基于DSP串行通信在变频调速系统中的应用

随着电力电子技术的不断发展和微处理技术尤其是数字信号处理器(DSP)的出现，基于数字控制的现代交流调速系统可以应用复杂的控制策略，实现高速动态响应功能。在以DSP为控制核心的异步电机驱动系统中，要实现观测驱动系统在运行中的数据变量，根据需要对程序进行控制，就需要应用DSP中的串口通讯接口与上位机——控制面板或者计算机系统进行通讯。本文针对一套基于DSP的异步电机变频调速驱动系统，设计了DSP与上位机系统通讯的硬件电路，编写了通讯的汇编程序，实现了DSP与上位机的异步通讯。在调试阶段，为了方便调试，在WINDOWS环境下，在PC机上利用VB编写了通讯控制程序，实现了DSP与上位PC机的通讯。通过多种条件下的运行调试，证明通讯可靠，运行稳定。

1 变频调速系统

近年来交流调速领域中最活跃。发展最快的是变频调速技术，它是交流调速的基础和主干内容。变频调速对于提高电工作效率和工作质量以及节约能源等，都起着十分重要的作用。本文以AD公司的专用DSP芯片ADMC328为控制核心，实现异步电机的变频调速。·调速系统的硬件电路分为四个主要模块：电源模块。控制器模块。功率模块以及通讯模块。

电源模块负责为其它模块提供相应的电源。它的输入是交流220V,由主控板或其它交流电源提供；输出是三个直流电源，为逆变器提供直流300V和直流15V,为控制器部分提供直流5V。

控制器模块的主要功能是实现空间矢量脉冲宽度调制(SVPWM),对直流300V母线进行电压和电流检测，与外界通讯。

功率模块的实质是一个10A/600V的三相逆变器，它受控于控制器输出的PWM信号，为异步电动机(IM)提供三相正弦电流。

通讯模块是变频驱动板与主控板以及UART设备通讯的通道。通讯模块是保证上位机与下位机准确快速联系的重要环节，是确保系统可靠运行的重要因素。

变频调速系统的控制框图如图1所示。

2 ADMCF328及其串口简介

ADMCF328芯片是美国AD(ANALOG DEVICES)公司生产的一种低价位。基于DSP的单片机控制器，适合于控制交流感应电机。永磁同步电机。无刷直流电机和开关磁阻电机。它包括一个20MIPS的定点DSP内核和一整套电机控制外设，适于开发快速有效的电机控制器。

ADMCF328提供有共同步串行通讯口，支持多种串行通讯协议，并且可以在多处理器系统中直接互连各个处理器。每个串口包括五个引脚：

SCLK(串行时钟),

RFS(接收帧同步),

TFS(发送帧同步),

DR(串行数据接收),

DT(串行数据发送)。

串口有独立的发送和接收部分，并且每个部分都有一个寄存器能把数据字从处理器移进或移出，双缓冲区技术为串口服务提供了附加时间。串口可以使用外部时钟或在内部生成时钟，频率范围宽，最小为0Hz,最大为6.144MHz。串口可以支持串行字长从3位到16位的数据传输。串口还可使用可以灵活控制的帧同步信号。接收和发送一个完整的数据字之后，可以产生一个中断。

发送数据时，由TX寄存器实现TFS信号，表明传送开始，写入TX寄存器的每个值都会被传送到内部发送移位寄存器中，然后从MSB开始发送各位，每一位都是在SCLK上升沿移出；接收数据时，接收到一个完整的字后，写入RX寄存器，同时产生接收中断。

3 串行通讯接口电路

串行通讯接口包括数据传输线DT和数据接收线DR。这样，可以通过对串口控制寄存器(Sport Control Register)的值进行修改，来控制数据接收帧同步只对串行通信中的第一个字节有效。也就是说，将DR和RFS连在一起之后，在进行数据传输的时候，在数据传输开始的时刻，就是第一个字节的起始位到达的时刻，RFS会对其进行判断，产生一个数据接收中断，从而达到异步通信的效果。

当需要把TTL(0V和+5V)电平转换为UART电平(-10V和+10V)时，比如说要和PC串口(RS/232)进行通讯时，就要添加一些硬件电路。如图2所示，使用了AD7306BR转换电平，由图中可以看出PC串口的3(TD)管脚即数据发送管理，经过AD7306BR之后，电平由-10V～+10V转换到0～+5V连接到DSP串口的数据接收(DR)管脚；同理DSP串口的数据发送(DT)管脚经过AD7306BR完成电平转换接到PC串口的2(RD)管脚即数据接收管脚上。在完成电平转换之后，还要使用HCPL2630将DSP与电平转换电路隔离。

4 通讯协议及软件设计

4.1 通讯协议

通讯协议采用异步串行通讯方式，波特率为2400bps,数据包括8位数据位。1个奇校验位。1个低电平起始位和1个高电平停止位；变频驱动板与主控板的通讯由3个字节组成：同步码0XFF.命令码和命令参数；主控板为主设备，变频驱动板为从设备，变频驱动板接到命令后立即应答，50ms无应答则重发命令，1s无应答则出错误报警。通讯数据格式如表1所示