TMS320x28335DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章 緒 論………………………………………………………………………… 1 1.1 數(shù)字信號處理器概述……………………………………………………… 2 1.1.1 數(shù)字信號處理器…………………………………………………… 2 1.1.2 DSP處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)……………………………………………… 5 1.1.3 數(shù)字信號處理器的選型…………………………………………… 11 1.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)概要…………………………………………………… 13 1.2.1 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)簡介………………………………………………… 13 1.2.2 運(yùn)動(dòng)控制分類……………………………………………………… 13 1.2.3 運(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)現(xiàn)方式及特點(diǎn)…………………………………… 14 1.3 以DSP為基礎(chǔ)的數(shù)字控制系統(tǒng)………………………………………… 17 1.3.1 控制系統(tǒng)介紹……………………………………………………… 18 1.3.2 數(shù)字控制系統(tǒng)……………………………………………………… 20 1.3.3 DSP在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用………………………………… 22 1.3.4 數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………… 23 1.4 DSP電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)開發(fā)套件簡介……………………………………… 24 第2章 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)試方法…………………………………………………… 26 2.1 DSP系統(tǒng)開發(fā)…………………………………………………………… 27 2.1.1 系統(tǒng)的需求分析…………………………………………………… 27 2.1.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………… 27 2.1.3 DSP系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試方法……………………………………… 29 2.2 C/C++編程基礎(chǔ)………………………………………………………… 32 2.2.1 C/C++語言的主要特征………………………………………… 33 2.2.2 輸出文件…………………………………………………………… 33 2.2.3 編譯器接口………………………………………………………… 34
2.2.4 編譯器操作………………………………………………………… 35 2.2.5 編譯器工具………………………………………………………… 36 2.3 TMS320x28xx的C/C++編程………………………………………… 37 2.3.1 概 述……………………………………………………………… 37 2.3.2 傳統(tǒng)的宏定義方法………………………………………………… 37 2.3.3 位定義和寄存器文件結(jié)構(gòu)方法…………………………………… 40 2.3.4 位區(qū)和寄存器文件結(jié)構(gòu)體的優(yōu)點(diǎn)………………………………… 47 2.3.5 使用位區(qū)的代碼大小及執(zhí)行效率………………………………… 48 2.4 C程序開發(fā)………………………………………………………………… 51 2.4.1 Include文件……………………………………………………… 51 2.4.2 鏈接文件…………………………………………………………… 53 2.4.3 程序流程…………………………………………………………… 59 2.5 C/C++語言與匯編混合編程…………………………………………… 59 第3章 CodeComposerStudio集成開發(fā)環(huán)境…………………………………… 70 3.1 Eclipse的基本概念……………………………………………………… 73 3.2 CCS5.4安裝及配置……………………………………………………… 76 3.3 CCS5.5應(yīng)用基礎(chǔ)………………………………………………………… 80 3.3.1 導(dǎo)入已有工程……………………………………………………… 80 3.3.2 Step-by-Step創(chuàng)建新工程………………………………………… 83 3.3.3 利用CCS5.5調(diào)試工程…………………………………………… 89 3.4 CSS5.5高級應(yīng)用………………………………………………………… 95 3.4.1 編輯源程序………………………………………………………… 97 3.4.2 查看和編輯代碼…………………………………………………… 97 3.4.3 書簽的使用………………………………………………………… 98 3.4.4 程序運(yùn)行控制……………………………………………………… 99 3.4.5 斷點(diǎn)設(shè)置………………………………………………………… 101 3.4.6 探針的使用……………………………………………………… 108 3.4.7 觀察窗口………………………………………………………… 112 3.4.8 實(shí)時(shí)調(diào)試………………………………………………………… 120 3.5 分析和調(diào)整……………………………………………………………… 121 3.5.1 應(yīng)用代碼分析…………………………………………………… 122 3.5.2 應(yīng)用代碼優(yōu)化…………………………………………………… 123 第4章 DSP處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用………………………………………… 124
4.1 TMS320x28xxx系列處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………… 125 4.1.1 C28xxx定點(diǎn)處理器…………………………………………… 126 4.1.2 C28x浮點(diǎn)處理器………………………………………………… 128 4.2 TMS320x28xxx系列處理器功能概述………………………………… 130 4.2.1 TMS320x2833xCPU …………………………………………… 132 4.2.2 存儲(chǔ)器…………………………………………………………… 132 4.2.3 通用目的I/O(GPIO)…………………………………………… 137 4.2.4 中 斷…………………………………………………………… 138 4.2.5 控制外設(shè)………………………………………………………… 140 4.2.6 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊…………………………………………………… 142 4.2.7 SPI外設(shè)接口…………………………………………………… 143 4.2.8 SCI通信接口…………………………………………………… 144 4.2.9 CAN 總線通信模塊……………………………………………… 144 4.2.10 看門狗…………………………………………………………… 145 4.2.11 PLL時(shí)鐘模塊………………………………………………… 145 4.2.12 多通道緩沖串口………………………………………………… 146 4.2.13 外部中斷接口…………………………………………………… 147 4.2.14 存儲(chǔ)器及其接口………………………………………………… 148 4.2.15 內(nèi)部集成電路(I2C)…………………………………………… 150 4.2.16 直接存儲(chǔ)器訪問(DMA) ……………………………………… 150 4.3 TMS320F2833x映射空間……………………………………………… 151 4.4 TMS320F2833x處理器時(shí)鐘單元……………………………………… 154 4.4.1 時(shí)鐘單元基本結(jié)構(gòu)……………………………………………… 154 4.4.2 鎖相環(huán)電路……………………………………………………… 155 4.5 C2833x處理器中斷應(yīng)用………………………………………………… 159 4.5.1 PIE中斷擴(kuò)展…………………………………………………… 159 4.5.2 中斷向量………………………………………………………… 159 4.5.3 中斷源…………………………………………………………… 165 4.5.4 定時(shí)器中斷應(yīng)用舉例…………………………………………… 166 4.6 SPI接口及其應(yīng)用……………………………………………………… 169 4.6.1 SPI接口簡介…………………………………………………… 169 4.6.2 SPI接口應(yīng)用實(shí)例……………………………………………… 171 4.7 CAN 總線及其應(yīng)用……………………………………………………… 178 4.7.1 CAN 總線特點(diǎn)…………………………………………………… 178 4.7.2 CAN 總線數(shù)據(jù)格式……………………………………………… 179
4.7.3 CAN 總線應(yīng)用舉例……………………………………………… 182 4.8 SCI接口及其應(yīng)用……………………………………………………… 190 4.8.1 SCI接口特點(diǎn)…………………………………………………… 190 4.8.2 SCI通信接口應(yīng)用……………………………………………… 192 4.9 模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元…………………………………………………………… 203 4.9.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元概述……………………………………………… 203 4.9.2 排序器操作……………………………………………………… 206 4.9.3 排序器的啟動(dòng)/停止模式………………………………………… 220 4.9.4 輸入觸發(fā)源……………………………………………………… 222 4.9.5 ADC參考電壓…………………………………………………… 222 4.9.6 ADC應(yīng)用舉例…………………………………………………… 224 4.10 ePWM 模塊及其應(yīng)用………………………………………………… 227 4.10.1 ePWM 模塊概述……………………………………………… 227 4.10.2 高精度脈寬調(diào)制模塊(HRPWM) …………………………… 229 4.10.3 PWM 實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例……………………………… 231 4.11 增強(qiáng)正交編碼脈沖模塊………………………………………………… 235 4.11.1 增強(qiáng)正交編碼脈沖模塊概述…………………………………… 236 4.11.2 eQEP應(yīng)用舉例………………………………………………… 239 第5章 基于模型的嵌入式軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試方法………………………………… 245 5.1 基于模型的設(shè)計(jì)方法…………………………………………………… 245 5.1.1 模型的基本概念………………………………………………… 245 5.1.2 經(jīng)典設(shè)計(jì)方法存在的問題……………………………………… 246 5.1.3 基于模型的設(shè)計(jì)方法…………………………………………… 247 5.2 EmbeddedCoder功能及特點(diǎn)………………………………………… 248 5.2.1 配置方法及產(chǎn)生的對象類型…………………………………… 248 5.2.2 代碼執(zhí)行和驗(yàn)證………………………………………………… 254 5.3 EmbeddedTargetforTIC2000主要特點(diǎn)…………………………… 254 5.4 TIC2000嵌入式目標(biāo)模塊和CCS集成開發(fā)環(huán)境…………………… 256 5.4.1 默認(rèn)項(xiàng)目配置…………………………………………………… 256 5.4.2 Custom_MW 的默認(rèn)設(shè)置……………………………………… 256 5.4.3 支持的數(shù)據(jù)類型………………………………………………… 256 5.5 調(diào)度和時(shí)序……………………………………………………………… 256 5.5.1 基于定時(shí)器的中斷處理………………………………………… 257 5.5.2 異步中斷處理…………………………………………………… 258 5.6 目標(biāo)系統(tǒng)模型創(chuàng)建……………………………………………………… 259
5.6.1 模塊庫的使用…………………………………………………… 259 5.6.2 設(shè)置仿真配置參數(shù)……………………………………………… 260 5.6.3 系統(tǒng)目標(biāo)類型和存儲(chǔ)器管理…………………………………… 262 5.6.4 創(chuàng)建(Build)模型………………………………………………… 262 5.7 C2000lib的使用………………………………………………………… 262 5.7.1 配置模型設(shè)置…………………………………………………… 262 5.7.2 向模型中添加功能模塊………………………………………… 264 5.7.3 模型的代碼生成………………………………………………… 266 5.8 IQmath庫應(yīng)用………………………………………………………… 268 5.8.1 IQmath庫介紹………………………………………………… 268 5.8.2 數(shù)的定標(biāo)………………………………………………………… 269 5.9 基于模型的電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)…………………………………… 270 5.9.1 系統(tǒng)仿真算法驗(yàn)證……………………………………………… 272 5.9.2 控制器代碼的產(chǎn)生及參考信號的建立………………………… 276 5.9.3 處理器在環(huán)算法驗(yàn)證…………………………………………… 278 第6章 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)…………………………………………………… 283 6.1 空間矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………………………………… 284 6.2 矢量控制中的坐標(biāo)變換………………………………………………… 284 6.2.1 三相定子A B C 坐標(biāo)系與兩相定子α β 坐標(biāo)系 之間的變換……………………………………………………… 285 6.2.2 d q 垂直坐標(biāo)系與M T 定向坐標(biāo)系之間的變換…………… 287 6.3 空間矢量的基本原理及實(shí)現(xiàn)…………………………………………… 291 6.3.1 空間矢量的基本原理…………………………………………… 291 6.3.2 空間矢量的DSP實(shí)現(xiàn)…………………………………………… 299 第7章 基于TMS320F28335的永磁同步電機(jī)控制…………………………… 305 7.1 概 述…………………………………………………………………… 305 7.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型…………………………………………… 305 7.2.1 電壓方程………………………………………………………… 306 7.2.2 轉(zhuǎn)矩方程………………………………………………………… 306 7.3 永磁同步電機(jī)的矢量控制法分析……………………………………… 307 7.3.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理簡介…………………………… 307 7.3.2 正弦波永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方法……………………… 308 7.4 磁場定向算法介紹……………………………………………………… 311 7.4.1 磁場定向控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………………………… 311
7.4.2 矢量變換原理及其應(yīng)用………………………………………… 311 7.4.3 TMS320F28335實(shí)現(xiàn)空間矢量控制算法……………………… 315 7.5 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)…………………………………………… 320 7.5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………………………………………… 320 7.5.2 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)…………………………………………………… 321 第8章 基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)………………………………………… 349 8.1 介 紹…………………………………………………………………… 349 8.2 步進(jìn)電機(jī)的原理………………………………………………………… 350 8.2.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)………………………………………………… 350 8.2.2 單極性步進(jìn)電機(jī)………………………………………………… 351 8.2.3 雙極性步進(jìn)電機(jī)………………………………………………… 352 8.2.4 雙線步進(jìn)電機(jī)…………………………………………………… 352 8.3 步進(jìn)電機(jī)的物理特性…………………………………………………… 353 8.3.1 靜態(tài)特性………………………………………………………… 353 8.3.2 半步和微步控制………………………………………………… 354 8.3.3 摩擦力和死區(qū)…………………………………………………… 355 8.3.4 動(dòng)態(tài)特性………………………………………………………… 357 8.3.5 步進(jìn)電機(jī)的共振問題…………………………………………… 357 8.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………… 358 8.4.1 介 紹…………………………………………………………… 358 8.4.2 可變磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)……………………………………………… 359 8.4.3 單極性永磁和混合電機(jī)驅(qū)動(dòng)…………………………………… 360 8.4.4 單極和可變磁阻驅(qū)動(dòng)…………………………………………… 362 8.4.5 雙極性電機(jī)和H 橋驅(qū)動(dòng)電路…………………………………… 363 8.5 采用F28335實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制……………………………………… 365 8.5.1 硬件設(shè)計(jì)………………………………………………………… 365 8.5.2 帶有電流反饋的微步控制……………………………………… 367 8.5.3 軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………… 369 第9章 交流感應(yīng)電機(jī)控制方法…………………………………………………… 382 9.1 介 紹…………………………………………………………………… 382 9.2 感應(yīng)電機(jī)的基本原理…………………………………………………… 382 9.2.1 交流感應(yīng)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)……………………………………… 382 9.2.2 感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性…………………………………………… 383 9.3 感應(yīng)電機(jī)控制策略……………………………………………………… 385
9.3.1 脈寬調(diào)制控制…………………………………………………… 386 9.3.2 滑差控制驅(qū)動(dòng)器………………………………………………… 388 9.3.3 矢量控制驅(qū)動(dòng)器………………………………………………… 388 9.3.4 無測速器調(diào)速控制……………………………………………… 391 9.4 交流感應(yīng)電機(jī)的坐標(biāo)變換……………………………………………… 392 9.4.1 CLARK變換…………………………………………………… 392 9.4.2 PARK變換……………………………………………………… 393 9.5 感應(yīng)電機(jī)建模與仿真…………………………………………………… 395 9.5.1 三相感應(yīng)電機(jī)的模型…………………………………………… 395 9.5.2 dq0靜止和同步參考坐標(biāo)……………………………………… 400 9.5.3 靜止參考坐標(biāo)系內(nèi)感應(yīng)電機(jī)的仿真…………………………… 403 9.5.4 磁場定向控制方法的感應(yīng)電機(jī)的仿真………………………… 404 9.6 感應(yīng)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)…………………………………………………… 409 9.6.1 感應(yīng)電機(jī)的矢量控制…………………………………………… 409 9.6.2 感應(yīng)電機(jī)的無速度傳感器控制………………………………… 413 第10章 無刷直流電機(jī)的控制…………………………………………………… 453 第11章 智能不間斷電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………… 493