基于DSP的CAN2.0B网络接口的数字逆变控制器的设计

随着电子技术的不断进步，特别是3C（计算机、通信、消费电子）的飞速发展，电子设备日趋数字化、小型化和集成化，嵌入式芯片逐渐成为设计开发人员的首选。DSP作为嵌入式芯片的典型代表之一，在信息产业领域得到了广泛应用。
　　DSP虽然为3C产品的开发提供了很好的硬件支撑平台，但设计者仍得花费一定的时间去掌握DSP内部各种寄存器的正确设置、软件编程方法以及控制算法设计，这必然会增大产品开发难度，延长产品开发周期，从而影响开发效率。Matlab公司最新推出的针对DSP应用控制系统而开发的嵌入式目标模块Embedded Target for TI C2000 DSP即可解决上述问题，用户通过使用该模块，不仅可以进行电路的系统级仿真，还可编译生成相应的C语言代码，并下载到目标板，直接运行程序，进行算法的探索与设计思路的验证，提高开发效率。
　　应用流程
　　作为一种专用的集成开发环境，Matlab公司最新推出的Embedded Target for TI C2000 DSP 开发平台能够让设计人员直接进行（半）实物仿真、算法的探索与研究，以及产品可靠性的验证，从而有效地减少了设计开发过程中的消耗，加快了原型开发的速度。该平台有如下几个优点：
　　1） 在TI C2000 DSP 上自动测试、执行Simulink仿真模型；
　　2） 提供模块化的系统和功能，比如PWM、ADC、CAN以及目标板载内存等；
　　3） 生成文档化的易读可编辑的C语言代码，并生成Code Composer Studio项目文件；
　　4） 在F2407 eZdsp评估板和F2812 eZdsp评估板上进行自动化实时测试；
　　5） 对TI推出的IQmath Library提供模块化的支持，可以用于仿真和代码生成；
　　6） 可以进行定点系统的设计、仿真、自动定标和代码生成工作。
　　Embedded Target for TI C2000 DSP提供了将MATLAB和Simulink与TI eXpressDSP工具、TI C2000 DSP控制器集成在一起进行系统开发的手段。通过Real-Time Workshop和TI的开发工具将Simulink模型转变为实时C代码，这样就可以利用这些产品在TI C2000 DSP系统上（如F2812 eZds评估板和F2407 eZdsp评估板等）实现自动代码生成、产品原型和嵌入式系统实现，并可实时进行算法验证，极大地提高了开发效率。另外，该模块还有强大的可扩充能力，用户可以增加自己的代码、中断服务程序、IO设备驱动到CCS（Code Composer Studio）的工程项目中，这样就可以直接驱动自行开发研制的控制板卡或第三方的硬件设备板卡，完成产品的设计。采用该平台，开发人员不用编写一行代码，就可以完成几乎所有设计、仿真和编程下载的工作，整个开发流程如图1所示。
　　
　　图1 Embedded Target for TI C2000应用流程示意图
　　Embedded Target for TI C2000 DSP应用实例
　　下面以一个基于DSP TMS320F2812芯片的带CAN2.0B网络接口的数字逆变控制器的设计为例，介绍利用Embedded Target for TI C2000 DSP模块，与Matlab的Simulink产品中的其他模块结合，实现对该逆变控制器进行仿真和编程下载的应用。
　　数字式逆变器采用单相半桥逆变结构，逆变控制器核心芯片选用TMS320F2812，输出两路SPWM，EXB841模块作为SPWM信号的驱动放大器，控制开关采用全控器件IGBT，输入电压311V，输出电压为100V（有效值），开关频率为10kHz，逆变输出电压频率为50Hz。逆变控制器的系统原理及接口框图如图2所示，逆变系统的电流和电压通过电压霍尔传感器和电流采样电路分别检测出来，送入模拟信号处理电路中进行模拟滤波处理和幅值调整，处理后的信号送入DSP芯片之中，经过DSP片内的12位A/D转换模块，变为数字信号，DSP对信号进行数字滤波后，判断单相半桥的输出电压、电流是否过压或过流，并采取相应的保护措施；再根据控制算法进行处理，通过DSP片内的PWM输出模块，得到所需要的两路SPWM波形信号，经过EXB841驱动放大模块进行处理，最后对IGBT逆变半桥进行控制，从而实现直流－交流的逆变。同时还利用DSP片内的CAN2.0B模块，保留一个对外的CAN网络接口，便于使用网络通信对数字逆变控制器进行实时控制和监测。