高性能的電機控制器ADMC401
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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，具體分析了其結構及控制外設，并提供了使用方法。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/242244.htm關(guān)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(pán)接口、事件捕獲單元，并提供了外部地址和數據擴展能力，增強了A/D轉換能力，為在高集成環(huán)境中實(shí)施快速的電機控制開(kāi)辟了廣闊的空間?？蓮V泛應用于交流感應電動(dòng)機（ACIM）、永磁同步機（PMSM）、無(wú)刷直流機（BDCM）和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機（SR）等控制系統中。本文重點(diǎn)討論了ADMC401的外設，并提供了具體的使用方法供讀者參考。
基本結構
ADMC401的功能框圖如圖1所示：
·產(chǎn)生下一個(gè)程序地址
·取下一個(gè)指令
·進(jìn)行一個(gè)或兩個(gè)數據移動(dòng)
·更新一個(gè)或兩個(gè)數據地址指針
·進(jìn)行一次數據運算
與此同時(shí)，還可完成從兩個(gè)串行口發(fā)送或接收數據、產(chǎn)生PWM信號、轉換A/D輸入信號、操作碼盤(pán)接口等工作。
ADMC401內部提供了2K×24位的內部程序RAM、2K×24位的內部程序RAM和1K×16位的內部數據RAM；程序及數據RAM的內容可由其串口從外部ROM中以同步或異步方式調入。為了滿(mǎn)足實(shí)際工程的需要，ADMC401還提供了外部存儲器的擴展能力，用戶(hù)最多可以直接尋址片外14K×24位的程序存儲器用13K×16位的數據存儲器。
作為高性能的電機控制器，ADMC401含有一些機控制專(zhuān)用的外圍設備。其中包括：8路12位A/D轉換系統、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(pán)接口。另外ADM401還包括12路數字I/O口，事件捕獲單元及內部定時(shí)器等設施，為開(kāi)發(fā)快速、高精度的電機控制系統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轉換單元
ADMC401含有一個(gè)快速、高精度的8路A/D轉換系統，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(gè)采樣保持器SHA A和SHA B，這種結構使得用戶(hù)可以同時(shí)采樣兩個(gè)信號（即下面的工作模式一）。8路轉換的全部用時(shí)不足2us（外接13MHz晶振），解決了實(shí)際應用中高速A/D轉換的問(wèn)題。A/D轉換的輸入電壓范圍由引腳VREF決定，若選用ADMC401內部產(chǎn)生的2V參考電壓，則電壓輸入范圍是0—4V。
A/D轉換有四種工作模式，由內部寄存器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(hù)可以對采樣的數據進(jìn)行適當的補償，以實(shí)現高精度的轉換。
三相PWM控制器
ADMC401提供的PWM發(fā)生器功能強大、使用簡(jiǎn)單，不僅能產(chǎn)生通用的PWM波，而且還為無(wú)刷直流機和開(kāi)關(guān)磁阻電機分別提供了專(zhuān)門(mén)的PWM波產(chǎn)生方式，通過(guò)設置相應的引腳即可實(shí)現對不同系統的控制。
PWM發(fā)生單元產(chǎn)生3個(gè)高側控制信號和3個(gè)低側控制信號以及一路用于同步的PWMSYNC信號。輸出PWM信號的開(kāi)關(guān)頻率、死區時(shí)間和最小脈沖寬度均可通過(guò)改動(dòng)相應的寄存器值來(lái)設置，并且允許用高頻斬波信號對PWM輸出波形進(jìn)行調制，以便利用變壓器進(jìn)行隔離和驅動(dòng)。
ADMC401的PWM波有兩種更新模式，在第一種模式下，占空比、死區時(shí)間等值在一個(gè)PWM周期內保持不變，要想設置不同的值只能在下一個(gè)PWM周期改變；而在第二種模式下，使用者可以根據實(shí)際的需要，在PWM周期的一半處進(jìn)行以上值的改變，這樣提高了系統的靈活性，但由于PWM波的不對稱(chēng)性可能會(huì )產(chǎn)生諧波干擾問(wèn)題。這一點(diǎn)應當引起注意。
要想關(guān)斷PWM信號，可以將PWMTRIP引腳置零或將PIO口設為PWM關(guān)斷源。除了這兩種硬件方式外，用戶(hù)還可以通過(guò)軟件將PWMSWT的第一位置1來(lái)關(guān)斷PWM信號。
碼盤(pán)接口單元
ADMC401提供的增量式碼盤(pán)接口是ADMC331所沒(méi)有的，它可以方便的實(shí)現電機控制中的位置檢測和測速，為構造高性能的控制系統提供了良好的硬件條件。
碼盤(pán)接口單元（EIU）由四個(gè)輸入端，其中EIA、EIB接受碼盤(pán)輸出的兩路正交信號，EIZ、EIS是零使能和選通信號，其結構框圖如圖3所示：
它主要由三部分組成：接口部分、循環(huán)定時(shí)部分和事件定時(shí)器部分，輸入信號首先進(jìn)入可編程噪音濾波單元濾波后，A、B信號進(jìn)入16位積分加減計數器，它產(chǎn)生的信號送入碼盤(pán)事件定時(shí)器，結合循環(huán)定時(shí)信號共同得到測速所需的信號（用戶(hù)可以讀取相應的寄存器獲得）。所得信息經(jīng)過(guò)適當的計算，可直接用作電機的速度信號。
其他外設
串行口
ADMC401提供了兩個(gè)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。
可編程數字I/O口
ADMC401擁有12路可編程數字I/O品，PI0至PI11，用戶(hù)可以通過(guò)相應的寄存器直接對端口進(jìn)行操作，另外每一端口都可設為一個(gè)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，內部分別對應兩個(gè)寄存器。
監視定時(shí)器
監視定時(shí)器能夠在程序運行出錯時(shí)執行一次對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(shí)間內響應多個(gè)中斷，其中外圍中斷包括PI/O口、A/D轉換、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(hù)可以利用發(fā)發(fā)裝置中的配套軟件，在WINDOWS下實(shí)現編程及調試任務(wù)，下面以產(chǎn)生固定占空比的PWM波為例給讀者提供一個(gè)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(wù)程序中，向三個(gè)通道分別寫(xiě)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(kāi)發(fā)ADMC401的產(chǎn)品時(shí)，用戶(hù)可利用ADI公司提供的開(kāi)發(fā)套件進(jìn)行調試研究，套件由連接在一起的處理板和連結板構成，用戶(hù)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(kāi)發(fā)軟件，然后就可以進(jìn)行相應軟件的開(kāi)發(fā)調試；在硬件上，用戶(hù)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(hù)就可以利用ADMC401開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品了。
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