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數(shù)字信號處理器原理與應(yīng)用 課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
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2018-10-21 02:54 上傳
第一節(jié)ICETEK-LF2407-A 板級產(chǎn)品介紹
1.1 ICETEK-LF2407-A概述
ICETEK-LF2407-A 板是一塊獨(dú)立的目標(biāo)板，它非常適合檢驗(yàn) LF2407 DSP 的性
能，此外，本目標(biāo)板提供了LF240x系列芯片進(jìn)行擴(kuò)展和運(yùn)行軟件的標(biāo)準(zhǔn)平臺。
ICETEK-LF2407-A板使用了TMS320LF2407 DSP 芯片，兼容所有LF2407的使
用代碼，它具有 2.5K 字節(jié)的片上數(shù)據(jù)存儲器，128K 板上存儲器，片上 UART，
DAC7625 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。此 EVM 板還提供了 DSP的擴(kuò)展引腳，方便了用戶外搭所需
電路。
許多用戶接口可利用簡單的代碼進(jìn)行擴(kuò)展，從而縮短了調(diào)試時(shí)間。
1.2 ICETEK-LF2407-A 板功能
它主要的接口包括目標(biāo)存儲器接口、模擬接口、CAN 總線接口、并口、用戶指
示燈和開關(guān)、外部擴(kuò)展接口。
LF2407提供了128K的靜態(tài)存儲器，外部I/O口支持相應(yīng)的 64k I/O端口，片上
的 CAN總線和 RS232 端口可用做擴(kuò)展連接。
1.3 結(jié)構(gòu)框圖
ICETIK-LF2407-A板的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。
第二節(jié) 板上器件功能與使用方法
本節(jié)描述了 EVM 板的構(gòu)造和使用方法并提供了 EVM 板上接口的資料。
2.1 ICETEK-LF2407-A板構(gòu)造
ICETEK-LF2407-A板由 6 個(gè)主要部分組成：
·LF2407外部存儲器
·A/D，D/A轉(zhuǎn)換
·串口
·指示燈和開關(guān)
·片上 CAN總線
·SPI 口
·DSP擴(kuò)展引腳
·JTAG接口
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三．實(shí)驗(yàn)原理
1．TMS320LF2407DSP的通用 I/O 引腳
TMS320LF2407DSP 可以提供超過 40 個(gè)通用 I/O 引腳。
每個(gè) IO 均有一組控制寄存器設(shè)置復(fù)用狀態(tài)，這一組寄存器的訪問是通過映射在
DSP 數(shù)據(jù)區(qū)的地址進(jìn)行。
通過設(shè)置各管腳的工作方式和狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)將它們當(dāng)成通用 I/O 引腳使用。
2．直流電機(jī)控制
直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。近年來，直
流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及
新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)
制(Puls Width Modulation，簡稱 PWM)控制方式已成為絕對主流。
PWM 調(diào)壓調(diào)速原理
直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式為：
其中，U為電樞端電壓；I為電樞電流；R為電樞電路總電阻；Φ為每極磁通量；
K 為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
所以直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類：對勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制
法和對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。其中勵(lì)磁控制法在低速時(shí)受磁極飽和的限
制，在高速時(shí)受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)
響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制法。
絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開
關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM 來控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。
上圖是利用開關(guān)管對直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速控制的原理圖和輸入輸出電壓波
形。圖中，當(dāng)開關(guān)管 MOSFET 的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞
組兩端有電壓Us。t1 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電
壓為0。t2 秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。這樣，
對應(yīng)著輸入的電平高低，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端的電壓波形如圖中所示。電動(dòng)機(jī)
的電樞繞組兩端的電壓平均值Uo 為
占空比α表示了在一個(gè)周期 T 里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。α的變化
范圍為0≤α≤1。由此式可知，當(dāng)電源電壓Us 不變的情況下，電樞的端電壓的平均
值 Uo取決于占空比α的大小，改變α值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速
的目的，這就是PWM 調(diào)速原理。
PWM 調(diào)速方法
在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比α是一個(gè)重要參數(shù)。以下 3 種方法都可以改變占空比的
值：
(1)定寬調(diào)頻法：這種方法是保持 t1 不變，只改變 t2，這樣使周期 T(或頻率)
也隨之改變。
(2)調(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持 t2 不變，只改變 t1，這樣使周期 T(或頻率)
也隨之改變。
(3)定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期T(或頻率)保持不變，而改變t1 和 t2。
前兩種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率
與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會引起震蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直
流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。
3．ICETEK-CTR直流電機(jī)模塊
原理圖
ICETEK-CTR即顯示/控制模塊上直流電機(jī)部分的原理圖見下圖。
圖中PWM輸入對應(yīng)ICETEK-LF2407-A板上P4外擴(kuò)插座第26引腳的IOPE5信號，
DSP 將在此引腳上給出 PWM 信號用來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；圖中的 DIR 輸入對應(yīng)
ICETEK-LF2407-A 板上P4 外擴(kuò)插座第 29 引腳的 IOPF4 信號，DSP 將在此引腳上給出
高電平或低電平來控制直流電機(jī)的方向。 從 DSP 輸出的 PWM 信號和轉(zhuǎn)向信號先經(jīng)過 2
個(gè)與門和1 個(gè)非門再與各個(gè)開關(guān)管的柵極相連。
控制原理
當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求正轉(zhuǎn)時(shí)，IOPE5 給出高電平信號，該信號分成 3 路：第1路接與門
Y1 的輸入端，使與門 Y1 的輸出由 PWM 決定，所以開關(guān)管 V1 柵極受 PWM 控制；第 2
路直接與開關(guān)管 V4 的柵極相連，使 V4 導(dǎo)通；第 3 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 V3 截止；從非門 F1 輸出的另一路與開關(guān)
管 V2 的柵極相連，其低電平信號也使 V2 截止。
同樣，當(dāng)電動(dòng)機(jī)要求反轉(zhuǎn)時(shí)，IOPE4 給出低電平信號，經(jīng)過 2 個(gè)與門和 1個(gè)非門
組成的邏輯電路后，使開關(guān)管V3 受 PWM 信號控制，V2 導(dǎo)通，V1、V4 全部截止。
四. 實(shí)驗(yàn)程序
程序中采用定時(shí)器中斷產(chǎn)生固定頻率的PWM 波，100 次中斷為一個(gè)周期，在每個(gè)
中斷中根據(jù)當(dāng)前占空比判斷應(yīng)輸出波形的高低電平。
主程序用輪詢方式讀入鍵盤輸入，得到轉(zhuǎn)速和方向控制命令。
在改變電機(jī)方向時(shí)為減少電壓和電流的波動(dòng)采用先減速再反轉(zhuǎn)的控制順序。
port8000=1; //使能直流電機(jī)
port8007=0; // 關(guān)閉東西方向的交通燈
port8007=0x40; // 關(guān)閉南北方向的交通燈
uN=10; nCount=nCount1=0; //cKey=cOldKey=0;
*WDCR=0x6f;
*WDKEY=0x5555;
*WDKEY=0xaaaa; //關(guān)閉看門狗中斷
*SCSR1=0x81fe; //打開所有外設(shè)，設(shè)置時(shí)鐘頻率為 40MHz
uWork=(*MCRC);
uWork&=0x0efdf; /* 將PWM11/IOPE5,TDIR2/IOPF4 設(shè)置成通用I/O口 */
(*MCRC)=uWork;
gp_init();
*IMR=0x2; //使能定時(shí)器中斷
*IFR=0xffff; //清所有中斷標(biāo)志
uWork=(*WSGR); //（以下三句）設(shè)置 I/O 等待狀態(tài)為 0
uWork&=0x0fe3f;
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