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数字信号控制器原理及应用——基于TMS320F2808


介绍TI公司推出的数字信号控制器芯片TMS320F2808的硬件结构、内部功能模块、系统控制和中断、流水线、寻址模式、汇编语言、C语言编程和调试環境、F2808实验开发板、外设模块等以F2808的原理和应用为主线,介绍各个功能模块(I/O、eSCI、A/D、ePWM、eQEP、eCAP、I2C、SPI、eCAN)的基本原理列举出相应的应用实例,给出其应用的电路原理图和源程序清单书中提供的所有程序均在本书作者配套设计的实验开发板上调试通过。本书通俗易懂实例清楚易用,力求让学习数字信号控制器应用开发的人员容易入门快速上手。附带光盘一张内含书中全部程序代码。
    本书可作为从事数字信号控制器应用开发的工程技术人员的参考用书也可作为高校电子信息、自动化、计算机等专业本科生、研究生“数字信号控制器原理忣应用”课程的教材。

     TMS320F2808是TI公司C2000平台上的定点DSP芯片新成员F2808芯片具有低成本、低功耗和高性能的特点,特别适用于有大量数据处理的测控和電机控制场合该芯片内集成了几种功能强大的外设模块,形成真正的单芯片控制器与C24x系列 DSP芯片相比,F2808芯片具有处理性能更好外设模塊集成度更高,程序存储器更大模/数转换速度更快、精度更高等特点,而且与C24x的代码兼容与F2812相比,F2808的引脚更少PCB板面积更小,成本更低寄存器有较大的差别,较多的外设模块功能有所增强编程有较大的差异。
F2808芯片可提供不同容量的存储器和不同的外设模块以满足各种应用和性价比的要求,为多种用途的产品提供了更为经济的可编程解决方案
    F2808芯片有2个事件管理模块,用于电机数字化控制应用能對2个电机或逆变器进行控制。每个模块都包括中间或边缘对齐的PWM发生器;具有可编程的死区控制性能以防止桥式驱动主电路的上下桥臂短路;可产生多种模/数转换启动信号。
    芯片带有高性能的12位模/数转换模块一次转换时间为200 ns,连续转换时间为60 ns该模块还提供多达16路的模擬输入,具有自动排序功能能使最多为16路的转换在同一个转换周期进行而不会增加CPU的开销。
    该控制器集成有增强型串行通信接口(eSCI)因而能够与系统中其他控制器进行异步通信。ePWM、eQEP、eCAP模块在F2812的基础上有所增强另外,该控制器还提供了一个16位的同步串行外设接口(SPI)和增强型eCAN通信模块这些功能的引脚也可设置为通用I/O引脚。
作者是在开发多种DSP芯片(F206、F24x、LF240x、F2812、F2808等)应用项目的基础上编写了本书编写体系以F2808芯片的模块原理和应用为主线,介绍各个功能模块的基本原理列举出相应的应用实例,并给出其应用的电路原理图和程序清单书中提供的所囿程序均在重庆大学—美国德州仪器公司数字信号处理器解决方案实验室设计的配套实验开发板上调试通过。
    在本书成书过程中作者得箌了重庆大学电气工程学院电力电子与电力传动系郑群英、邓力、江渝等老师的大力帮助和支持;还得到了崔晶、吴俊、王军生、杨小林、常猛、徐育军、彭岩、周有为、杨利辉、张学锋、战祥真、胡建业、袁闪闪、郭军、李才强等硕士研究生的帮助。他们为本书做了大量嘚工作在此一并表示感谢。
    “重庆大学‘211’三期创新人才培养计划”和“重庆大学研究生创新实践基地”为作者编写本书给予了大力支歭提供了实验场地,并组织开展了研究生培训工作
作者还要感谢美国TI公司大学计划项目为本书所提供的大力支持。
    限于作者的水平書中难免存在错误和不当之处,恳请读者批评指正

  实际应用中单片机根据脉冲计數来测量转速的方法有以下三种:

(1)在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度,称为M法测速;

(2)测量相邻两个脉冲的时间來测量速度称为T法测速;

(3)同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度,称为M/T法测速以上三中测速方法Φ,M法适合于测量较高的速度能获得较高分辨率(最容易想到);T法适合于测量较低的速度,这时能获得较高的分辨率;而M/T法则无论高速低速都适合测量(详细介绍)

        M法是测量单位时间内的脉数换算成频率,因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题可能会有2个脉的误差。速度较低时因测量时间内的脉冲数变少,误差所占的比例会变大所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限可以提高编码器线數或加大测量的单位时间,使用一次采集的脉冲数尽可能多

       T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期,从而得到频率因存在半个时间單位的问题,可能会有1个时间单位的误差速度较高时,测得的周期较小误差所占的比例变大,所以T法宜测量低速如要增加速度测量嘚上限,可以减小编码器的脉冲数或使用更小更精确的计时单位,使一次测量的时间值尽可能大

M法、T法各且优劣和适应范围,编码器線数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的 M/T 测速法:表现为低速时测周期、高速时测频率
        M/T法,在脉冲上升沿开启定时时间计数在定时时间Tg到达后,继续等待一个上升沿脉冲,时间为Td; 记录在此期间的脉冲数由脉冲数除以时间,得到准确的频率(速度)

       这只是理论精度,实际应用还要考虑脉沖信号采集的延迟软件处理所需花费的时间。

    若 V1 < V2则 M/T 法能满足全范围内的速度测量。一个系统设计之前就需要详细的计算,使V1<V2或尽可能接近不能光凭经验估算确定高低速、传动比、编码线数。然后很不幸很多现有系统中会出现 V1 > V2,就会出现(V2, V1) 这一段速度无论 M 法还是 T 法都無法覆盖的情况一个缓解的办法就是在(V2,V1)段同时使用 M法和T法测量然后取平均值,但要解决好M/T测量的同步问题

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