高性能的電機控制器ADMC401

摘要：本文介紹了美國模擬器件公司推出的用于電機控制的高檔DSP控制器ADMC401，具體分析了其結(jié)構(gòu)及控制外設，并提供了使用方法。

關鍵詞：DSP 電機控制

ADMC401是美國模擬器件公司（ADI）推出DSP芯片中的高檔產(chǎn)品，它以ADSP-2171為內(nèi)核，輔以完備的電機控制外設。與ADMC331相比，ADMC401在電機控制外設上增加了碼盤接口、事件捕獲單元，并提供了外部地址和數(shù)據(jù)擴展能力，增強了A/D轉(zhuǎn)換能力，為在高集成環(huán)境中實施快速的電機控制開辟了廣闊的空間?？蓮V泛應用于交流感應電動機（ACIM）、永磁同步機（PMSM）、無刷直流機（BDCM）和開關磁阻電動機（SR）等控制系統(tǒng)中。本文重點討論了ADMC401的外設，并提供了具體的使用方法供讀者參考。

基本結(jié)構(gòu)

ADMC401的功能框圖如圖1所示：

ADMC401采用26MIPS定點ADSP-2171為內(nèi)核，它兼容于ADSP-21XX系列的其他DSP控制器；其指令周期為38.5ns（外接13MHz晶振），在一個指令周期內(nèi)DSP內(nèi)核可以完成以下功能：

·產(chǎn)生下一個程序地址

·取下一個指令

·進行一個或兩個數(shù)據(jù)移動

·更新一個或兩個數(shù)據(jù)地址指針

·進行一次數(shù)據(jù)運算

與此同時，還可完成從兩個串行口發(fā)送或接收數(shù)據(jù)、產(chǎn)生PWM信號、轉(zhuǎn)換A/D輸入信號、操作碼盤接口等工作。

ADMC401內(nèi)部提供了2K×24位的內(nèi)部程序RAM、2K×24位的內(nèi)部程序RAM和1K×16位的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM；程序及數(shù)據(jù)RAM的內(nèi)容可由其串口從外部ROM中以同步或異步方式調(diào)入。為了滿足實際工程的需要，ADMC401還提供了外部存儲器的擴展能力，用戶最多可以直接尋址片外14K×24位的程序存儲器用13K×16位的數(shù)據(jù)存儲器。

作為高性能的電機控制器，ADMC401含有一些機控制專用的外圍設備。其中包括：8路12位A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、三相16位PWM產(chǎn)生單元、兩路輔助PWM輸出及用于位置反饋的增量式碼盤接口。另外ADM401還包括12路數(shù)字I/O口，事件捕獲單元及內(nèi)部定時器等設施，為開發(fā)快速、高精度的電機控制系統(tǒng)提供了完善的硬件設施。下面詳細討論這一部分。

用于電機控制的主要外設

A/D轉(zhuǎn)換單元

ADMC401含有一個快速、高精度的8路A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，主要功能框圖如圖2所示；

其中VI0到VI7是模擬量輸入端，ASHAN，BSHAN是樣保持器SHA的偏移量輸入端。另外，輸入信號VI0到VI7被分成兩組，每組各使用一個采樣保持器SHA A和SHA B，這種結(jié)構(gòu)使得用戶可以同時采樣兩個信號（即下面的工作模式一）。8路轉(zhuǎn)換的全部用時不足2us（外接13MHz晶振），解決了實際應用中高速A/D轉(zhuǎn)換的問題。A/D轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍由引腳VREF決定，若選用ADMC401內(nèi)部產(chǎn)生的2V參考電壓，則電壓輸入范圍是0—4V。

A/D轉(zhuǎn)換有四種工作模式，由內(nèi)部寄存器ADCCTRL的3、4位確定：

模式1.同步采樣模式

模式2.順序采樣模式

模式3和模式4分別是補償矯正模式和增益矯正模式，用戶可以對采樣的數(shù)據(jù)進行適當?shù)难a償，以實現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)換。

三相PWM控制器

ADMC401提供的PWM發(fā)生器功能強大、使用簡單，不僅能產(chǎn)生通用的PWM波，而且還為無刷直流機和開關磁阻電機分別提供了專門的PWM波產(chǎn)生方式，通過設置相應的引腳即可實現(xiàn)對不同系統(tǒng)的控制。

PWM發(fā)生單元產(chǎn)生3個高側(cè)控制信號和3個低側(cè)控制信號以及一路用于同步的PWMSYNC信號。輸出PWM信號的開關頻率、死區(qū)時間和最小脈沖寬度均可通過改動相應的寄存器值來設置，并且允許用高頻斬波信號對PWM輸出波形進行調(diào)制，以便利用變壓器進行隔離和驅(qū)動。

ADMC401的PWM波有兩種更新模式，在第一種模式下，占空比、死區(qū)時間等值在一個PWM周期內(nèi)保持不變，要想設置不同的值只能在下一個PWM周期改變；而在第二種模式下，使用者可以根據(jù)實際的需要，在PWM周期的一半處進行以上值的改變，這樣提高了系統(tǒng)的靈活性，但由于PWM波的不對稱性可能會產(chǎn)生諧波干擾問題。這一點應當引起注意。

要想關斷PWM信號，可以將PWMTRIP引腳置零或?qū)IO口設為PWM關斷源。除了這兩種硬件方式外，用戶還可以通過軟件將PWMSWT的第一位置1來關斷PWM信號。

碼盤接口單元

ADMC401提供的增量式碼盤接口是ADMC331所沒有的，它可以方便的實現(xiàn)電機控制中的位置檢測和測速，為構(gòu)造高性能的控制系統(tǒng)提供了良好的硬件條件。

碼盤接口單元（EIU）由四個輸入端，其中EIA、EIB接受碼盤輸出的兩路正交信號，EIZ、EIS是零使能和選通信號，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

它主要由三部分組成：接口部分、循環(huán)定時部分和事件定時器部分，輸入信號首先進入可編程噪音濾波單元濾波后，A、B信號進入16位積分加減計數(shù)器，它產(chǎn)生的信號送入碼盤事件定時器，結(jié)合循環(huán)定時信號共同得到測速所需的信號（用戶可以讀取相應的寄存器獲得）。所得信息經(jīng)過適當?shù)挠嬎悖芍苯佑米麟姍C的速度信號。

其他外設

串行口

ADMC401提供了兩個全雙I同步串行口SORT0、SORT1，用以完成串行通訊和處理機間的通訊。

可編程數(shù)字I/O口

ADMC401擁有12路可編程數(shù)字I/O品，PI0至PI11，用戶可以通過相應的寄存器直接對端口進行操作，另外每一端口都可設為一個中斷源。

事件捕獲單元

ADMC401提供了兩種事件捕捉輸入通道ETU0和ETU1，內(nèi)部分別對應兩個寄存器。

監(jiān)視定時器

監(jiān)視定時器能夠在程序運行出錯時執(zhí)行一次對DSP和控制外設的有效的復位操作，這一方法已在微機控制系統(tǒng)中被廣泛應用。

中斷控制器

ADMC401提供的中斷控制器能夠在最短的時間內(nèi)響應多個中斷，其中外圍中斷包括PI/O口、A/D轉(zhuǎn)換、PWM中斷等由IRQ2引腳產(chǎn)生。

應用舉例

除了完備的硬件設施外，ADMC401的軟件設計環(huán)境也較為寬松，用戶可以利用發(fā)發(fā)裝置中的配套軟件，在WINDOWS下實現(xiàn)編程及調(diào)試任務，下面以產(chǎn)生固定占空比的PWM波為例給讀者提供一個初步的印象。

程序首先初始化PWW寄存器和中斷寄存器，然后為調(diào)用PWMSYNC中斷建立中斷向量表；主程序只做循環(huán)工作，等待中斷的產(chǎn)生；在PWMSYNC中斷服務程序中，向三個通道分別寫入不同的占空比。程序運行后，用示波器可以看到固定占空比的PWM波形。程序清單從略。

在開發(fā)ADMC401的產(chǎn)品時，用戶可利用ADI公司提供的開發(fā)套件進行調(diào)試研究，套件由連接在一起的處理板和連結(jié)板構(gòu)成，用戶可將處理板上的串行口SORT1與計算機的串行口相連，并在計算機上安裝提供的開發(fā)軟件，然后就可以進行相應軟件的開發(fā)調(diào)試；在硬件上，用戶可將輸入輸出信號接到連接板上相應的外設接口上，這樣用戶就可以利用ADMC401開發(fā)自己的產(chǎn)品了。