《DSP數(shù)字控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱

《DSP數(shù)字控制技術(shù)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱DSP數(shù)字控制技術(shù)DSPDigitalControlTechnology課程編碼CNE320121020開課院部新能源學(xué)院課程團(tuán)隊電力電子課程組學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時34講授28實(shí)驗6上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時32適用專業(yè)電氣工程及其自動化授課語言中文先修課程程序設(shè)計（C/C++）、電路分析、電機(jī)學(xué)（2-1）、電機(jī)學(xué)（2-2）、電力電子技術(shù)、電力拖動自動控制系統(tǒng)課程簡介（限選）DSP數(shù)字控制技術(shù)是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)限選課，是電力電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)和電力拖動自動控制系統(tǒng)的后續(xù)課程。本課程以TI公司的高性能浮點(diǎn)數(shù)字信號處理芯片TMS320F28335為例進(jìn)行講解，重點(diǎn)介紹TMS320F28335的基本結(jié)構(gòu)、內(nèi)存分配、系統(tǒng)時鐘、中斷控制以及通用輸入輸出、脈寬調(diào)制、A/D轉(zhuǎn)換、增強(qiáng)型捕捉、增強(qiáng)型正交編碼等集成外設(shè)模塊的原理與應(yīng)用。通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟悉國際上先進(jìn)的DSP處理器及其結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，掌握數(shù)字信號處理器（DSP）及與之相關(guān)的數(shù)字控制基本概念和原理，掌握DSP的使用方法，掌握使用DSP設(shè)計數(shù)字控制系統(tǒng)的方法和軟硬件設(shè)計原則，掌握利用DSP為柔性交直流輸電系統(tǒng)、新能源發(fā)電以及電力拖動等應(yīng)用場景設(shè)計硬件平臺的基本能力，為以后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作和科研打下堅實(shí)基礎(chǔ)。DSPdigitalcontroltechnologyisalimitedoptionalcourseforelectricalengineeringandautomationspecialty,andisafollow-upcourseforpowerelectronicstechnology,electricalmachineryandelectricdriveautomaticcontrolsystem.ThiscoursetakesTI'shigh-performancefloating-pointdigitalsignalprocessingchipTMS320F28335asanexampletoexplain,focusingonthebasicstructure,memoryallocation,systemclock,interruptcontrol,generalinputandoutput,pulsewidthmodulation,principlesandApplicationsofintegratedperipheralmodulessuchasA/Dconversion,enhancedcapture,andenhancedorthogonalcoding.Throughthestudyofthiscourse,studentswillbefamiliarwiththeinternationaladvancedDSPprocessoranditsstructuralandperformancecharacteristics,masterthebasicconceptsandprinciplesofdigitalsignalprocessor(DSP)andrelateddigitalcontrol,mastertheuseofDSP,masterthemethodofdesigningdigitalcontrolsystemusingDSPandthedesignprinciplesofsoftwareandhardware,andmastertheuseofDSPasaflexibleAC/DCtransmissionsystem,thebasicabilitytodesignhardwareplatformsforapplicationscenariossuchasnewenergypowergenerationandelectricdrivewilllayasolidfoundationforfutureworkandscientificresearchinrelatedfields.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握CCS軟件的使用方法，能夠利用其進(jìn)行DSP程序編寫和調(diào)試；掌握DSP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用方法；掌握直流電壓源、萬用表以及示波器等儀器的使用方法，并能夠利用這些儀器結(jié)合CCS軟件進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計。是2M2目標(biāo)2：掌握利用DSP設(shè)計控制系統(tǒng)的基本方法和理念，結(jié)合DSP特點(diǎn)，能夠設(shè)計電力系統(tǒng)及電機(jī)控制等相關(guān)領(lǐng)域的DSP控制方案。是三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章第1章DSP概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：DSP術(shù)語，DSP與單片機(jī)的關(guān)系DSP概述、DSP與單片機(jī)的關(guān)系、DSP的特點(diǎn)、DSP相關(guān)術(shù)語介紹、DSP技術(shù)展望。M1,M21講授/討論1作業(yè)2第二章第2章TMS320F28335DSP概述本章重點(diǎn)難點(diǎn)：TMS320F28335的內(nèi)存映射，中斷結(jié)構(gòu)和中斷程序設(shè)計。////32.12.1S320F28335的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)TMS320F28335的主要特點(diǎn)，TMS320F28335的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，存儲器結(jié)構(gòu)與映射，通用I/O口介紹，外設(shè)簡介，DSP編程開發(fā)工具CCS的用法M1,M22講授/討論1作業(yè)/自學(xué)42.22.2時鐘系統(tǒng)和定時器TMS320F28335時鐘結(jié)構(gòu)及其配置、外設(shè)時鐘、定時器及相關(guān)寄存器設(shè)置M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)52.32.3中斷系統(tǒng)TMS320F28335的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、外設(shè)中斷擴(kuò)展、中斷程序設(shè)計M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)6實(shí)驗1實(shí)驗1：GPIO操作實(shí)驗學(xué)習(xí)使用CCS開發(fā)環(huán)境編寫和下載程序的方法，了解DSP數(shù)字控制實(shí)驗箱的硬件組成及原理，學(xué)習(xí)GPIO操作方法，利用按鍵、LED和萬用板等，實(shí)現(xiàn)跑馬燈或者按鍵控制燈光M12實(shí)驗2實(shí)驗報告7第三章第3章基于TMS320F28335的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計本章重點(diǎn)難點(diǎn)：A/D采集模式、外圍信號調(diào)理電路的設(shè)計////83.13.1TMS320F28335內(nèi)部A/D功能介紹、自動轉(zhuǎn)換排序器的工作原理、順序采樣模式、同步采樣模式、啟停采樣模式M1,M21講授/討論2作業(yè)/自學(xué)93.23.2外圍信號調(diào)理電路基準(zhǔn)電壓設(shè)計、模擬信號預(yù)處理、模擬地和數(shù)字地處理M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)10實(shí)驗2實(shí)驗2：AD操作實(shí)驗學(xué)習(xí)28335內(nèi)置AD的使用方法，利用板子上的電位器，實(shí)現(xiàn)對外部輸入模擬量的采集。M1,M22實(shí)驗2實(shí)驗報告11第四章第4章基于TMS320F28335的轉(zhuǎn)速與頻率測量系統(tǒng)設(shè)計本章重點(diǎn)難點(diǎn)：正交編碼脈沖模塊工作原理，捕捉模塊工作原理，功能模塊寄存器設(shè)置////124.14.1基于eQEP的轉(zhuǎn)速測量增強(qiáng)正交編碼脈沖（eQEP）模塊、光電編碼器原理、轉(zhuǎn)速測量的DSP實(shí)現(xiàn)方法、功能寄存器設(shè)置M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)134.24.2基于eCAP的頻率測量增強(qiáng)捕捉（eCAP）模塊、頻率測量實(shí)現(xiàn)方法、功能寄存器設(shè)置M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)14第五章第5章TMS320F28335的通信功能本章重點(diǎn)難點(diǎn)：SCI和SPI區(qū)別、CAN總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)////155.15.1串行通訊SCI和SPI通訊方式簡介、SCI通信模塊、SPI通信模塊M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)165.25.2CAN通訊CAN總線簡介、通訊協(xié)議、eCAN模塊及其配置M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)17第六章第6章基于TMS320F28335的PWM實(shí)現(xiàn)本章重點(diǎn)難點(diǎn)：SPWM及SVPWM基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，基于TMS320F28335的PWM實(shí)現(xiàn)方法////186.16.1ePWM模塊ePWM子模塊功能、死區(qū)控制、PWM斬波器、事件觸發(fā)子模塊M1,M24講授/討論2作業(yè)/自學(xué)196.26.2SPWM波形生成原理SPWM波形生成原理、TMS320F28335實(shí)現(xiàn)SPWM調(diào)制波M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)206.36.3電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)空間矢量的實(shí)現(xiàn)方法、TMS320F28335實(shí)現(xiàn)SVPWMM1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)21實(shí)驗3實(shí)驗3：SPWM設(shè)計實(shí)驗利用TMS320F28335的PWM功能，設(shè)計一個可調(diào)范圍寬，幅值和頻率可調(diào)的SPWM調(diào)制器M12實(shí)驗2實(shí)驗報告22第七章第7章數(shù)字PID控制本章重點(diǎn)難點(diǎn)：PID算法基本原理及其數(shù)字實(shí)現(xiàn)PID控制器、數(shù)字PID控制器、增量PID控制器、改進(jìn)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器在TMS320F28335中的實(shí)現(xiàn)M1,M22講授/討論2作業(yè)/自學(xué)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1實(shí)驗1.本課程6個學(xué)時實(shí)驗，共3次實(shí)驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實(shí)驗完成情況評分。3.考核學(xué)生對CCS軟件的使用方法，能夠利用其進(jìn)行DSP程序編寫和調(diào)試；掌握DSP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用方法；掌握直流電壓源、萬用表以及示波器等儀器的使用方法，并能夠利用這些儀器結(jié)合CCS軟件進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計。20%2大作業(yè)1.本課程要求根據(jù)抽取的題目利用DSP設(shè)計一套應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。2.根據(jù)設(shè)計方案和實(shí)驗結(jié)果的準(zhǔn)確性評分。30%3期末考試1.開、閉卷考試相結(jié)合，成績采用百分制，卷面成績總分100分。3.主要考核學(xué)生對DSP數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識的掌握情況，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有填空題、選擇題、程序分析題等。50%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1實(shí)驗20%A-實(shí)驗過程中認(rèn)真完成實(shí)驗要求，得到正確的實(shí)驗結(jié)果，實(shí)驗報告格式正確，步驟敘述清楚，正確分析實(shí)驗數(shù)據(jù)，從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得有效結(jié)論。B-實(shí)驗過程中認(rèn)真完成實(shí)驗要求，得到正確的實(shí)驗結(jié)果，實(shí)驗報告格式正確，步驟敘述比較清楚，正確分析實(shí)驗數(shù)據(jù)，從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得比較有效的結(jié)論。C-實(shí)驗過程中認(rèn)真完成實(shí)驗要求，不能得到正確的實(shí)驗結(jié)果，實(shí)驗報告格式正確，步驟敘述清楚，沒有正確分析實(shí)驗數(shù)據(jù)，但是結(jié)合理論分析可以從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得有效的結(jié)論。D-實(shí)驗過程中不能完成實(shí)驗要求，不能得到正確的實(shí)驗結(jié)果，不能從技術(shù)角度優(yōu)選解決方案獲得有效的結(jié)論2M1大作業(yè)30%A-在題目要求的基礎(chǔ)上，另有發(fā)揮，且全部實(shí)現(xiàn)。不同解決方案對比分析清楚，歸納全面正確，結(jié)論正確。B-實(shí)現(xiàn)了題目要求，有部分發(fā)揮功能，但是不完善。不同解決方案對比分析較清楚，歸納全面，結(jié)論正確。C-部分實(shí)現(xiàn)了題目要求。對不同解決方案進(jìn)行對比分析，對分析結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)。D-程序未實(shí)現(xiàn)題目要求。沒有對不同的方案進(jìn)行對比分析，沒有歸納總結(jié)。3M1期末考試50%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）4M2大作業(yè)50%A-在題目要求的基礎(chǔ)上，另有發(fā)揮，且全部實(shí)現(xiàn)。不同解決方案對比分析清楚，歸納全面正確，結(jié)論正確。B-實(shí)現(xiàn)了題目要求，有部分發(fā)揮功能，但是不完善。不同解決方案對比分析較清楚，歸納全面，結(jié)論正確。C-部分實(shí)現(xiàn)了題目要求。對不同解決方案進(jìn)行對比分析，對分析結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)。D-程序未實(shí)現(xiàn)題目要求。沒有對不同的方案進(jìn)行對比分析，沒有歸納總結(jié)。5M2期末考試50%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）評分等級說明：[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59]六、教材與參考資料序號教學(xué)參考資料明細(xì)1圖書|手把手教你學(xué)DSP——基于TMS320F28335,張卿杰,北京航天航空大學(xué)出版社,2015,ISBN:9787512416437.2圖書|TMS320x28335DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計,蘇奎峰,北京航空航天大學(xué)出版社,2016,ISBN:9787512406070.3圖書|TMS3