通用变频器中基于DSP的数字控制器实现

2.4 D／A输出功能块的设计

在数字控制系统中，D／A和A／D电路是必不可少的，根据各种运用场合不同，系统对D／A、A／D的速度要求也不一样。本文中使用的是并行输入的D／A芯片DAC7625，它是12位数据并行输入，4路模拟输出的D/A转换器。其建立时间是10μs，功耗20mW，电源可以采用单电源+5V和双电源±5V供电，广泛应用于电机控制和数据采集等。数模转换器DAC的数据输入来自DSP的高12位，通过74LS245送到DAC7625的数据端，采用单电源+5V供电，参考电压VHEFH使用精密稳压器件提供的+2.5V，VHEFL模拟地，其输出通过运算放大器TLCH2272进行放大，输出范围为0"+5V。

2.5 键盘输入接口电路和LED显示电路设计

键盘和七段LED显示器是微型计算机系统最常用的输入、输出没备。它是实现人机之间进行信息交换的主要通路。键盘的功能就是把人们要处理的数据、命令等转换成计算机识別的二进制代码，即计算机能识别的符号；七段LED显示器则是把计算机的运算结果、状态等代码转换成为人们能识別的符号显示出来。键盘是计算机系统的主要输入没备，特別是在微处理器中，键盘设汁成为必然。本文在设计时考虑到DSP处理速度的快速性，对于键盘去抖动环节，采用了硬件延时电路，具体电路如图2所示。



七段LED显示器有静态显示和动态显示两种连接方式。动态扫描方式节省硬件，常用的BCD七段译码驱动和动态扫描驱动电路有两种，如Intel 8279、Max 7219等，控制器中采用MAX7219芯片。DSP具有一个与外设打交道的串行接口SPl，这为串行接门显示提供了方便。MAX7219足一种串行的共阴极LED数字显示驱动器，内没多个控制和数据寄存器，其工作方式可通过编程灵活地设计，它是体积小、功能强大、使用灵活方便的串行接口。应用中需要注意的问题就是，MAX7219抗，EMI能力比较差， 相对而言用MAX7221比较可靠一点。另外一个问题是，说明书中虽然说寄存器可以使用任意数字，比如说数据格式中的高4位用的是XXXX来表示，但是，在实际应用中最好使用非零位，本文采用1111来表示，可以增加抗干扰能力。另外，在串行数据线和电源中必须加适量电容，以提高抗干扰能力，特别是电源尤其要注意，如果波动比较大的话，MAX7219比较容易损坏。

2.6 SVPWM脉冲输出模块的设计

空间电压矢量SVPWM脉冲输出是数字控制器中的关键部分，电机调速或者逆变器的频率就是由SVPWM波形来控制的。为了防止逆变器的上下桥臂直通，虽然在DSP内部编程可以加入死区吋间，但是用微处理器产生的SVPWM脉冲可能由于程序跑飞而造成控制混乱，为安全起见，采用GAL器件做了互锁保护电路，防止逆变器同一桥臂上下器件的直通，数字控制器中使用的是Lattice公司的GAL16V8。

3 软件设计

随着变频器产品的不断成熟，它的功能也不断丰富，可靠性也得到不断提高，从而导致了其程序编制的复杂度和难度。本文设计的变频调速系统是针对实验室无轴承高频电机用，主要完成了一些基本功能，比如频率的设定与显示，低速时转距补偿功能等，程序不是特别复杂，设计程序近2000行，廾对程序进行了测试，证明程序运行良好。本文变频调速系统中的整个程序主要由主程序、键盘程序、显示程序、PWM程序、故障保护中断程序等组成。

3.l 主程序和故障保护中断程序

主程序是整个程序的最主要部分，它完成了变频器的主要功能，它的流程图如图3(a)所示。程序初始化部分主要包括：I／O口的初始化，波形发生器的初始化，定时计数器的初始化，SPl的初始化，MAX7219的初始化等。读数到内部寄存器，就是把常用的数据读人到内部寄存器，缩短DSP处理时间，更好地实现实吋性。设定频率处理，就是判断按键所给定的值，判别所设定的频率谁是最终的目标频率。频率显示部分，就是把最终目标频率，按常规以千位、百位、十位、个位通过LED显示出来。运行控制就是根据RUN键来决定是否启动电机运行。在硬件设计上，采用的是富士公司的第三代智能功率模块IPM，它的内部本身就集成厂过压、过流、过热、控制电压欠压、短路等的输出报警功能，通过光耦隔离后送入到DSP的外部中断源引脚PDPINT，完成相应的保护功能，具体流程图如图3(b)所示。



3.2 SVPWM中断子程序

PWM 中断子程序是整个控制器工作的关键程序，空间电压矢量调制的完成就是靠它来实现的，具体的流程图如图4所示。PWM发生程序主要完成如下的功能：电机运行时频率的动态显示，根据主程序中所给定的目标频率，可以得到角速度ω，ω经过积分运算可以得到usref的角度θ，然后计算usref在两相静止坐标系α，β轴上的投影usα及usβ，有了θ可以同时计算出参考电压矢量所在的扇区／N，根据已知量由公用值求取两相邻电压矢量的作用时间T1、T2和T0，然后给DSP内部的3个全比较寄存器CMPRx（x=1，2，3)进行赋值，产生相应的5VPWM波形。