常用自動控制系統(tǒng)設(shè)計硬件電路設(shè)計

1、基于LF2407的數(shù)字PID控制器和模糊PI控制器的DSP實現(xiàn)電路原理圖是一樣的，如圖1所示。圖1 用DSP實現(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，也即被控電機的實際輸出轉(zhuǎn)速，通過一個限流電阻RI送到由AD8041構(gòu)成的電壓跟隨器里，經(jīng)過放大后，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路復用的片上AD轉(zhuǎn)換器，本實例只采用第0通道的AD轉(zhuǎn)換。由DSP計算出控制量，通過外部數(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由外部提供復位信號，由無源晶振提供6MHz時鐘。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是一種定點型DSP，它的功能強大的CPU為C2000DSP的應用提供了低成本、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)，對工業(yè)應用中的電機數(shù)字化控制非常有用，是電機數(shù)字化控制的升級換代的產(chǎn)品。該系列DSP具有如下一些優(yōu)點。· 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時控制能力。· 片內(nèi)有高達32KB的Flash程序存儲器，高達15KB的數(shù)據(jù)程序RAM，544Byte的雙口RAM（DARAM）和2KB的單口RAM（SARAM）。· 兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個都包括：2個16位通用定時器；8個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的對稱和非對稱波形；當外部引腳PDPINTx出現(xiàn)低電平時快速關(guān)閉PWM通道；可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖；3個捕獲單元；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電機、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機、步進電機等。· 可擴展的外部存儲器最大共有192KB空間；64KB程序存儲器空間；64KB數(shù)據(jù)存儲器空間；64KB IO尋址空間。· 看門狗定時器模塊（WDT）。· 10位AD轉(zhuǎn)換器的最小轉(zhuǎn)換時間是500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸人的AD轉(zhuǎn)換器或者一個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)的時鐘發(fā)生器

5、。· 高達40個可單獨編程或復用的通用輸人輸出引腳（GPIO）。· 5個外部中斷，其中2個電機驅(qū)動保護、復位和2個可屏蔽中斷。· 電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地把外設(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涉及到系統(tǒng)性能指標的關(guān)鍵芯片是DA轉(zhuǎn)換芯片，本案例中選用美國AD公司的AD7237來進行數(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。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。· 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)建立時間是30ns· 單電源供電時，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，對輸入信號放大，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AD公司AD8041，它具有如下的一些關(guān)鍵特點。· 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，在低于地電平200mV的輸入電壓下能正常工作。· 片上具有DISA