數字信號處理器原理與應用 課程實驗指導書
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2018-10-21 02:54 上傳
第一節ICETEK-LF2407-A 板級產品介紹
1.1 ICETEK-LF2407-A概述
ICETEK-LF2407-A 板是一塊獨立的目標板，它非常適合檢驗 LF2407 DSP 的性
能，此外，本目標板提供了LF240x系列芯片進行擴展和運行軟件的標準平臺。
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 字節的片上數據存儲器，128K 板上存儲器，片上 UART，
DAC7625 數模轉換器。此 EVM 板還提供了 DSP的擴展引腳，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行擴展，從而縮短了調試時間。
1.2 ICETEK-LF2407-A 板功能
它主要的接口包括目標存儲器接口、模擬接口、CAN 總線接口、并口、用戶指
示燈和開關、外部擴展接口。
LF2407提供了128K的靜態存儲器，外部I/O口支持相應的 64k I/O端口，片上
的 CAN總線和 RS232 端口可用做擴展連接。
1.3 結構框圖
ICETIK-LF2407-A板的結構框圖如圖1-1所示。
第二節 板上器件功能與使用方法
本節描述了 EVM 板的構造和使用方法并提供了 EVM 板上接口的資料。
2.1 ICETEK-LF2407-A板構造
ICETEK-LF2407-A板由 6 個主要部分組成：
·LF2407外部存儲器
·A/D，D/A轉換
·串口
·指示燈和開關
·片上 CAN總線
·SPI 口
·DSP擴展引腳
·JTAG接口
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三．實驗原理
1．TMS320LF2407DSP的通用 I/O 引腳
TMS320LF2407DSP 可以提供超過 40 個通用 I/O 引腳。
每個 IO 均有一組控制寄存器設置復用狀態，這一組寄存器的訪問是通過映射在
DSP 數據區的地址進行。
通過設置各管腳的工作方式和狀態，可以實現將它們當成通用 I/O 引腳使用。
2．直流電機控制
直流電動機是最早出現的電動機，也是最早能實現調速的電動機。近年來，直
流電動機的結構和控制方式都發生了很大的變化。隨著計算機進入控制領域，以及
新型的電力電子功率元器件的不斷出現，使采用全控型的開關功率元件進行脈寬調
制(Puls Width Modulation，簡稱 PWM)控制方式已成為絕對主流。
PWM 調壓調速原理
直流電動機轉速 n 的表達式為：
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 為電動機結構參數。
所以直流電動機的轉速控制方法可分為兩類：對勵磁磁通進行控制的勵磁控制
法和對電樞電壓進行控制的電樞控制法。其中勵磁控制法在低速時受磁極飽和的限
制，在高速時受換向火花和換向器結構強度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態
響應較差，所以這種控制方法用得很少。現在，大多數應用場合都使用電樞控制法。
絕大多數直流電機采用開關驅動方式。開關驅動方式是使半導體功率器件工作在開
關狀態，通過脈寬調制PWM 來控制電動機電樞電壓，實現調速。
上圖是利用開關管對直流電動機進行 PWM 調速控制的原理圖和輸入輸出電壓波
形。圖中，當開關管 MOSFET 的柵極輸入高電平時，開關管導通，直流電動機電樞繞
組兩端有電壓Us。t1 秒后，柵極輸入變為低電平，開關管截止，電動機電樞兩端電
壓為0。t2 秒后，柵極輸入重新變為高電平，開關管的動作重復前面的過程。這樣，
對應著輸入的電平高低，直流電動機電樞繞組兩端的電壓波形如圖中所示。電動機
的電樞繞組兩端的電壓平均值Uo 為
占空比α表示了在一個周期 T 里，開關管導通的時間與周期的比值。α的變化
范圍為0≤α≤1。由此式可知，當電源電壓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，從而達到調速
的目的，這就是PWM 調速原理。
PWM 調速方法
在 PWM 調速時，占空比α是一個重要參數。以下 3 種方法都可以改變占空比的
值：
(1)定寬調頻法：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)調寬調頻法：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速時改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當控制脈沖的頻率
與系統的固有頻率接近時，將會引起震蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直
流電動機的控制中，主要使用定頻調寬法。
3．ICETEK-CTR直流電機模塊
原理圖
ICETEK-CTR即顯示/控制模塊上直流電機部分的原理圖見下圖。
圖中PWM輸入對應ICETEK-LF2407-A板上P4外擴插座第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的轉速；圖中的 DIR 輸入對應
ICETEK-LF2407-A 板上P4 外擴插座第 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的方向。 從 DSP 輸出的 PWM 信號和轉向信號先經過 2
個與門和1 個非門再與各個開關管的柵極相連。
控制原理
當電動機要求正轉時，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，所以開關管 V1 柵極受 PWM 控制；第 2
路直接與開關管 V4 的柵極相連，使 V4 導通；第 3 路經非門 F1 連接到與門 Y2 的輸
入端，使與門 Y2 輸出為 0，這樣使開關管 V3 截止；從非門 F1 輸出的另一路與開關
管 V2 的柵極相連，其低電平信號也使 V2 截止。
同樣，當電動機要求反轉時，IOPE4 給出低電平信號，經過 2 個與門和 1個非門
組成的邏輯電路后，使開關管V3 受 PWM 信號控制，V2 導通，V1、V4 全部截止。
四. 實驗程序
程序中采用定時器中斷產生固定頻率的PWM 波，100 次中斷為一個周期，在每個
中斷中根據當前占空比判斷應輸出波形的高低電平。
主程序用輪詢方式讀入鍵盤輸入，得到轉速和方向控制命令。
在改變電機方向時為減少電壓和電流的波動采用先減速再反轉的控制順序。
port8000=1; //使能直流電機
port8007=0; // 關閉東西方向的交通燈
port8007=0x40; // 關閉南北方向的交通燈
uN=10; nCount=nCount1=0; //cKey=cOldKey=0;
*WDCR=0x6f;
*WDKEY=0x5555;
*WDKEY=0xaaaa; //關閉看門狗中斷
*SCSR1=0x81fe; //打開所有外設，設置時鐘頻率為 40MHz
uWork=(*MCRC);
uWork&=0x0efdf; /* 將PWM11/IOPE5,TDIR2/IOPF4 設置成通用I/O口 */
(*MCRC)=uWork;
gp_init();
*IMR=0x2; //使能定時器中斷
*IFR=0xffff; //清所有中斷標志
uWork=(*WSGR); //（以下三句）設置 I/O 等待狀態為 0
uWork&=0x0fe3f;
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