基于TMS320LF2407A直流電機閉環(huán)調速控制系統(tǒng)的設計

摘要：針對某型直流電機調速系統(tǒng)的要求，采用TMS320LF2407A和AT89C51設計一種雙核直流電機閉環(huán)調速控制系統(tǒng)。TMS320LF2407A采集和調節(jié)電機轉速信號，AT89C51輸入給定轉速并顯示電機轉速。給出系統(tǒng)硬件原理框圖和程序流程。試驗結果表明該控制系統(tǒng)具有動態(tài)響應快、控制精度高、實時顯示、數(shù)據(jù)存儲等優(yōu)點。
關鍵詞：TMS320LF2407A；AT89C51；閉環(huán)調速；實時顯示；數(shù)據(jù)存儲

直流電動機以其良好的線性調速特性、簡單的控制性能、高質高效平滑運轉特性，一直在速度和位置控制方面處于主導地位，尤其是調速性能其他電動機無法比擬的。目前采用全控型電力電子器件進行脈寬調制(PWM)控制方式已成為直流電動機數(shù)字控制的基礎。由于DSP具有運算速度高，死區(qū)時間的PWM輸出，實現(xiàn)諸如模糊控制等復雜算法，外圍硬件少等優(yōu)點，因此廣泛用于電機數(shù)字控制。這里采用MS320LF2407A型DSP和AT89C5l單片機為核心設計一種針對直流電機的全數(shù)字調速控制系統(tǒng)。

1 TMS320LF2407A簡介
圖1為TMS320LF2407A內(nèi)部基本結構框圖，該器件采用先進的哈佛結構，流水線作業(yè)，在30 MHz的內(nèi)部時鐘頻率下，指令周期僅33 ns。由于其內(nèi)部具有硬件乘法器，一個周期內(nèi)即可完成16x16的算法，僅需33 ns。該器件內(nèi)部具有時鐘鎖相環(huán)電路，可通過軟件編程設置內(nèi)部所需高頻。

TMS320LF2407A內(nèi)部存儲器中包含DRAM和SRAM兩大類。其中，DRAM分為3個RAM塊B0、Bl、B2，容量依次為256字、256字、32字。這些RAM都允許在1個指令周期內(nèi)訪問2次，因此數(shù)據(jù)處理能力顯著增加。同時，B0塊還可通過程序配置為數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器區(qū)。若配置為程序存儲器區(qū)則可在上電時將浮點算法子程序或數(shù)據(jù)表由外部慢速EPROM裝入該空間區(qū)，以緩解高速處理器與慢速外設間的矛盾，從而提高控制系統(tǒng)的動態(tài)性。TMS320LF2407A內(nèi)置采樣保持的10位精度、高速MD轉換器，轉換時間最短為500 ns。此外TMS320LF2407A還具有豐富的、功能強大的中斷系統(tǒng)以及常用的I／O接口，這些特性大大簡化了調速控制系統(tǒng)時硬件電路設計。

2 系統(tǒng)硬件設計
圖2為基于TMS320LF2407A直流電機閉環(huán)調速控制系統(tǒng)硬件框圖。系統(tǒng)主電路采用交／直，交電壓型變換器，功率器件采用智能功率模塊IPM，該模塊包含由4個：IGBT以及4個與IGBT反并聯(lián)的續(xù)流二極管。控制電路部分由AT89C5l控制單元、TMS320LF2407A控制器、電流檢測、轉速檢測、過壓保護、欠壓保護、過流保護、液晶顯示和鍵盤輸入接口等電路組成。