(yīng)的中斷，有可能來(lái)自CPU內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生，也有可能來(lái)自外圍設(shè)備來(lái)通知CPU發(fā)生了緊急事件。不可屏蔽中斷包括：軟件中斷，指通過(guò)軟件來(lái)模擬硬件中的中斷概念；硬件中斷，即中斷源的識(shí)別標(biāo)志，它可以存放中斷服務(wù)程序的入口地址或者跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的入口地址來(lái)實(shí)現(xiàn)中斷；非法指令陷阱，指CPU受到干擾或者系統(tǒng)出現(xiàn)混亂時(shí)，得到無(wú)法識(shí)別的無(wú)效操作碼，即非法指令；硬件復(fù)位中斷，指硬件復(fù)位時(shí)所產(chǎn)生的中斷。2.4.3中斷處理步驟首先要產(chǎn)生中斷申請(qǐng)，當(dāng)外設(shè)需要中斷服務(wù)時(shí)，由硬件產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送給CPU，同時(shí)CPU在每條指令結(jié)束后會(huì)檢測(cè)是否有中斷請(qǐng)求。接著，如果有中斷請(qǐng)求的話，CPU響應(yīng)中斷，通過(guò)總線控制邏輯發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)，保存斷點(diǎn)并根據(jù)中斷類型號(hào)找到中斷入口地址，而后執(zhí)行中斷服務(wù)程序中規(guī)定的操作。最后，將壓棧的斷點(diǎn)彈出，恢復(fù)原來(lái)程序的執(zhí)行。2.5本章小結(jié)本章介紹了TMS320F2812芯片，首先對(duì)芯片的總體做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，TMS320F2812芯片的結(jié)構(gòu)采用了改進(jìn)的Harvard結(jié)構(gòu)體系，這使得它處理數(shù)據(jù)的速度加快、性能提高。中央處理器（CPU）是TMS320F2812芯片的重要組成部分之一,由運(yùn)算器、控制器、寄存器三部分組成。芯片的存儲(chǔ)器根據(jù)在芯片內(nèi)外，分為了片上存儲(chǔ)器與片外存儲(chǔ)器，包括了靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器與Flash存儲(chǔ)器。擴(kuò)展接口用來(lái)給芯片擴(kuò)展外部設(shè)備使用。中斷對(duì)于系統(tǒng)而言意義重大，可以分為可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷。TMS320F2812最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)本章來(lái)介紹TMS320F2812的最小系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括了TMS320F2812芯片、電源電路、外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)器電路以及JTAG下載口電路。3.1最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理TMS320F2812最小系統(tǒng)主要包括了TMS320F2812芯片、電源電路、外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)器電路以及JTAG下載口電路在內(nèi)，還有復(fù)位電路、外擴(kuò)Flash電路等等其他電路，這里不做一一說(shuō)明，重點(diǎn)介紹一下TMS320F2812芯片、以電源芯片TPS767D301為核心的電源電路、以SRAM芯片IS61LV51216為核心的外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)器電路以及JTAG下載口電路，同時(shí)對(duì)有關(guān)器件的選型做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。3.1.1TMS320F2812最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本文所用的TMS320F2812芯片為176引腳，最小系統(tǒng)如圖3.1所示。圖3.1TMS320F2812最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)電路以TMS320F2812芯片為核心，輔以晶振電路提供時(shí)鐘信號(hào)，電源電路提供所需要的電壓，外擴(kuò)RAM存儲(chǔ)器電路將存儲(chǔ)空間擴(kuò)展的更大以及JTAG下載口電路提供更加方便快捷的下載通道。TMS320F2812芯片最小系統(tǒng)可以在實(shí)時(shí)模式與仿真模式兩種工作模式下運(yùn)行。同時(shí)，在設(shè)計(jì)電源時(shí)，數(shù)字地與模擬地可以通過(guò)磁珠連接起來(lái)，以提高抗干擾與濾波的能力。3.1.2電源電路的設(shè)計(jì)TMS320F2812芯片采用了CMOS邏輯電路，使得芯片抗干擾的能力更強(qiáng)，功耗更小。由于器件頻繁的開關(guān)頻率轉(zhuǎn)換會(huì)增加系統(tǒng)的功耗，為了降低系統(tǒng)的功率損耗，芯片的內(nèi)核電壓選用為1.8V工作電壓；I/O口工作電壓則選為3.3V，用來(lái)減少連接外圍設(shè)備時(shí)所產(chǎn)生的干擾。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)還要注意其對(duì)電源電壓精度的要求。通過(guò)翻看數(shù)據(jù)手冊(cè)，最終決定選用TPS767D301雙路輸出低壓差電壓調(diào)整器，它完全符合TMS320F2812對(duì)電壓的要求。TPS767D301電源芯片帶有可單獨(dú)供電的雙路輸出，一路固定輸出電壓為3.3V，另一路輸出電壓可以在1.5V-5.5V間進(jìn)行調(diào)節(jié)。最終所設(shè)計(jì)的電源電路如圖3.2所示。最后，電路的電容匹配問(wèn)題與散熱問(wèn)題在設(shè)計(jì)時(shí)要多注意，避免出現(xiàn)問(wèn)題。圖3.2電源產(chǎn)生電路3.1.3外擴(kuò)RAM的設(shè)計(jì)TMS320F2812芯片內(nèi)部RAM的存儲(chǔ)空間為18K×16位，當(dāng)程序代碼較短時(shí)，芯片內(nèi)部存儲(chǔ)空間便能滿足；當(dāng)程序代碼超出內(nèi)部存儲(chǔ)空間時(shí)，就只好通過(guò)外擴(kuò)RAM來(lái)解決了。通過(guò)查閱相關(guān)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，選擇IS61LV51216靜態(tài)RAM芯片。它是用高性能CMOS技術(shù)制造的，這種高度可靠的工藝與創(chuàng)新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合，使得芯片性能高、功耗低。IS61LV51216靜態(tài)RAM芯片通過(guò)使用芯片使能和輸出使能，可以方便地?cái)U(kuò)展內(nèi)存；也可以采用待機(jī)模式，使CMOS輸入端降低功耗。由于IS61LV51216為靜態(tài)RAM芯片，所以它不需要刷新，同時(shí)具有三態(tài)輸出，可以兼容TTL。本文所用的IS61LV51216靜態(tài)RAM芯片為44引腳的封裝，原理圖如圖3.3所示在IS61LV51216靜態(tài)RAM芯片中，XA0——XA18這19個(gè)引腳與DSP的19根地址總線對(duì)應(yīng)連接，XD0——XD15這16個(gè)引腳則分別與DSP的16根數(shù)據(jù)總線對(duì)應(yīng)連接。片選、讀/寫信號(hào)則接在DSP上，這其中，片選信號(hào)最為重要。圖3.3外擴(kuò)RAM電路3.1.4JTAG下載口電路的設(shè)計(jì)JTAG全稱為JointTestActionGroup，也就是聯(lián)合測(cè)試工作組。它誕生于二十世紀(jì)八十年代，屬于IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的一種用來(lái)解決板級(jí)問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)。它大致可以分兩類，一類用于測(cè)試芯片的電氣特性，檢測(cè)芯片工作是否有問(wèn)題：一類用于Debug，一般支持JTAG的CPU內(nèi)都包含了這兩個(gè)模塊。JTAG可以用來(lái)進(jìn)行芯片邊界測(cè)試，它可以控制所有IC的引腳，確保設(shè)備之間連線的正確。具體的JTAG下載口電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示，之所以這樣設(shè)計(jì)，是考慮到JTAG下載口的干擾性問(wèn)題，需要在其與DSP相連接的端口引腳處采用上拉設(shè)計(jì)。JTAG通常具有5個(gè)引腳TDI、TDO、TMS、TCK以及復(fù)位腳TRST。工作的時(shí)候，改變TMS的值，從而選擇不同的模式，數(shù)據(jù)從TDI進(jìn)來(lái)，從TDO出去，TCK則用來(lái)輸入測(cè)試時(shí)鐘。圖3.4JTAG電路3.2最小系統(tǒng)的PCB電路圖在繪制最小系統(tǒng)的PCB電路圖時(shí)，首先繪制了176引腳PGFLQFP封裝的TMS320F2812芯片封裝圖，如圖3.5所示。圖3.5TMS320F2812芯片的封裝圖接著通過(guò)查閱了數(shù)據(jù)手冊(cè)，找到了TPS767D301雙路輸出低壓差電壓調(diào)整器的封裝尺寸，在AD中繪制了28引腳的TPS767D301封裝圖，如圖3.6所示。圖3.6TPS767D301芯片的封裝圖同時(shí)，也找到了IS61LV51216靜態(tài)RAM芯片的封裝尺寸，在AD中繪制了44引腳的IS61LV51216封裝圖，如圖3.7所示。圖3.7IS61LV5121芯片的封裝圖最小系統(tǒng)的PCB電路圖如圖所示。圖3.5最小系統(tǒng)的PCB電路圖TMS320F2812外圍電路的設(shè)計(jì)本章主要來(lái)介紹TMS320F2812系統(tǒng)的外圍電路，其中包括（1）電源板（2）霍爾板（3）前處理板（4）驅(qū)動(dòng)板（5）采樣板。其中，各個(gè)電路的作用分別為：（1）電源板是用來(lái)給控制板上的各個(gè)器件提供所需的直流電壓；（2）霍爾板是要測(cè)量IPM輸出給電機(jī)的線電壓，同時(shí)測(cè)量經(jīng)整流橋整流之后的母線電壓；3）前處理板是用來(lái)進(jìn)行電壓鉗位、跟隨隔離；（4）驅(qū)動(dòng)板是要連接IPM，并為IPM提供PWM控制信號(hào)；（5）采樣板則是用來(lái)交換信息（碼盤信號(hào)的處理也在采樣板）。4.1電源板電源板的主要作用是將來(lái)自外端輸入的直流24V轉(zhuǎn)化為以下幾種直流電壓：15V、5V、5V-485(通信),5V-MP（碼盤專用），為TMS320F2812芯片系統(tǒng)的各個(gè)板子供電。4．1．1電源板的設(shè)計(jì)原理及器件選型圖4.1為TMS320F2812系統(tǒng)的電源板電路。圖4.1電源板電路在電源板電路的設(shè)計(jì)中，根據(jù)電源板要將輸入的24V直流電轉(zhuǎn)換為15V、5V、5V-485(通信),5V-MP（碼盤專用）直流電，可以首先確定直流變直流所需要使用的電源模塊。經(jīng)查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)，WRB2405ZP-6W電源模塊可以將較高的輸入電壓電源同電路板上較小的輸入電壓電源相互隔離，避免對(duì)電路板造成損害，同時(shí)可以將DC24V轉(zhuǎn)換為DC5V，滿足普通板子和通信模塊的5V直流電需求，故選擇它。由于各個(gè)板子對(duì)于電壓的精度有不同的要求，所以可以考慮在其后面接上濾波穩(wěn)壓電路，濾波電路中容量最大的電解電容用來(lái)濾掉高頻信號(hào)，其他兩個(gè)小電容用于濾掉中、低頻的信號(hào)。WRB2405ZP-3WR2電源模塊的作用特性與WRB2405ZP-6W大體相似，可以減少設(shè)計(jì)故障點(diǎn)，節(jié)省動(dòng)力，更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，保護(hù)產(chǎn)品的安全性和可靠性，同時(shí)，功率減小，可以將DC24V轉(zhuǎn)換為5V-MP（碼盤專用）直流電，滿足碼盤的電壓需求。金升陽(yáng)的URA2415LD-20WR3電源模塊輸出功率為20W,效率高達(dá)90%，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備、通訊設(shè)備、分布式電源系統(tǒng)等，可以將DC24V轉(zhuǎn)換為15V的直流電，電源模塊后面均需接上濾波穩(wěn)壓電路，以滿足一定的電壓精度。4．1．2電源板的PCB電路圖在電源板的PCB電路繪制過(guò)程中，首先繪制了WRB2405ZP-6W電源模塊的封裝圖，通過(guò)查閱WRB2405ZP-6W電源模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)，畫出其封裝圖，如圖4.2所示。圖4.2WRB2405ZP-6W電源模塊封裝圖然后通過(guò)查閱URA2415LD-20WR3電源模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)，畫出其封裝圖如圖4.3所示。圖4.3URA2415LD-20WR3電源模塊封裝圖最后，畫出TMS320F2812系統(tǒng)電源板的PCB電路圖，如圖4.4所示。圖4.4電源板電路的PCB電路圖4.2霍爾板霍爾傳感器主要搭載在霍爾板上，用于測(cè)量IPM輸出給電機(jī)的線電壓，同時(shí)測(cè)量經(jīng)整流橋整流之后的母線電壓。同時(shí)需要注意的是：霍爾板上還有主電路的母線濾波電容的均壓電阻。4．2．1霍爾板的設(shè)計(jì)原理及器件選型圖4.5為TMS320F2812系統(tǒng)的霍爾板電路。圖4.5霍爾板電路在霍爾板電路的設(shè)計(jì)中，因?yàn)橐獪y(cè)量母線電壓，所以要根據(jù)母線電壓來(lái)確定相應(yīng)的電壓霍爾傳感器。根據(jù)母線電壓在額定的工作條件下為540V，為了保證有一定的安全裕量,選擇540V的1.2倍即650V作為選型標(biāo)準(zhǔn)，由于在市場(chǎng)上找不到650V規(guī)格的電壓霍爾傳感器，所以選擇800V規(guī)格的電壓霍爾傳感器。經(jīng)查閱資料，法國(guó)LEM公司生產(chǎn)的電壓霍爾LV100-800利用霍爾原理來(lái)測(cè)量電壓,額定電壓為800V，測(cè)量的最大電壓為1200V，匝數(shù)比為8000：2000。有很多優(yōu)點(diǎn)包括：性能穩(wěn)定，線性度良好，器件參數(shù)受溫度變化影響不大，響應(yīng)速度很快，抗干擾能力強(qiáng)。廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力供應(yīng)（UPS）和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)換器中。但價(jià)格較為昂貴，同時(shí)體積較大，占用空間較多，使用不夠靈活。VSM800D是電壓霍爾傳感器，可以測(cè)量各種信號(hào)的電壓，原邊額定輸入電壓為800V,最大電壓為1000V，二次側(cè)的額定輸出電流為20mA，匝數(shù)比為4000：1000，性能優(yōu)異。茶花牌的電壓霍爾VSM800D體積較小，滿足性能指標(biāo)參數(shù)，性價(jià)比更高。相比較之下，選擇VSM800D作為電路的電壓霍爾器件。至于電流霍爾傳感器的選型，因?yàn)橐獪y(cè)量母線電流，所以要根據(jù)母線電流來(lái)確定相應(yīng)的電流霍爾傳感器?？紤]到變頻器輸出交流側(cè)電流峰值為，于是選用50安倍大小的電流霍爾傳感器。通過(guò)查閱資料，法國(guó)LEM公司生產(chǎn)的電流霍爾HAS50利用霍爾原理來(lái)進(jìn)行測(cè)量，原邊額定電流有效值50A，原邊電流測(cè)量范圍150A，可以測(cè)量有效值為36A、峰值為51A的電流，滿足指標(biāo)要求。HAS50電流霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括：易于安裝，體積小，節(jié)省空間，只有一種設(shè)計(jì)適用于寬電流額定值范圍，功耗低，性能穩(wěn)定，線性度好，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可以應(yīng)用于電力供應(yīng)（UPS）、交流變速驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍廣泛。除HAS50外，霍爾電流傳感器HCS-ES-50A也滿足要求。HCS-ES-50A為電流傳感器，可以測(cè)量多種不同波形的電流，測(cè)量的額定電流為50A，測(cè)量的最大電流為120A，絕緣電壓3kV。該傳感器精度高，線性度良好，小型的PCB安裝方式，功耗低，具有良好的過(guò)流能力，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。與HAS50相比，性價(jià)比高，各項(xiàng)指標(biāo)也都滿足使用需求。故電流霍爾傳感器選用HCS-ES-50A。要注意測(cè)量電壓的電壓霍爾傳感器輸出的是電流量，測(cè)量電流的電流霍爾傳感器輸出的是電壓量。至于電路中電阻器件規(guī)格的選取，根據(jù)母線額定電壓為540V，電壓霍爾二次側(cè)的輸出電流為20mA，匝數(shù)比為4000：1000，可得一次側(cè)輸入電流為5mA。由歐姆定律計(jì)算得，電阻阻值選為62KΩ，功率等級(jí)選為實(shí)驗(yàn)室常用的2KW即可符合要求。4．2．2霍爾板的PCB電路圖在霍爾板的PCB電路繪制過(guò)程中，首先繪制了電壓霍爾傳感器VSM800D的封裝圖，如圖4.6所示。圖4.6電壓霍爾傳感器VSM800D封裝圖圖4.7為TMS320F2812系統(tǒng)霍爾板的PCB電路圖。圖4.7霍爾板的PCB電路圖4.3前處理板前處理板主要作用是將霍爾傳感器測(cè)得的對(duì)應(yīng)經(jīng)過(guò)濾波器之后供給電機(jī)的3個(gè)線電壓、1個(gè)母線電壓、3個(gè)線電流的輸出進(jìn)行電壓鉗位、跟隨電路隔離，再供給DSP。4．3．1前處理板的設(shè)計(jì)原理及器件選型前處理板的輸入與霍爾板連接，將各霍爾傳感器的測(cè)量值（Ica、Ibc、Iab、Va、Vb、Vc）引進(jìn)，同時(shí)給霍爾傳感器供電。前處理板的輸出則是與采樣板連接，一方面將處理后的霍爾測(cè)量值傳送給采樣板，另一方面從采樣板引進(jìn)24V、+5V、15V電壓。在器件選型這里，選擇了TL084運(yùn)算放大器來(lái)進(jìn)行電壓鉗位、跟隨電路隔離，TL084是四輸入運(yùn)算放大器與高速J-FET結(jié)構(gòu)的良好匹配，可以進(jìn)行輸出短路保護(hù)，具有寬共模（向上到Vcc+）和微分電路等優(yōu)點(diǎn)。TL084運(yùn)算放大器完全滿足對(duì)電路進(jìn)行電壓鉗位、跟隨隔離的需求，故可以選擇。所謂的電壓鉗位離不開二極管的配合，鉗位是指將某點(diǎn)的電位限制在規(guī)定電位的措施，是一種過(guò)壓保護(hù)技術(shù)。前處理板電路的設(shè)計(jì)可以參看圖4.9。圖中設(shè)置了兩個(gè)二極管來(lái)配合TL084運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓鉗位。為了便于處理方便，可以將TL084運(yùn)算放大器看作理想放大器，同相輸入端與反相輸入端滿足“虛短虛斷”。由圖可知，同相輸入端輸入點(diǎn)被鉗位為9V，由“虛短”可知反相輸入端電壓也為9V。因?yàn)闇y(cè)量接口的輸入電流要小于20mA，根據(jù)歐姆定律得電阻阻值可以選為470Ω。圖4.8為TL084運(yùn)算放大器，供電電壓為正負(fù)15V。圖4.8TL084運(yùn)算放大器圖4.9為TMS320F2812系統(tǒng)的前處理板電路。圖4.9前處理板電路4．3．2前處理板的PCB電路圖在前處理板的PCB電路繪制過(guò)程中，首先繪制了TL084運(yùn)算放大器的封裝圖，如圖4.10所示。圖4.10TL084運(yùn)算放大器封裝圖然后繪制了TMS320F2812系統(tǒng)前處理板的PCB電路圖，如圖4.11。圖4.11前處理板的PCB電路圖4.4驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)板的作用主要是將控制信號(hào)功率放大帶動(dòng)功率器件完成控制，這里主要是將DSP輸出的六路PWM波進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理，再經(jīng)由驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)IPM（七個(gè)IGBT集成的模塊，包含相應(yīng)的保護(hù)，報(bào)警錯(cuò)誤電路）進(jìn)行逆變產(chǎn)生預(yù)期的三相電壓。4．4．1驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)原理及器件選型IPM的主要作用是將PWM波進(jìn)行電隔離，以及升壓為+15V以驅(qū)動(dòng)IPM。將采樣板與IPM的封脈沖端口連接起來(lái)。同時(shí)將IPM的反饋端經(jīng)電隔離之后送回采樣板。在器件選型中，選擇了PC900V（數(shù)字輸出型光耦合器）。經(jīng)查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，PC900V的輸入：正向電流=50mA、=1A、反向電壓：6V；輸出：Vcc=16V、Voh=16V、=50mA。具有的特點(diǎn)包括：高可靠性；正常關(guān)閉操作，集電極開路輸出；TTL、STTL輸出兼容；可以隔離較高的電壓；輸出需要接上拉電阻。應(yīng)用范圍廣泛，主要應(yīng)用于邏輯電路之間的隔離、邏輯電平轉(zhuǎn)換、繼電器和脈沖變壓器的更換以及降噪等。焊接溫度：260℃。PC900V（數(shù)字輸出型光耦合器）如圖4.12所示。圖4.12PC900V數(shù)字輸出型光耦合器1:IN+2:IN-3:NCt4:Vout5:GND6:Vcc圖4.13為TMS320F2812系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)板電路。圖4.13驅(qū)動(dòng)板電路同時(shí)還選擇了PC817光電耦合器。PC817光電耦合器由光電晶體管光學(xué)耦合的發(fā)光二極管組成。輸入輸出隔離電壓為5000Vrms。響應(yīng)時(shí)間較短，輸入電流為5mA時(shí)，最小CTR為50%。PC817的特點(diǎn)有：集電極-發(fā)射極電壓最小為80V；輸入和輸出之間的高隔離電壓等。廣泛應(yīng)用于電源中的反饋電路、開關(guān)電源、系統(tǒng)設(shè)備、測(cè)量?jī)x器、收銀機(jī)、復(fù)印機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)、家用電器等。PC817光電耦合器如圖4.14所示。圖4.14PC817光電耦合器接下來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)板電路各個(gè)部分的原理做一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。圖4.15上橋臂原理圖圖4.15中，經(jīng)過(guò)死區(qū)單元之后的PWM波（pd1~pd6）為低電平時(shí)，P輸出低電平。PWM波為高電平時(shí)，光耦發(fā)光二極管不發(fā)光，輸出端不流過(guò)電流，此時(shí)輸出端為高電平+15V。后面兩個(gè)電容為濾波穩(wěn)壓作用。輸入的PWM1、3、5對(duì)應(yīng)上橋臂，PWM2、4、6對(duì)應(yīng)下橋臂。輸出的控制信號(hào)P1、P2、P3為上三橋臂，對(duì)應(yīng)的下三橋臂依次為P4、P5、P6。圖4.16反饋信號(hào)原理圖圖4.16中，UFO、VFO、WFO、FO為IPM的反饋信號(hào)，當(dāng)IPM發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)發(fā)出低電平，光耦輸入端導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)輸出端導(dǎo)通，只要有任何一個(gè)錯(cuò)誤出現(xiàn)VCE都會(huì)輸出低電平。4．4．2驅(qū)動(dòng)板的PCB電路圖在驅(qū)動(dòng)板的PCB電路繪制過(guò)程中，首先繪制了PC900V（數(shù)字輸出型光耦合器）的封裝圖，如圖4.17所示。圖4.17PC900V數(shù)字輸出型光耦合器封裝圖然后通過(guò)查閱PC817光電耦合器的資料手冊(cè)，畫出封裝圖，見(jiàn)下圖4.18。圖4.18PC817光電耦合器封裝圖最后繪制了TMS320F2812系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)板的PCB電路圖，如圖4.19所示。圖4.19驅(qū)動(dòng)板的PCB電路圖4.5采樣板采樣板上分為：電源部分、碼盤部分、保護(hù)部分、驅(qū)動(dòng)部分。將各塊板子采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后輸送給DSP，以及將DSP輸出的控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理后輸送給驅(qū)動(dòng)板。4．5．1采樣板的設(shè)計(jì)原理及器件選型首先先介紹一下采樣板中的電源部分,然后介紹碼盤部分與保護(hù)部分，最后介紹驅(qū)動(dòng)部分。4．5．1．1電源部分電源部分的原理圖可以見(jiàn)圖4.20，電路中的電容用來(lái)濾波。圖4.20采樣板電路4．5．1．2碼盤部分碼盤部分主要是將碼盤返回的脈沖信號(hào)處理好輸送到DSP，計(jì)算出電機(jī)此刻的速度與轉(zhuǎn)向。在碼盤電路中，選擇了器件6N137光耦/光隔離器。6N137光耦/光隔離器是單通道10兆比特的耦合器，由高效率的輸入LED與光學(xué)光電二極管耦合集成。6N137的示意圖見(jiàn)圖4.21。圖4.216N137光耦/光隔離器6N137光耦/光隔離器具有許多特點(diǎn)，包括：高速10Mbd典型值、+5VCMOS兼容性、在-40°C至+100°C溫度范圍內(nèi)保證交流和直流性能超溫、5mA的低電流輸入能力等。表4.1為6N137光耦/光隔離器的輸入、輸出關(guān)系。表4.16N137光耦/光隔離器的輸入、輸出關(guān)系輸入VE（使能）輸出（VO）H（燈亮）HLL（燈滅）HHH（燈亮）LHL（燈滅）LL從表中可以看出，當(dāng)使能端為高電平、輸出端為低電平時(shí)，燈亮；當(dāng)使能端輸出低電平，輸出端輸出高電平時(shí)，燈也亮；但是當(dāng)使能端和輸出端同時(shí)輸出高電平或低電平時(shí)，燈滅。圖4.226N137芯片內(nèi)部電路原理圖由圖4.22可看出輸出的高電平需要經(jīng)上拉電阻與電源連接來(lái)提供。使能端為H，輸出由輸入決定。碼盤信號(hào)MA為L(zhǎng)時(shí)：Uin=H，芯片內(nèi)部燈亮，輸出為L(zhǎng)，MA為H時(shí)：Uin=L，芯片內(nèi)部燈滅，輸出為H。所以經(jīng)過(guò)光耦之后輸出極性沒(méi)有變化。圖4.23為6N137所連接的電路。圖4.236N137芯片電路連接圖同時(shí)還選擇了SN74LS14六路施密特觸發(fā)反向器，SN74LS14是邏輯門/反相器。它能夠?qū)⒕徛兓妮斎胄盘?hào)轉(zhuǎn)換為清晰定義、無(wú)抖動(dòng)的輸出信號(hào)。如圖4.24所示，為SN74LS14六路施密特觸發(fā)反向器。圖4.24SN74LS14六路施密特觸發(fā)反向器輸入、輸出關(guān)系：。輸入輸出具有滯回特性，起抗干擾的作用。圖4.25為SN74LS14電路原理圖。圖4.25SN74LS14最后，碼盤部分還選用了電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4254。74LVC4245是一種高性能、低功耗、低電壓、硅柵CMOS器件，優(yōu)于最先進(jìn)的CMOS兼容TTL系列。74LVC4245還是一種八進(jìn)制雙電源轉(zhuǎn)換收發(fā)器，在發(fā)送和接收兩個(gè)方向都具有非反相3態(tài)總線兼容輸出。它設(shè)計(jì)用于3/5V混合供電環(huán)境中3和5V總線之間的接口。74LVC4245電平轉(zhuǎn)換芯片具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：CMOS低功耗、與TTL的直接接口、控制輸入接受高達(dá)5.5伏的電壓等。經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片74LVC4254之后輸出到DSP進(jìn)行計(jì)算電機(jī)速度。圖4.26為74LVC4245電路原理圖。圖4.2674LVC42454．5．1．3保護(hù)部分主要作用是監(jiān)測(cè)輸出給電機(jī)的電流，以及監(jiān)測(cè)母線電壓。主要包括：母線電壓的欠、過(guò)電壓保護(hù)，泵升電壓限制，電機(jī)定子線電流的過(guò)流保護(hù)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)封鎖脈沖并指示故障類型。圖4.27為電流電壓跟隨及抬升電路。圖4.27電流電壓跟隨及抬升電路首先來(lái)介紹一下過(guò)流保護(hù)部分。線電流經(jīng)霍爾測(cè)量后輸出電壓信號(hào)經(jīng)前處理板電壓跟隨之后，到采樣板經(jīng)絕對(duì)值電路進(jìn)行波形翻轉(zhuǎn)之后，利用比較器監(jiān)控峰值，起保護(hù)作用。絕對(duì)值電路如圖4.28所示。圖4.28絕對(duì)值電路運(yùn)放的工作狀態(tài)：1.工作在運(yùn)算放大器狀態(tài)，即可運(yùn)用“虛短、虛斷”來(lái)分析電路。（需要形成負(fù)反饋）2.工作在比較器狀態(tài)（無(wú)負(fù)反饋時(shí)）：>時(shí)輸出為H，否則為L(zhǎng)。圖4.28所示，兩個(gè)運(yùn)放都有負(fù)反饋（兩個(gè)運(yùn)放的輸出IMAX是相連的），正常情況下都工作在運(yùn)放狀態(tài)。其中：左邊作為電壓跟隨器，右邊的作為反相比例器，比例系數(shù)為：。當(dāng)輸入電壓為正時(shí)：左邊的電壓跟隨使得IMAX為跟隨輸入，但是經(jīng)過(guò)兩個(gè)二極管電壓有所降低，降低，所以R53上承受的電壓為。右邊的R50、R51所承受的電壓和為。當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí)：右邊的反響比例放大器輸出為：-到此可知：。這里沒(méi)有選取整流橋作為絕對(duì)值電路是因?yàn)橄啾扔谡鳂颍鲜鲞\(yùn)放構(gòu)成的絕對(duì)值電路，主要是有以下優(yōu)點(diǎn)：輸入高阻抗，輸出低阻抗，這就使得它在電路中可以起到阻抗匹配的作用，能夠使得后一級(jí)的放大電路更好的工作。當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路，當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。一個(gè)對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開路，輸出電壓又不受后級(jí)阻抗影響的電路當(dāng)然具備隔離作用，即使前、后級(jí)電路之間互不影響。接著說(shuō)明一下比較部分，如圖4.29所示。反相輸入端的電壓為：經(jīng)絕對(duì)值電路之后的電流霍爾測(cè)量輸出，當(dāng)峰值大于預(yù)設(shè)閥值時(shí)（過(guò)流）光耦輸出低電平。調(diào)節(jié)比較器的正相輸入端的電壓即可調(diào)節(jié)閥值。圖4.29比較部分電路過(guò)壓保護(hù)部分如圖4.30所示。當(dāng)母線電壓Udout大于預(yù)設(shè)電壓閥值時(shí)：比較器輸出低電平，光耦輸出低電平。圖4.30過(guò)壓保護(hù)欠壓保護(hù)如圖4.31。當(dāng)母線電壓Udout小于預(yù)設(shè)電壓閥值時(shí)：比較器輸出低電平，光耦輸出低電平。圖4.31欠壓保護(hù)泵升保護(hù)電路參考圖4.32。當(dāng)有電壓沖擊時(shí)，如果電壓沖擊時(shí)間過(guò)短，過(guò)壓保護(hù)無(wú)法檢測(cè)到。這時(shí)由于滯回的比較器的滯回性質(zhì)，沖擊信號(hào)對(duì)于滯回比較器來(lái)說(shuō)作用時(shí)間更加長(zhǎng)。如圖4.32所示，當(dāng)過(guò)壓保護(hù)沒(méi)有作用時(shí)：D9導(dǎo)通OPTO4輸出接地。此時(shí)如果母線電壓超過(guò)滯回比較器的閥值，輸出為低電平，OPTO5輸出低電平。如果過(guò)壓保護(hù)起作用了，OPTO4不導(dǎo)通，但是過(guò)壓保護(hù)已經(jīng)起作用不用再考慮泵升保護(hù)。圖4.32泵升保護(hù)最后來(lái)說(shuō)明保護(hù)信號(hào)處理部分。這部分電路中用到了器件74F08與門、MM74HC573WM鎖存器、7407六角緩沖器（高電壓集電極開路輸出）。下面先分別簡(jiǎn)單介紹一下這些器件。74F08四路2輸入與門器件包含四個(gè)獨(dú)立的門，每個(gè)門執(zhí)行邏輯和功能。圖4.33為它的接線圖。圖4.3374F08接線圖MM74HC573WM三態(tài)八進(jìn)制D型鎖存器采用先進(jìn)的硅柵P阱CMOS技術(shù)。它可以驅(qū)動(dòng)15個(gè)LS-TTL負(fù)載。由于輸出驅(qū)動(dòng)能力較大，同時(shí)具有三態(tài)特性，該設(shè)備可以用于與總線組織系統(tǒng)中的總線接口。圖4.34為它的接線圖。圖4.34MM74HC573WM接口圖7407六角緩沖器（高電壓集電極開路輸出）裝置用于邏輯電平轉(zhuǎn)換，包含六個(gè)獨(dú)立的門，每個(gè)門執(zhí)行緩沖功能。\t"/soft/78/223/2019/_blank"開路集電極輸出端需要接外部上拉\t"/soft/78/223/2019/_blank"電阻。圖4.35為它的接線圖，如下所示。圖4.357407六角緩沖器接線圖表4.2為它的輸入輸出關(guān)系。輸入輸出LLHH輸入高電平>2V輸入低電平<0.8V輸出高電平<30V輸出低電平電流<40mAVcc供電電壓5V0.25V表4.27407六角緩沖器的輸入、輸出關(guān)系保護(hù)信號(hào)處理電路可以參考圖4.36和圖4.37。圖4.36正常情況下，輸出跟隨輸入，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，輸入信號(hào)變?yōu)榈碗娖藉e(cuò)誤信號(hào)燈亮。圖4.37的與門是將鎖存器的輸出全部與起來(lái)。只要有一個(gè)錯(cuò)誤發(fā)生，其輸出AERROR變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過(guò)7407將電源由5V換成+5V后，PDPINTB為低電平，再經(jīng)過(guò)7407給鎖存器EN提供低電平使鎖存器工作在鎖存狀態(tài)，形成自鎖，解決錯(cuò)誤之后可通過(guò)按鈕S1解除鎖定狀態(tài)。圖4.36保護(hù)信號(hào)處理電路第一種情況圖4.37保護(hù)信號(hào)處理電路第二種情況4．5．1．4驅(qū)動(dòng)部分驅(qū)動(dòng)部分的器件選型包括DS75452（系列雙外設(shè)驅(qū)動(dòng)器）和74LS06（非門）。DS75452（系列雙外設(shè)驅(qū)動(dòng)器）設(shè)計(jì)用于使用TTL邏輯的系統(tǒng)。典型應(yīng)用包括高速邏輯緩沖器，電源驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域?？筛咚偾袚Q輸出狀態(tài)。里面是兩與門，兩個(gè)輸入都是高電平時(shí)與門輸出高電平，三極管導(dǎo)通Y輸出為低電平，總體等效為與非門。輸出需要接上拉電阻，輸出高電平是5V時(shí)上拉電阻是1K。圖4.38為它的接線圖，見(jiàn)下圖。圖4.38DS75452接線圖表4.3為它的輸入輸出關(guān)系，如下所示。表4.3DS75452的輸入、輸出關(guān)系輸入高電平>2V輸入低電平<0.8V輸出高電平<30V輸出低電平0.25V、最大0.4V輸出低電平電流<100mAVcc供電電壓5V0.25V74LS06（非門）輸出需接上拉電阻，圖4.39為它的接線圖，如下所示。圖4.3974LS06接線圖表4.4為74LS06（非門）的輸入輸出關(guān)系，當(dāng)為輸入高電平且大于2V，為輸入低電平且小于0.8V時(shí)，輸出高電平但小于30V，輸出低電平為0.4V最大為0.5V，輸出小于48mA的低電平電流，Vcc為供電電壓。表4.474LS06（非門）的輸入、輸出關(guān)系輸入高電平>2V輸入低電平<0.8V輸出高電平<30V輸出低電平0.4V、最大0.5V輸出低電平電流<48mAVcc供電電壓5V0.25V驅(qū)動(dòng)部分的電路可以參考圖4.40和圖4.41所示。圖4.40驅(qū)動(dòng)部分的電路圖DSP輸出的六路PWM波經(jīng)7406非門翻一下，輸出P1~6。將P1~6經(jīng)與非門DS75452和錯(cuò)誤信號(hào)AERROR與非一下，即：當(dāng)有錯(cuò)誤發(fā)生，保護(hù)將起作用，使得PWM波的輸出Y1~6鎖定為高電平（IPM為低電平有效），進(jìn)行脈沖封鎖，封鎖IPM對(duì)電機(jī)的電壓輸出。圖4.41DS75452與非門電路連接圖4．4．2采樣板的PCB電路圖TMS320F2812系統(tǒng)采樣板的PCB電路圖如圖4.42所示。圖4.42采樣板的PCB電路圖結(jié)論本文介紹了TMS320F2812芯片，并設(shè)計(jì)繪制了TMS320F2812芯片最小系統(tǒng)的原理圖以及PCB電路，完成了TMS320F2812芯片外圍電路，包括霍爾電路、前處理電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)中所需要的器件進(jìn)行了選型。同時(shí)學(xué)習(xí)了AD軟件的使用，繪制了所設(shè)計(jì)電路的原理圖及PCB圖。具體工作如下：介紹了TMS320F2812芯片，包括：芯片的性能特點(diǎn)、引腳分布、中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、中斷管理和片內(nèi)外設(shè)等；對(duì)TMS320F2812芯片的最小硬件電路及外圍電路的原理做了說(shuō)明并進(jìn)行設(shè)計(jì)；3．完成了無(wú)刷雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括電源電路、霍爾電路、前處理電路、采樣電路及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；4．通過(guò)查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)，找到滿足電路指標(biāo)要求的器件，同時(shí)比較了各個(gè)器件的優(yōu)劣，選出性能最優(yōu)的器件；電阻的選取則是通過(guò)歐姆定律計(jì)算得到阻值；最終完成了包括各種芯片、電阻、電壓轉(zhuǎn)換模塊、光耦隔離等元器件型號(hào)的選?。?．利用AltiumDesigner軟件繪制所設(shè)計(jì)硬件電路的原理圖、器件封裝圖、PCB圖等；參考文獻(xiàn)[1]姜文強(qiáng).基于TMS320F2812的級(jí)聯(lián)無(wú)刷雙饋電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津:天津大學(xué),2011.[2]吳運(yùn)東.世界并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].風(fēng)力發(fā)電，2001(2)，1-4.[3]彼得·奧斯瓦爾多.發(fā)電量比功率更重要[J].風(fēng)力發(fā)電，2002(3)，9-11