基于DSP在现代电力电子与交流电机控制系统中的应用

　　DSP 在电机控制领域的真正大规模应用开始于 1998 年TI 面向电机、运行及过程控制等领域推出业界首款具有片上闪存的 DSP——TMS320F240 ［15］ 。同年，TI 推出 Code Composer Studio，业界第一款集成化、开放式 DSP 软件开发环境，可将DSP 的编码时间缩短 50％以上。TMS320F240 集成了一个运行于 20MHz 的 TMS320C2XX DSP 内核，2 个 8 路复用 10 位A/D 转换器，一个功能强大的事件管理器，SPI 和 SCI 串行通讯口，看门狗电路，32K 字 FLASH ROM 以及其他一些外设。特别值得一提的是它所集成的事件管理器，它是电机控制专用外设的一个集合，也沿用到后来 TI 的电机控制专用 DSP 当中并加以改善。事件管理器中集成了 3 个 16 位定时器，并以这3 个定时器为基础，控制着事件管理器中其他的外设，包括比较器、PWM 发生器、死区时间发生器、捕获单元、正交编码电路，还可以控制 A/D 转换器的操作。其中 PWM 发生器从硬件上支持现代电力电子系统和电机控制系统中常用的空间矢量 PWM 方式，使得生成 PWM 所需的代码大大简化。同时该DSP 为每个外设提供了丰富的中断源，极大的方便了实时处理器内核，改进了中断响应和处理的速度，改进了存储器管理，具有更高的 C/C++编程效率。F2812 内部集成了更大的存储器，有 128K×16 位的 FLASH ROM，1K×16 位 OTP ROM，总共 18K×16 位的 SARAM，在其 4K×16 位 BOOT ROM 中还集成了一些标准数学函数表。在外设方面，F2812 比以往的DSP 也更加强大。F2812 的外部存储器接口可以访问 1M 字节的地址空间，其等待状态发生器和灵活的片选信号使得外部存储器配置更加方便。它集成了 3 个 32 位 CPU 定时器，方便调试软件的使用和实时操作系统的运行。在电机控制专用外设方面，集成了 2 组事件管理器，与 C2000 系列完全兼容，同时集成了转换速度达到 80ns 的 12 位 16 通道复用 A/D 转换器，使得控制系统的采样速度和精度大大提高。其通讯接口也更加完善，除了两个 SCI 接口、SPI 接口和增强的 eCAN 总线接口之外，还集成了一个 McBSP 串行接口，增强了通讯能力和外接其他串行外设的能力。此外，芯片上与外设相关的管脚大多可以复用作为通用的 IO 口，IO 接口非常丰富。特别值得一提的是 F2812 和 F2810 当中设计了专门用于实时调试的硬件，可以在不中断程序运行的状态下，由仿真器通过 JTAG 接口获得CPU 和存储器的状态，这对于实时控制系统来说意义重大。TI 公司还为其开发了更高效率的 C/C++语言编译器和新一代的 Code Composer Studio 集成调试软件，使得开发基于 F2812和 F2810 的控制系统更加容易。目前已经有一些科研和生产单位开始在他们的研究和开发当中采用F2812或者F2810设计电机控制系