基于DSP的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的研究--畢業(yè)論文

1、基于dsp的開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)的研究摘要本論文介紹了開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(srd)的構(gòu)成及其在國際國內(nèi)的發(fā) 展?fàn)顩r，對開關(guān)磁阻電機的特點和電磁原理進行了闡述，它的優(yōu)點有結(jié)構(gòu) 簡單、成本低、損耗小、效率高、可控參數(shù)多、控制靈活、起動電流小、 起動轉(zhuǎn)矩大。同時介紹了dsp的發(fā)展、特點及應(yīng)用本文分析了dsp與開關(guān)磁阻電機控制 器接口電路要求和dsp外圍電路接口技術(shù)。介紹了srd的控制方式和本系統(tǒng) 所采用的控制策略，講述了dsp芯片的種類以及各類的作用和應(yīng)用，隨著 dsp芯片性能價格比的不斷提高，可以預(yù)見dsp芯片將會在更多的領(lǐng)域內(nèi)得 到更為廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，dsp產(chǎn)品的應(yīng)用已擴大到人們的

2、學(xué) 習(xí)、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。 本文述對控制器的硬件電路進行了設(shè)計，控制器以ti公司的tms320lf2407 為主控單元，發(fā)出和通斷信號和pwm信號，實現(xiàn)對功率元件的通斷控制。 通過控制軟件，采用模塊化編程，增強了程序的通用性和可讀性。最后給出了硬件原理圖和軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖，初步嘗試用dsp控制芯片 作為核心器件實現(xiàn)了開關(guān)電動機調(diào)速系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 dsp,開關(guān)磁阻電機，脈寬調(diào)制錯誤!未找到引用源。abstractthis article primarily introduces the structure of switched reluctance dr

3、ive (srd) system and its development of native and international. the characteristic of switched reluctance motor (srm) and its electro-magnetics principle are described in dctails.lt of the advantage have structure simple, the cost be low and exhaust small, efficiency big, can control parameter man

4、y, control vivid, start electric current small, start to turn big, ability ratio normal regulations electrical engineering high have to much turn soon bottom circulate, hard enduring.at the same time the article expounds the development,characteristic and application of digital signal processor (dsp

5、).it analyzes a few requests about interface circuit of dsp and srm control. the control method is introduced and the hardware of the controller is designed related the category of the dsp chip and the function of every variety and application.along with the dsp chip function price ratio of continuo

6、usly exaltation, can foresee dsp chip will get in more realm more extensive of application.through the development for several years, dsp product of application already extension arrive people of study, work and life of each aspect, and gradual become an electronics product renewal to change generat

7、ion of decision factor.the paper introduction the controller uses the tms320lf2407 of ti company as the main control unit and produces the on and of and pwm signal of each phase controlling the igbt on and of the control software is programmed. the modular program can make the program universal and

8、readablefinally according to debugging of hardware circuit, control of switched reluctance drive based on dsp is attempted.keywordsds，srm f wm目錄摘要錯誤!未找到引用源。abstract錯誤!未找到引用源。第1章緒論11.1課題背景11.2 srd系統(tǒng)的發(fā)展簡介11.3 srd系統(tǒng)概述3131 srd 構(gòu)成31.3.2開關(guān)磁阻電動機的基木結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)動原理41.4 sr電機調(diào)速系統(tǒng)具有的基本特點51.5 srd系統(tǒng)的應(yīng)用61.6本文的目的和任務(wù)8第2章ds

9、p概述102.1 dsp技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢102.2 dsp基本結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用112.3.dsp芯片的選擇142.3 tms320lf240x的結(jié)構(gòu)及特點192.3.1事件管理器模塊202.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(adc)232.3.3 pll吋鐘模塊242.3.4看門狗(wd)和實時中斷(rti)模塊242.4 dsp系統(tǒng)的設(shè)計過程242.5 dsp的開發(fā)工具252.6本章小結(jié)26第3章srd調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計273.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案273.2功率變換器的設(shè)計273.2.1功率變換器型式的選擇283.2.2功率電路的相開關(guān)通斷時刻283.2.3主開關(guān)管選擇及參數(shù)計算293.3驅(qū)動電路設(shè)計30

10、3.3位置傳感器電路323.3.1位置傳感器電路323.3.2速度檢測和實現(xiàn)323.4控制電路333.5本章小結(jié)35第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計364. 1主要的控制思想364.2設(shè)計思想36本章小結(jié)39結(jié)論致謝參考文獻附錄第1章緒論1.1課題背景課題背景開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)(switched reluctance drive簡稱 srd)是80年代中期發(fā)展起來的新型調(diào)速系統(tǒng)，它是繼異步電動機變頻調(diào) 速系統(tǒng)之后崛起的一種很有發(fā)展前景的變速拖動系統(tǒng)。它融電力電子技 術(shù)、微電了技術(shù)和電機控制技術(shù)于一體，為典型的機電一體化技術(shù)，具有 優(yōu)良的調(diào)速性能；與直流調(diào)速系統(tǒng)和異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)相比較，具 有結(jié)構(gòu)簡單

11、、成本低、損耗小、效率高、可控參數(shù)多、控制靈活、起動電 流小、起動轉(zhuǎn)矩大，能比常規(guī)電機高得多轉(zhuǎn)速下運行，堅i古i耐用，適用于 惡劣環(huán)境中使用等優(yōu)點，因此，開關(guān)磁阻電動機一問世就引起了國內(nèi)外電 工界的廣泛關(guān)注，深信它將在電氣傳動自動化領(lǐng)域中占有重要地位。1.2srd系統(tǒng)的發(fā)展簡介最早有記錄的sr電機可以追溯到19世紀(jì)40年代，但是人們真正從認(rèn)識到 這種電機的發(fā)展?jié)摿Γ€是從現(xiàn)代電力電子技術(shù)和計算機輔助電磁設(shè)計發(fā) 展之后才開始。這兩方面的發(fā)展開始于60年代中期，它們不僅為開展sr電 動機的研究工作帶來了新的生機，并且將其運行性能提高到了與直流驅(qū)動 系統(tǒng)、交流驅(qū)動系統(tǒng)及無刷直流驅(qū)動相角逐的程度。70

12、年代以英國科學(xué)家lawrensonp . j.教授為首，由英國leeds大學(xué)和 notingham大學(xué)聯(lián)合成立了用電機及其驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)電動汽車的攻關(guān)小 組，1980年，在經(jīng)過了近十年的理論研究和產(chǎn)品開發(fā)基礎(chǔ)上， lawrensonp . j.教授等人發(fā)表了著名的科學(xué)論文“variable-speed switched reluctance motors'71 2 o文中詳盡地介紹了開關(guān)磁阻電機的 這種新型屯機的工作原理、設(shè)計方法、控制方案以及已研究成功的一系列 樣機的實驗結(jié)果。他們創(chuàng)造性地提出了容電力電子技術(shù)和電機設(shè)計于一體 的設(shè)計觀點，徹底解決了早期雙凸極結(jié)構(gòu)磁阻電機無法解決的換相問

13、題， 并使得新型磁阻電機的單位出力可以與交流異步電機相媲美甚至還略占優(yōu) 勢，因此這種新型電機一經(jīng)提出，就得到了國際上的廣泛認(rèn)可。開關(guān)磁阻 電機驅(qū)動系統(tǒng)也成為這種新型電子換相變磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的正式名稱。 這方面的研究論文逐年增加，普及到的國家也逐年增加，如有英國、美 國、徳國、中國、意大利、加拿大、新加坡等國。就srm本身來看，不論是鐵芯形式還是繞組連接組成，改變并不是很 多，至今雙凸極每極單齒電動機仍占主導(dǎo)地位。在定、轉(zhuǎn)子極數(shù)配合上， 有8/6、6/4、12/8、10/8、6/2極等。目前廣泛采用的是8/6、6/4極配 合，除雙凸極每極單齒外，srm述有每極多齒、單邊凸極等結(jié)構(gòu)形式。3 隨著

14、電子工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的新型半導(dǎo)體器件投入商用，器件 的工作性能在不斷提高，價格卻越來越低。這無疑促使sr電機調(diào)速系統(tǒng)的 設(shè)計朝著完善裝置性能、降低商品成本的方向發(fā)展。目前系統(tǒng)中使用的主 要開關(guān)器件可以選用mosfet、igbt、mct等新型器件來代替已往使用的 scr、bjt、gt0等功率開關(guān)管，從而可以進一步完善系統(tǒng)的運行性能，并 降低功率開關(guān)管驅(qū)動電路和保護電路的設(shè)計成本。自1983年英國tasc公司首次推tlloulton系列的sr電機調(diào)速裝置商業(yè)化產(chǎn) 品以來，sr電機調(diào)速系統(tǒng)已逐漸成為其它各種調(diào)速裝置的競爭對手，并在 不斷地爭取各種可能的用戶。各國學(xué)者將sr電機調(diào)速系統(tǒng)與各類可

15、改變速 驅(qū)動裝置作了大量的比較分析，對其成本，性能和應(yīng)用領(lǐng)域做了全面的論 證。他們認(rèn)為該裝置的應(yīng)用領(lǐng)域可以遍及家用，一般工業(yè)、伺服系統(tǒng)，牽 引、高速驅(qū)動、飛機及汽車上的各種輔助裝置等。我國的srd研究自80年代中期開始，目前己有許多院校和廠所投入不少 力量，并逐步從實驗室走向生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國已在1988、1991年、 1993三次召開了開關(guān)磁阻電機研討會，并于93年初成立了開關(guān)磁阻電機學(xué) 組，國內(nèi)開發(fā)srd較為成功的單位有:華中理工大學(xué)、北京紡機所、太原理 工大學(xué)、浙江大學(xué)等。迄今為止，srd系統(tǒng)的發(fā)展歷程僅有短短的二十余年，但它卻取得了令 人矚目的成績，其產(chǎn)品已在電動機驅(qū)動系統(tǒng)，家用電器

16、、工業(yè)應(yīng)用、伺服 系統(tǒng)、高速驅(qū)動等眾多領(lǐng)域得到成功應(yīng)用，其功率范圍也覆蓋了從10到 5mw,轉(zhuǎn)矩從0. 01n. m到ion. in,轉(zhuǎn)速可達(dá)100, 000r/min. h前srd系統(tǒng)的研 究主要涉及以下幾個方面.4(1) srm參數(shù)的確定，主要是磁鏈曲線的測量和計算；(2) 性能的精確估算，包括整個系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的數(shù)字仿真；(3) srd系統(tǒng)的優(yōu)化，包括從電動機的設(shè)計和控制器軟、碩件兩方面來提 高系統(tǒng)效率、降低噪音和轉(zhuǎn)矩脈動；(4) 無位置傳感器的srd系統(tǒng)的研制，位置閉環(huán)控制是開關(guān)磁阻電動機的基 本特征，但它的存在會使電機結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點變得遜色，降低了可靠性。 為此探索實用的無位置檢

17、測器方案是十分引人注目的課題；(5) 變換器方案和主開關(guān)元件選擇；(6) 數(shù)字信號處理器和專用集成電路的應(yīng)用，主要是根據(jù)不同的控制方案 選擇合適的數(shù)字信號處理器以及控制電路的asic設(shè)計；(7) 高速開關(guān)磁阻電動機產(chǎn)品開發(fā)；(8) 振動、噪聲研究；(9) 鐵損耗分析與效率研究。1.3 srd系統(tǒng)概述1.3.1 srd 構(gòu)成開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng):主要由srm、功率變換器、控制器、位置檢測 器構(gòu)成。如下圖1t所示。sr圖1 1srd系統(tǒng)框圖5(1) 磁阻電機:srm是srd中實現(xiàn)機電能t轉(zhuǎn)換的部件，系雙凸極可變磁阻電 動機，其定轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片亞壓而成。轉(zhuǎn)子無繞組也無永磁 體，定子極上繞

18、有集中繞組，徑向相對的兩個繞組可串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一對 磁極，稱為“一相”。srm可以設(shè)計成多相結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多 種不同的搭配。相數(shù)多，步距角小，有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 口主開關(guān)器件多，成本高。因此電機定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)應(yīng)當(dāng)按使用的場合合 理確定。srm的轉(zhuǎn)向與電流方向無關(guān)，為單向電流。通過簡單的控制方式 便可改變電動機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和工作狀態(tài)。(2) 功率變換器的作用是將電源提供的能量經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換后提供給srm,由蓄 電池或交流電整流后得到的直流電供電。由于srm繞組電流是單向的，使 得其功率變換器主電路不僅結(jié)構(gòu)較簡單，而口相繞組與主開關(guān)器件是串聯(lián) 的，因而可以避免直接短路故障。sr

19、i)的功率變換器主電路的結(jié)構(gòu)形式與 供電電壓、電動機相數(shù)及主開關(guān)器件的種類等有關(guān)。(3 )控制器是系統(tǒng)的中樞。本文采用數(shù)字處理器芯片作為控制中心來進行 控制，它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的 反饋信號，控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對srm運行狀 態(tài)的控制。1.3.2開關(guān)磁阻電動機的基本結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)動原理開關(guān)磁阻電機是一種新型調(diào)速電機，調(diào)速系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào) 速系統(tǒng)的優(yōu)點，是繼變頻調(diào)速系統(tǒng)、無刷肓流電動機調(diào)速系統(tǒng)的最新一代 無極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡單堅固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，口在整 個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要有開關(guān)磁阻電機、功

20、 率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成?？刂破鲀?nèi)包含控制電路與功 率變換器，而轉(zhuǎn)子位置檢測器則安裝在電機的一端。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，覆蓋功率范圍 10w-5mw的各種高低速驅(qū)動調(diào)速系統(tǒng)。使的開關(guān)磁阻電機存在許多潛在 的領(lǐng)域，在各種需要調(diào)速和高效率的場合均能得到廣泛使用（電動車驅(qū) 動、通用工業(yè)、家用電器、紡織機械、電力傳動系統(tǒng)等各個領(lǐng)域）。其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，電機的轉(zhuǎn)子沒有繞組和磁鐵。電機轉(zhuǎn)子無永磁體，允許較高的溫升。由于繞組均在定子上，電機容 易冷卻。效率高，損耗小。轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，只需單方相繞組電流，每相一個功率開 關(guān)，功率電路簡單可靠。sr電動機的定子和轉(zhuǎn)

21、子鐵心是由硅鋼片疊裝的，在定子鐵心內(nèi)圓周和 轉(zhuǎn)子鐵心外圓周均分布齒和槽，齒又稱凸極，即所謂雙凸極結(jié)構(gòu)。定子鐵 心每個齒上安裝象直流電機主磁極繞組一樣的集中繞組，轉(zhuǎn)子鐵心齒上不 安裝繞組。定子內(nèi)圓周上相對的兩個齒上的繞組串聯(lián)（順向）成為一相繞 組。sr電動機的運行原理遵循磁阻最小原理一磁通總要沿著磁阻最小的 路閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己鉤主 軸線與磁場的軸線重合。srd系統(tǒng)各部件的結(jié)構(gòu)及工作原理：開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)所用的 開關(guān)磁阻電動機（srm）是srd中實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的部件，也是srd 有別于其他電動機驅(qū)動系統(tǒng)的主要標(biāo)志。srm系雙凸極可變磁阻電動機， 其

22、定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體， 定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組聯(lián)接起來，稱為“一相”，sr 電動機可以設(shè)計成多種不同相數(shù)結(jié)構(gòu)，且定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭 配。相數(shù)多、步距角小，有利于減少轉(zhuǎn)矩脈動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器 件多，成本高，目前應(yīng)用較多的是四相（8/6）結(jié)構(gòu)和三相（12/8）結(jié)構(gòu)。 圖2示幽四相（8/6）結(jié)構(gòu)sr電動機原理圖。為簡單計，圖中只畫岀a相繞 組及其供電電路。sr電動機的運行原理遵循“磁阻最小原理一'磁通總要 沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置 時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。圖2中，

23、當(dāng)定子dd'極勵磁 時，仁匸向定子軸線dd重合的位置轉(zhuǎn)動，并使d相勵磁繞組的電感最大。 若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對位置作為起始位置，則依次給dta->b->c 相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反z,若依 次給btatdtc相通電，則電動機即會沿順時針方向轉(zhuǎn)動?？梢?，sr電 動機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。另 外，從圖2可以看出，當(dāng)主開關(guān)器件s1、s2導(dǎo)通時，a相繞組從直流電源 us吸收電能，而當(dāng)s1、s2關(guān)斷時，繞組電流經(jīng)續(xù)流二極管vd1、vd2繼 續(xù)流通，并回饋給電源us。因此，sr電動機傳動的共性特點是具有再生 作用，

24、系統(tǒng)效率高如圖(附錄二)由此可見，通過控制加到sr電動機繞 組中電流脈沖的幅值、寬度及其與轉(zhuǎn)子的相對位置(即導(dǎo)通角、關(guān)斷 角)，即可控制sr電動機轉(zhuǎn)矩的大小與方向，這正是sr電動機調(diào)速控制的 基本原理。1.4 sr電機調(diào)速系統(tǒng)具有的基本特點開關(guān)磁組電動機調(diào)速系統(tǒng)z所以能在現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)屮異軍突起，主要 是因為它卓越的系統(tǒng)性能，主要表現(xiàn)在：(1) 電動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可用于高速運轉(zhuǎn)。srd的結(jié)構(gòu)比鼠籠式感 應(yīng)電動機還要簡單。其突出的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子上沒有任何形式的繞組，因此不 會有鼠籠感應(yīng)電機制造過程中鑄造不良和使用過程中的斷條等問題。其轉(zhuǎn) 子機械強度極高，可以用于超高速運轉(zhuǎn)(如每分鐘上萬轉(zhuǎn))。在定

25、子方 面，它只有幾個集中繞組，因此制造簡便、絕緣結(jié)構(gòu)簡單。(2) 功率電路簡單可靠。因為電動機轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，即只 需單方相繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關(guān)。對比異步電 動機繞組需流過雙向電流，向其供電的pwm變頻器功率電路每相需兩個功 率器件。因此，開關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)較pwm變頻器功率電路屮所需的 功率元件少，電路結(jié)構(gòu)簡單。另外，pwm變頻器功率電路中每橋臂兩個功 率開關(guān)管直接跨在直流電源側(cè)，易發(fā)生直通短路燒毀功率器件。而開關(guān)磁 阻電動機調(diào)速系統(tǒng)中每個功率開關(guān)器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，根木 上避免了直通短路現(xiàn)象。因此開關(guān)磁阻調(diào)速電動機調(diào)速系統(tǒng)中功率電路的 保護

26、電路可以簡化，即降低了成本，又有較高的工作可靠性。(3) 系統(tǒng)可靠性高。從電動機的電磁結(jié)構(gòu)上看，各項繞組和磁路相互獨 立，各自在一定軸角范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而不像在一般電動機中必須在 各相繞組和磁路共同作用下產(chǎn)牛一個旋轉(zhuǎn)磁場，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。從 控制結(jié)構(gòu)上看，各相電路各自給一相繞組供電，一般也是相互獨立工作。 由此可知，當(dāng)電動機一相繞組或控制器一相電路發(fā)生故障時，只需停止該 相工作，電動機除總輸出功率能力有所減小外，并無其他妨礙。(4) 起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流低?？刂破鲝碾娫磦?cè)吸收較少的電流，在電機 側(cè)得到較大的起動轉(zhuǎn)矩是木系統(tǒng)的一大特點。典型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)是：起動電 流為額定電流的15%吋，獲

27、得起動轉(zhuǎn)矩為100%的額定轉(zhuǎn)矩；起動電流為額 定電流的30%時，起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)其額定轉(zhuǎn)矩的250%0而其他調(diào)速系統(tǒng)的起 動特性與z相比，如直流電機為100%的電流，鼠籠感應(yīng)電動機為300%的電 流，獲得100%的轉(zhuǎn)矩。起動電流小而轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點述可以延仲到低速運行 段，因此本系統(tǒng)十分合適那些需要重載起動和較長時間低速重載運行的機 械。(5) 適用于頻繁起停及正反向轉(zhuǎn)換運行。本系統(tǒng)具有的高起動轉(zhuǎn)矩、低起 動電流的特點，使z在起動過程屮電流沖擊小，電動機和控制器發(fā)熱較連 續(xù)額定運行時述要小?？煽貐?shù)多使其制動運行能與電動運行具有同樣優(yōu) 良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。二者綜合作用的結(jié)果必然使之適用于頻繁

28、起停及正反向轉(zhuǎn)換運行，次數(shù)可達(dá)1000次/小時。(6) 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好?？刂崎_關(guān)磁阻電動機的主要運行參數(shù)和常 用方法至少有四種：相導(dǎo)通角、相關(guān)斷角、相電流幅值、相繞組電壓。可 控參數(shù)多，意味著控制靈活方便?？梢愿鶕?jù)對電動機的運行要求和電動機 的情況，采取不同控制方法和參數(shù)值，即可使之運行于最佳狀態(tài)(如岀力 最大、效率最高等)，還可使之實現(xiàn)各種不同的功能的特定曲線。如使電 動機具有完全相同的四象限運行能力，并具有最高起動轉(zhuǎn)矩和串勵電動機 的負(fù)載能力曲線。由于srd速度閉環(huán)是必備的，因此系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)速 精度，可以很方便的構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。(7) 效率高，損耗小。本系統(tǒng)是一種非常高效的

29、調(diào)速系統(tǒng)。這是因為一方 面電動機繞組無銅損；另一方面電動機可控參數(shù)多，靈活方便，易于在寬 轉(zhuǎn)速范圍和不同負(fù)載下實現(xiàn)高效優(yōu)化控制。以3kw srd為例，其系統(tǒng)效率 在很寬范圍內(nèi)都在87%以上，這是其它一些調(diào)速系統(tǒng)不容易達(dá)到的。將本 系統(tǒng)同pwm變頻器鼠籠型異步電動機的系統(tǒng)進行比較，本系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速 和不同負(fù)載下的效率均比變頻器系統(tǒng)高，一般要高510個百分點。(8) 可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調(diào)設(shè)計滿足各種特殊使用要求。1.5 srd系統(tǒng)的應(yīng)用隨著科技能力的不斷進步，以及半導(dǎo)體集成控制技術(shù)水平的提高， srd系統(tǒng)已有了系列化產(chǎn)品，其多種功率srd系統(tǒng)在不同的工業(yè)部門和家用 電器中得到應(yīng)用。(1) 用于龍

30、門創(chuàng)床:工業(yè)上需要電動機能頻繁啟、停及正反轉(zhuǎn)，開關(guān)磁阻調(diào) 速電動機能較好的實現(xiàn)。如機械工業(yè)中龍門刨床、銃床、冶金行業(yè)的可逆 軋機、飛鋸、飛剪、電弧爐的電極升降系統(tǒng)，建設(shè)工程中的瀝青、水泥混 凝土系統(tǒng)等。(2 )用于紡織探邊設(shè)備:經(jīng)過紡織行業(yè)的“探邊”與“對中”設(shè)備的實踐 使用，取得了較好的效果。對作為“探邊”設(shè)備的動力，其反應(yīng)速度小于 0.3s,即電動機運轉(zhuǎn)時，接到指令后，能在0.3s內(nèi)實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，并要求在24 小吋內(nèi)連續(xù)頻繁運轉(zhuǎn)，同吋要求在較寬廣范圍內(nèi)進行無級調(diào)速。(3) 用于家用電器:將克服當(dāng)今洗衣機和空調(diào)機、電冰箱的缺陷，成為更完 善新一代產(chǎn)品。sri)系統(tǒng)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，有更高的電能

31、機械能轉(zhuǎn)換 效率，特別是在中低速時，優(yōu)勢尤為突出。從而能有效的克服了變頻調(diào)速 系統(tǒng)的弊端，使節(jié)能更為有效。一般情況下，空調(diào)均是高耗能型家電，如 果能節(jié)5%能以上，必將會獲得較大的經(jīng)濟與社會效益。(a) 在洗衣機中的應(yīng)用目前，世界上使用面廣、為廣大用戶所接受的洗衣機主要有兩大類：一類 是波輪式全自動洗衣機；另一類是滾筒式全自動洗衣機。這兩類洗衣機對電動機有著共同的性能要求：洗滌時要電動機低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn) 動，且能頻繁地正反轉(zhuǎn)；脫水時要電機能高速旋轉(zhuǎn)。長期以來，這兩類洗衣機基本上都采用了一種變極雙速單相感應(yīng)電動機而 勉強達(dá)到使用要求，但缺點是很明顯的：(i) 調(diào)速性能差，在洗滌時只有一種轉(zhuǎn)速難以適應(yīng)各種織

32、物對洗滌轉(zhuǎn)速 的要求，而所謂的“強洗”、“弱洗”、“輕柔洗”等洗滌程序的變化僅 僅是靠改變正反轉(zhuǎn)的持續(xù)時間而己。而且為了照顧洗滌時對轉(zhuǎn)速的要求， 往往使得脫水吋的轉(zhuǎn)速偏低，一般僅為400轉(zhuǎn)/分鐘至600轉(zhuǎn)/分鐘。(ii) 單相變極雙速感應(yīng)電動機的效率很低，一般均為30%以下。而其起 動電流竟是額定電流的78倍以上，這會對電網(wǎng)造成沖擊。如果用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機來取代單相變極雙速感應(yīng)電動機則可以取得十 分滿意的效果。南京瑞鵬科技有限公司成功開發(fā)了用于5kg滾筒洗衣機的srd專用系統(tǒng)，取 得了令人振奮的效果。系統(tǒng)的“標(biāo)準(zhǔn)洗”，滾筒的轉(zhuǎn)速為57轉(zhuǎn)/分鐘；而 “輕柔洗”、“絲絨洗”滾筒轉(zhuǎn)速則為25轉(zhuǎn)/分

33、鐘。真正做到高檔織物不 損傷?！懊撍睍r滾筒轉(zhuǎn)速可在400轉(zhuǎn)/分鐘至1200轉(zhuǎn)/分鐘之間任意設(shè)定 選取。系統(tǒng)還為洗衣機的各種動作設(shè)計了專用程序。如為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)洗 滌設(shè)計了特定的起動、加速、減速程序，可有效的提高衣物的洗凈率。為 漂洗和脫水分別設(shè)計了特定的起動、均布升速程序，有效避免在脫水時由 于衣物在滾筒上分布不均而造成的振動和噪聲；而對于根本不可能均勻分 布的洗滌物，則可智能地為其選擇較低的脫水轉(zhuǎn)速。經(jīng)測試比較，同樣 的衣物，同樣一個“標(biāo)準(zhǔn)洗”，木系統(tǒng)的用電量僅為普通滾筒洗衣機(雙 速感應(yīng)電動機為動力)的44%；其耗電、耗水、洗凈度、脫水率、噪聲等 一系列指標(biāo)都達(dá)到了歐洲a類洗衣機的標(biāo)準(zhǔn)。(

34、b) 在空調(diào)和電冰箱的應(yīng)用空調(diào)、電冰箱的核心部件是壓縮機，可是目前進入千家萬戶的普通空調(diào)、 電冰箱的壓縮機大都是由單相異步電動機來驅(qū)動的。它的缺點表現(xiàn)為： 一、由于他們采用簡單的通斷式來進行控溫，這樣將帶來許多毛病，如系 統(tǒng)效率低、功率因素低、溫度起伏大、因起動電流大而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊 等。二、近年來出現(xiàn)了“變頻空調(diào)”新產(chǎn)品，它采用異步電動機變頻調(diào)速系 統(tǒng)來取代單相異步電動機。相比較而言，變頻空調(diào)具有制冷速度快、環(huán)境 舒適度好、對電網(wǎng)無沖擊、運行噪聲小、效率高和節(jié)能等一系列優(yōu)點，是 空調(diào)升級換代的革命性措施。但變頻調(diào)速系統(tǒng)在運行中、低速時，機械特 性通常變差，系統(tǒng)效率和功率因素下降明顯。而變頻空

35、調(diào)系統(tǒng)壓縮機的電 動機恰恰絕大多數(shù)時間在中、低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下運行，只是剛開始時是高速運 轉(zhuǎn)。因此，這給變頻空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)越性大大的打了個折扌】|。而開關(guān)磁 阻調(diào)速電動機系統(tǒng)除了具有變頻調(diào)速系統(tǒng)的一系列優(yōu)點外，它具有比變頻 調(diào)速系統(tǒng)更高的電能一機械能轉(zhuǎn)換效率，特別是在中、低轉(zhuǎn)速運行時， 這一優(yōu)勢就更加明顯。這一點在此就不再贅述。(4) 在電動車驅(qū)動上的應(yīng)用，由于燃油汽車廢氣嚴(yán)重污染環(huán)境，故發(fā)展 和完善無污染的電動車是社會的必然。而發(fā)展電動車除了車內(nèi)的蓄電池要 有高能量密封z外，再則就是要有性能和效率很優(yōu)越的電動機調(diào)速系統(tǒng)作 動力。而srd系統(tǒng)高效率、高可靠性、寬廣的調(diào)速范圍，卓越的啟、制動 性能，

36、它是各類電動車最理想的動力之一。據(jù)有關(guān)資料報道，輕軌電動車 列車將列入我國“十五”重大科技攻關(guān)項目。(5) 高速運行應(yīng)用場合的開發(fā)：由于srm電動機具有堅固性和需要相對低 的開關(guān)頻率，所以在疊片性能和軸承滿足的條件下可作高速傳動與運行， 為此，作為開發(fā)高速srd系統(tǒng)又是一個應(yīng)用方向。據(jù)有關(guān)資料說明：美國為 空間技術(shù)應(yīng)用研制25000r/min, 90kw的高速srd樣機，其電動機有效材料 僅為lokgo雖然srd系統(tǒng)在我國出現(xiàn)較晚，產(chǎn)業(yè)化工作滯后，它的特點目前未被 廣大用戶所了解，但由于srd系統(tǒng)具有十分優(yōu)良的控制性能，從而使得某 些領(lǐng)域可取代現(xiàn)在仍廣泛采用的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，特別是在一些現(xiàn)有

37、調(diào) 速系統(tǒng)難以勝任的場所發(fā)揮作用。1.6本文的目的和任務(wù)隨著工業(yè)電氣傳動、自動控制和家電領(lǐng)域?qū)﹄姍C控制產(chǎn)甜需求的不斷 增加，現(xiàn)代電機控制技術(shù)也變得越來越重要。但開關(guān)磁阻電機的調(diào)速和控 制以前大多用單片機8031, 8051等進行控制，電路釆用的元器件多、運行 速度慢、硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)運行可靠性差、控制靈活性小等缺點。并且 在這種控制系統(tǒng)屮，sr電動機磁場非線性，轉(zhuǎn)子磁鏈模型計算、轉(zhuǎn)子參數(shù) 的辯識與校正等，使系統(tǒng)變得十分復(fù)雜。數(shù)字信號處理器(digital signal processor) dsp的出現(xiàn)，為電機系統(tǒng)的數(shù)字化控制注入了新的生 機，完全解決了開關(guān)磁阻電機的這些要求。本文把數(shù)字信號

38、處理器dsp應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)中，使得srm 調(diào)速系統(tǒng)控制靈活。數(shù)字信號處理器是伴隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)字信號處理理論 與技術(shù)的不斷完善，而開發(fā)的現(xiàn)代高速數(shù)字信號處理單片機，是電子信息 領(lǐng)域的新型高科技產(chǎn)品。美國ti (texas instrument)公司最新推出的高性 能16位數(shù)字信號器tms320f240x,是專門為電機的數(shù)字化控制而設(shè)計。 tms320c/f2000系列芯片將dsp高速運算能力與面向電機的高效控制力集丁 一體，能較好地處理電機的控制問題。系統(tǒng)利用dsp高速采樣及高速運算的特點，用脈沖寬度調(diào)節(jié)pwm技術(shù)的 控制方法來實現(xiàn)了數(shù)字化的閉環(huán)控制，從而實現(xiàn)了開關(guān)磁阻

39、電動機的全數(shù) 字化控制。本文研究的具體有一下內(nèi)容：(1) 首先介紹了srd系統(tǒng)的發(fā)展、特點以及應(yīng)用，詮釋srd系統(tǒng)的概念， 較為詳細(xì)的了解srd系統(tǒng)。(2) 介紹dsp的概念、發(fā)展趨勢以及結(jié)構(gòu)特點，以及dsp芯片的分類、選 擇、開發(fā)過程。(3) 第三章主要介紹srd系統(tǒng)的碩件框圖設(shè)計、功率變換器件的選擇、設(shè) 計以及驅(qū)動電路、位置傳感器、控制電路等。(4) 最后說明軟件部分的框圖設(shè)計。第2章dsp概述2.1 dsp技術(shù)的發(fā)展歷程及趨勢dsp是digital signal processor (數(shù)字信號處理器)的縮寫,它是一 種能夠快速進行乘法和加法運算，適用于高速數(shù)字信號處理的單片大規(guī)模 集成電

40、路。它的出現(xiàn)使得數(shù)字信號處理技術(shù)從理論研究進入到實際應(yīng)用階 段。20世紀(jì)50年代末，數(shù)字信號處理作為一門新興的學(xué)科開始發(fā)展起來。 數(shù)字信號處理技術(shù)中包含有各種數(shù)字濾波及離散傅立葉變換(dft)等算 法，其特點計算量大、耗吋多，在實際系統(tǒng)中應(yīng)用較為困難。在數(shù)字信號 處理技術(shù)發(fā)展初期，dsp未出現(xiàn)以前.由于受到數(shù)字信號處理技術(shù)特點的限 制，人們只能在大型計算機上進行數(shù)字信號處理技術(shù)算法的研究和處理系 統(tǒng)的模擬和仿真。隨著人們對數(shù)字信號處理技術(shù)優(yōu)越性的認(rèn)識加深，人們 迫切要求牛產(chǎn)出一種能夠適應(yīng)相關(guān)數(shù)字信號處理所要求的快速實時處理、 處理數(shù)據(jù)量大、處理精度高等特點。20世紀(jì)60年代中后期，隨著快速傅立

41、 葉變換(fft)提出及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使得用硬件實現(xiàn)數(shù)字濾 波及傅立葉成為可能。dsp是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件，能夠每秒鐘處理千萬條復(fù) 雜的指令程序，其處理速度比以往最快的微處理器還快1ct50倍。dsp技術(shù) 的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。70年代，是數(shù)字信息處理技術(shù)的理論研究階段， 具有代表性的著作是美國兩位著名教授a. v. oppcnhcimh和r. v. schafer寫 的“digital signal processing，z (1975) o數(shù)字信號處理技術(shù)的出現(xiàn),成 為分析實際現(xiàn)象的有力工具，當(dāng)時的asp系統(tǒng)由分離元件組成。其應(yīng)用領(lǐng) 域僅局限于軍事、航空航天部門。進

42、入80年代，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng) 用范圍不斷擴大，要求提高信息處理速度，進一步降低成本，推動了dsp 技術(shù)的發(fā)展。這時的dsp已是一種專用的微處理器，能夠快速輸入和輸出 信息數(shù)據(jù)，快速處理以運算為主的信息。1982年，美國ti公司研制岀了第 一代低成木高性能的dsp. dsp芯片的問世是個里程碑，它標(biāo)志著dsp應(yīng)用系 統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進了一大步。至80年代中期，隨著cmos技術(shù)的進 步與發(fā)展，第二代基于cmos工藝的dsp芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算 速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像碩件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。80年代 后期，第三代dsp芯片問世，運算速度進一

43、步提高，其應(yīng)用于范圍逐步擴 大到通信、計算機領(lǐng)域。使dsp技術(shù)開始在工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用和普及進入90年代，dsp技術(shù)有了驚人的發(fā)展，相繼岀現(xiàn)了第四代和第五代 dsp器件。現(xiàn)在的dsp屬于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更 高，將dsp芯片及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的dsp 芯片不僅在通信、計算機領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM領(lǐng) 域。當(dāng)前，電子產(chǎn)品正在發(fā)牛從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)化，數(shù)字化是當(dāng)前信息領(lǐng) 域發(fā)展的一大趨勢。在這一場數(shù)字化的革命中，dsp器件取得了飛速的發(fā) 展，成為集成電路屮繼微處理器和微控制器z后，又一個引人注目的產(chǎn) 品。目前，對dsp爆炸性需求的時代已

44、經(jīng)來臨前景十分可觀。據(jù)資料統(tǒng) 計，在眾多dsp應(yīng)用領(lǐng)域中，使用最多的dsp產(chǎn)品是美國ti （德州儀器）公司 的tms320系列dsp,其次是lucent及ad公司的dsp產(chǎn)品。本文采用的數(shù)字信號處理芯片是美國ti （德州儀器）公司生產(chǎn)的 tms320lf2407 dsp號處理器。tms320系列包括:定點、浮點、多處理器數(shù)字信號處理器和定點dsp控 制器。tms320系列包括下列產(chǎn)品線:'c2x,' c2xx,' c5x,' c54x、和'c6x定 點dsp； 'c3x和'c4x浮點dsp以及'c8x多處理器dsp.' f

45、240x是'c/f2xxx 定點dsp中的一種。2.2 dsp基本結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用為了快速地實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算，dsp芯片一般都采用了特殊的軟 碩件結(jié)構(gòu)。這些特殊結(jié)構(gòu)包括：哈佛結(jié)構(gòu)：哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮諾曼（von neuman）結(jié)構(gòu)的并 行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程 序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址， 獨立訪問。與兩個存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)屮設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩 條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。而馮諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、 數(shù)據(jù)、地址存儲在同一存儲器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計數(shù)器提供的地址 來區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)

46、還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問同一存儲器，數(shù)據(jù) 吞吐率低。在哈佛結(jié)構(gòu)屮，由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個分開的空間屮，因此取 指和執(zhí)行能完全重疊運行。為了進一步提高運行速度和靈活性，tms320 系列dsp芯片在基本哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了改進，一是允許數(shù)據(jù)存放在程 序存儲器中，并被算術(shù)運算指令直接使用，增強了芯片的靈活性；二是指 令存儲在高速緩沖器（cache）中，當(dāng)執(zhí)行此指令吋，不需要再從存儲器 屮讀取指令，節(jié)約了一個指令周期的時間。女ntms320c30具有64個字的 cache o（2）流水線技術(shù):與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，dsp芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí) 行時間，從而增強了處理器的處理能力。tms3

47、20系列處理器的流水線深度 從26級不等。第一代tms320處理器采用二級流水線，第二代采用三級 流水線，而第三代則采用四級流水線。也就是說，傳感器可以并行處理26 條指令，每條指令處于流水線上的不同階段。圖2. 1所示為一個三級流水 線操作的例子。圖2. 1三級流水線操作在三級流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨立地處理，這可使指 令執(zhí)行能完全重疊。在每個指令周期內(nèi)，三個不同的指令處于激活狀態(tài)， 每個指令處于不同的階段。例如，在第n個指令取指吋，前一個指令即第 n-1個指令正在譯碼，而第n-2個指令則正在執(zhí)行。一般來說，流水線對 用戶是透明的。（3）碩件乘法器:在一般形式的fir濾波器中

48、，乘法是dsp的重要組成部 分。對每個濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快， dsp處理器的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加 法來實現(xiàn)的，故需許多個指令周期來完成。相比而言，dsp芯片的特征就 是有一個專用的硬件乘法器。在tms320系列中，由于具有專用的硬件乘 法器，乘法可在一個指令周期內(nèi)完成。從最早的tms32010實現(xiàn)fir的每 個抽頭算法可以看出，濾波器每個抽頭需要一條乘法指令mpy：lt;裝乘數(shù)到t寄存器dm0v;在存儲器中移動數(shù)據(jù)以實現(xiàn)延遲mpy;相乘apac；將乘法結(jié)果加到acc中其他三條指令用來將乘數(shù)裝入到乘法器電路（lt）,移動數(shù)據(jù)（dww）

49、以 及將乘法結(jié)果（存在乘積寄存器p中）加到acc中（apac）o因此，若采 用256抽頭的fir濾波器，這四條指令必須重復(fù)執(zhí)行256次，且256次乘 法必須在一個抽樣間隔內(nèi)完成。在典型的通用微處理器中，每個抽頭需要 3040個指令周期，而tms32010只需4條指令。如果采用特殊的dsp指令 或釆用tms320c54x等新一代的dsp芯片,可進一步降低fir抽頭的計算 吋間。(4) 特殊的dsp指令:dsp芯片的另一個特征是采用特殊的指令。2. 2.3節(jié) 中介紹的dmov就是一個特殊的dsp指令，它完成數(shù)據(jù)移位功能。在數(shù)字 信號處理中，延遲操作非常重要，這個延遲就是由dmov來實現(xiàn)的。 tms

50、32010中的另一個特殊指令是ltd,它在一個指令周期內(nèi)完成lt、dmov 和apac三條指令。ltd和mpy指令可以將ftr濾波器抽頭計算從4條指令 降為2條指令。在第二代處理器中，如tms320c25,增加了 2條更特殊的 指令，即rpt和macd指令，采用這2條特殊指令，可以進一步將每個抽 頭的運算指令數(shù)從2條降為1條：rpt 255；重復(fù)執(zhí)行下條指令256次macd； lt,dmov,mpy 及 apac該結(jié)構(gòu)支持分離的程序結(jié)構(gòu)總線和數(shù)據(jù)空間總線。另有第三類可用空 間，即f0空間，可通過外部總線接口進行訪問。為支持對大量外設(shè)的選 擇，采用了外設(shè)總線。外設(shè)總線被映射至數(shù)據(jù)空間，且通過系統(tǒng)

51、模塊與數(shù) 據(jù)總線接口。從而，所有適用于數(shù)據(jù)空間的指令也適用于所有的外設(shè)寄存 器。(5) 快速的指令周期：哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊 的dsp指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計，可使dsp芯片的指令周期在200ns 以下。tms320系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的 20ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑沟胐sp芯片能夠?qū)崟r實現(xiàn)許多dsp應(yīng)用。數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理器為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的 全部優(yōu)點：(1) 接口方便。dsp系統(tǒng)與其它以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是 相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng) 接口要容易得多。(

52、2) 編程方便。dsp系統(tǒng)中的可編程dsp芯片可使設(shè)計人員在開發(fā)過程中 靈活方便地對軟件進行修改和升級。對srd來說可用軟件編程取代些硬件 電路，并且通過修改軟件就可以實現(xiàn)不同的控制方式。(3) 定性好。dsp系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較 小，可靠性高。(4) 精度高。16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到0. 00001的精度。(5) 可重復(fù)性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大，而數(shù) 字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。(6) 集成方便。dsp系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集 成。當(dāng)然，數(shù)字信號處理也存在一定的缺點。例如，對于簡單的信號處理

53、任務(wù)，如與模擬交換線的電話接口，若采用dsp則使成本增加.dsp系統(tǒng)中 的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且dsp系統(tǒng)消耗的功 率也較大。此外，dsp技術(shù)更新的速度快，數(shù)學(xué)知識要求多，開發(fā)和調(diào)試 工具還不盡完善。雖然dsp系統(tǒng)存在著一些缺點，但其突出的優(yōu)點己經(jīng)使之在通信、語 音、圖像、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來越 廣泛的應(yīng)用。dsp技術(shù)的迅速發(fā)展和提高，己經(jīng)成為決定電子產(chǎn)品更新?lián)Q 代決定性因素。dsp芯片的應(yīng)用主要有： 信號處理一如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅立葉變換、相關(guān)運算、譜分 析、卷積、波形產(chǎn)生等； 通信一如調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓

54、縮、回波抵消、多 路復(fù)用、傳真、糾錯編碼、可視電話等； 語音一如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認(rèn)、說話 人確認(rèn)、語咅郵件、語咅存儲等； 圖形/圖像一如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動 畫、機器人視覺等； 軍事一如保密通信、雷達(dá)處理、聲納處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等； 儀器儀表一如頻譜分析、函數(shù)發(fā)牛等； 自動控制一如引擎控制、聲控、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制等； 醫(yī)療一如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護等： 家用電器一如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話 /電視等。隨著dsp芯片性能價格比的不斷提高，可以預(yù)見dsp芯片將會在更多的 領(lǐng)域內(nèi)得到更

55、為廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，dsp產(chǎn)品的應(yīng)用已擴大到 人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決 定因素。2. 3. dsp芯片的選擇目前在dsp市場上有許多著名的芯片公司的dsp產(chǎn)品7,如ti, lucent, ad等，它們在價格、性能及用途等方而往往都有相當(dāng)大的差別。因此，在 選擇dsp芯片時必須從價格、性能以及是否適合在目標(biāo)系統(tǒng)中使用等兒個 方面進行綜合考慮?？紤]到美國ti公司的dsp產(chǎn)品在世界dsp市場上占有主導(dǎo)地位，而且在 國內(nèi)，ti公司有許多的代理商和第三方開發(fā)者，他們所提供的ti公司的 dsp產(chǎn)品及開發(fā)系統(tǒng)品種較為豐富，因此在本論文中決定選用ti公司的 t

56、ms320系列產(chǎn)品。目前ti公司的tms320系列的dsp主打產(chǎn)品主要有以下三類： tms320c2000, tms320c5000及tms320c6000。這三類中的dsp各自的價格及 應(yīng)用范圍都不同，具體選擇哪一款dsp,還得從它們的用途及價格方面進 行綜合考慮。tms320c2000的dsp價格較低，速度為30mips左右， tms320c2000系列dsp般應(yīng)用于控制領(lǐng)域，可以替代老的clx和c2x型號的 dspo現(xiàn)在tms320c2000系列dsp的應(yīng)用主要集中在以下兩個方面8：(1 ) c20xo c20x 是 16bit 定點 dsp 芯片，速度為20mtps40mips (mi

57、llion instructions persecond,每秒執(zhí)行百萬次指令),片內(nèi) ram 比較少，如c204片內(nèi)只有512字節(jié)的daramo有些型號的c20x dsp芯片屮 帶有閃速存儲器(flash memory),如f206就帶有32kx16bit的閃速存儲 器。c20x的主要應(yīng)用范圍為數(shù)字電話、數(shù)碼相機、自動售貨機等。(2) c24xo c24x是16bit定點dsp,速度為20.mips, 一般用于數(shù)字馬達(dá)控 制、工業(yè)自動化、電力交換系統(tǒng)、變頻設(shè)備、空調(diào)等設(shè)備。為了在有限的 空間里提高數(shù)字控制設(shè)各的性能，tt公司最近推出了tms320lf2401a、 tms320lf2403a和t

58、ms320lc2402a這3款新型 c24xx dsp。這3款新型 c24xx dsp降低了業(yè)界的原始設(shè)各生產(chǎn)商(oem)的系統(tǒng)成本，進一步實現(xiàn)了系統(tǒng) 的小型化、智能化，使產(chǎn)品設(shè)計更趨完善。ti公司的tms320lf2410a dsp是將速度為40mips的dsp內(nèi)核、閃速 存儲器以及外設(shè)集成到器件屮，其封裝尺寸不超過一個隱形眼鏡片的大 小，主要用于對實時性有嚴(yán)格要求的場合。而tms320lf2410a dsp高度的 系統(tǒng)集成和較小的封裝體積，有助于oem廠商快速地將產(chǎn)品推向市場。tt公司的tms320lf2403a、tms320lc2402a主要針對有更人ram需求而 設(shè)計。tms320lf2403a dsp控制器內(nèi)部集成了 16kx16bit閃速存儲器、1k x16bit ram、8通道的lobitadc、事件管理器，具有can2. 0b協(xié)議的can 總線控制器、spi總線接口及21個gpi / 0被全部封裝到一只64個引腳的10 xiomm芯片屮。tms320lc2402a dsp 是與tms320lf2403a dsp 處理器引腳 兼容的處理器，其內(nèi)部集成了能替代閃速存儲器的6kx16bitr0m存儲器， 生產(chǎn)成本較低。上述幾種新產(chǎn)品都是基于tt公司