基于TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告.doc

基于 TMS320LF2407A的交流电机驱动控制器平台设计报告姓名：班级：学号：目录基于2407A的交流电机驱动平台控制板设计报告 1一、 课程设计目的 1二、 2407A 介绍 1三、 总体设计 2四、 详细设计 31最小系统 32•检测电路 53 .转速给定 64. PWM 输出 75. 保护及故障处理电路 76 •显示及人机交互电路 77•通信电路 8五、总结 9基于2407A的交流电机驱动平台控制板设计报告一、课程设计目的:1. 初步掌握交流电机驱动控制器的原理和结构2 •掌握交流电机驱动控制各个部分的实现原理和方法3. 掌握电机控制专用DSP的原理和使用4. 掌握电机驱动控制中的电力电子电路原理和使用方法5. PROTE原理图和印刷电路图的设计、2407A介绍TMS320LF2407A是TI公司C2XX系列DSP内核和I/O均采用3.3V供电，因 此功耗较低2407A的运行速度最高可达40MIPS,内部集成了 2个8通道的AD 转换器同时，2407A还集成了两个专门用于电机控制的事件管理器（EV）每 个EV包含两个16位通用定时器，3个捕获单元，一个光电编码器接口模块，可 以输出8路16位PWM信号，并可以插入死区。

此外，2407A还包含SCI CAN SPI等接口模块及大量I/O接口由于2407A性能相对优良，而价格相对较低， 因此在电机控制、电力电子等领域获得了广泛使用Bssn sss^ &」怯宇【 rsp.^. gA 带£. --US--DB_^ IH.UJL 臺匕 £Er 畧 a-LMddA£ £WK^ Rpn 2THE* [TD REHPFI^ [[I 071([ PEPIVTJb [ TJFWM.TSauF'jCPFJ [ nl PLLFJ [ ruMw[ TfS；阴[mi t TPWUTKWF KFBS I WWOAX [ 口口〔且皿九旧知”[ DM ( 笙 融 l[磐淮®PCS (AM〕[ib111215 1? IT 佃163J21 3?23加JIK33TMS320LF2407A.PGEs- .3I osiEl二 审 OWhMd KEQ„d37£ &EQ.9E 畫1»>s =■2 a? bnLQ-sf5*UM 口 lipWioe104 iOS. m101ICO*4sa40TB7BItfsChUJmkxi: j 心 ftCS]aOCimi3JMCWO1MKH05]aDChuJ WCHW Jaccrct ]心討科]R3Jbwjc 伽 ]CArM^EPlRyE7 ]□?]Vsa 皿 JPSJ "5J 0EF4 KFFS]CAH GEPZ H?刊M三、总体设计控制板电路要素：1, DSP最小系统2, 速度反馈电路3，电流反馈电路4,速度给定电路5，PWM输出保护电路6, 功率板接口电路7，HMI和通信接口电路8，其他电路在众多的交流电机控制系统中，矢量控制技术性能最佳，但也最为复杂。

根据矢量控制技术的要求，系统通过测量电机的转速、定子电流、定子电压，按 照一定的控制算法调节PWM波的输出，实现电机的转速及转矩控制同时考虑 到电路的启动和运行安全、人机交互及通信等，将系统的控制部分总体结构设计 如下图所示：系统主要包括：DSP核心系统，电流、电压、转速、温度等检测电路，转速 的给定电路，PWM输出及保护电路，通信接口电路，人机交互模块，以及一些其他的保护电路四、详细设计根据总体设计，对各个子模块的设计如下：1 .最小系统DSP最小系统是保证一个DSP能够正常运行的最小系统，除了 DSP,还包括 电源模块、片外存储器模块、JTAG接口、振荡及锁相环电路① 电源模块：控制板是一个3.3V和5V混合的系统，外部为控制板提供的只 有5V电源，因此需要使用电源芯片将5V转化成3.3V并且，供给AD模块作为 基准电压的电源VCCA( 3.3V)是模拟信号，要和3.3V的数字电源隔离此外， 还应加上复位电路，实现上电复位和硬件复位设计的电路如下：VCCX电源转换电路 复位电路② 片外存储电路：由于LF2407A内部存储空间有限，因此必须外接存储芯片扩展，以实现程序的下载仿真系统选用 64KX16位的IS61LV6416SRAM芯片来扩展，将PS DS相和后，作为片选信号，可以同时扩展程序空间、数据空 间。

设计电路如下：Z：WC131£ Y Y T YIDTO L』T5fl碗lAlBri h3a?b4amT:'3..223T5 J. 3*1-1011 L- 1- n n hM CJ S - - F o-Et一二？二 r'r.ACtr3 二二匚0③ JTAG接 口电路：C2XX系列DSP需外接仿真器实现仿真，LF2407A采 用14针的JTAG乍为仿真接口电路如下：④ 振荡及锁相环电路：LF2407A内部集成有振荡电路，只需外接晶振实现起 振即可，系统选用20Mhz的晶振同时，LF2407A内部集成有锁相环电路（PLL， 可实现倍频，但须外接滤波电路电路设计如下：r r.l I f |^ | r2 •检测电路系统需采集定子电流、母线电压和实际转速参和控制，同时需采集电力电子 器件的温度及泵升电压以保证安全运行通过功率板及电机上的传感器采集数 据，经过控制板的调理，送入 DSP实现AD转换① 电流检测：电流采集通过电压型电流霍尔传感器实现，将霍尔传感器的 输出经过滤波、分压后输入 DSP由于三相电流只有两项独立，因此只需米集两 路电流即可电流检测处理电路设计如下：② 电压检测：电压检测采用电阻分压的形式实现，通过模拟光耦差分输出 到控制板，经过控制板的滤波、调理后输入 DSP实现AD转换。

设计电路如下：U35AR662KTL.C-?*-TJX'OC-lu③ 温度检测：为保证电力电子器件（IGBT或IPM模块）的安全，应检测器件 的温度，当温度过高，采取一定措施，避免器件损坏系统采用热敏电阻 （HTC）温度传感器在功率板上采集温度，经过控制板的调理输出 DSP电路如下：12V、 ™, JOON T- - — ■;— -- .-CfiO102其中电阻R67的阻值大小根据传感器来选取④ 转速检测：转速通过安装在电机轴上的光电编码器来检测，观点编码器 输出的差分信号经过控制板的调理，将 A、B、Z三路信号中的A、B输入到EV 的QEP模块，实现转速测定电路如下：考虑到同步电机的控制，因此系统还应检测 U、V、W,电路完全相同3. 转速给定转速的给定可以通过数字方式给定， 也可以通过模拟的方式给定系统选用 模拟给定的方式，通过调节电位器分压，输入到 DSP的AD模块，来实现转速的 设定电路如图所示：4. PWM输出系统通过输出PWM波，经光耦隔离来控制电力电子器件的开通和关断设 计的PWM输出电路如下所示，缓冲器74HC245用来增强PWM输出引脚的驱动 能力系统采用PWM低有效，应保持同一桥臂上的器件不同时导通，为保证安 全，将PWM信号经过或、和非后作为缓冲器的输出允许信号。

当任意一桥臂上 的两个信号同时有效时，PWM信号将不能输出Hotc -E o —■『JIs 6 7 B B B B B B B-B gAOAL誥蛊第嗣U34PUTW1匚1A1BA3SA延S-BGND MC1YNC vccm|WC5.保护及故障处理电路系统将功率板上输入的故障信号输入到 DSP的PDPINTA引脚，当出现过压、 过流等故障时，系统将产生中断，进行相应的故障处理系统输出的故障处理信号包括PV、FAN当泵升电压过高时，PV信号有效，控制母线间的开关器件开 通，通过电阻耗能当器件温度过高时，FAN信号有效，打开风扇此外，还有 SFT信号用来实现软启动6 •显示及人机交互电路系统包含四位数码管来显示转速（实际转速、给定转速），数码管采用静态 显示，通过四块CD4094的级联来控制数据的输入通过SP接口中的SIMOCPICLK 来实现电路如下：此外，还有四位拨码开关来进行操作的输入，四个 LED灯来指示运行状态7 •通信电路系统设计了串行通信接口实现和上位 PC机的通信，设计了 CAN通信接口用 于扩展通信电路如下：VCCU9LFfCANIX 1nCJtNHjj]?CANL1口 -CAN收发接口S EL■ co串行通信接口（1）.串行通信接口串口通信口（ SC）是一种采用两根信号线的异步串行通信接口。

MAX3232是RS232的专用收发器件，进行典型连接，以此来进行通讯采用专有低压差发 送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的 RS-232性 能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容max3232确保在120kbps数 据速率，同时保持RS-232输出电平max3232具有二 路接收器和二路驱动器， 提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命关断模 式下，接收器保持有效状态，对外部设备进行监测，仅消耗 1uA电源电流，max3232的引脚、封装和功能分别和工业标准 MAX242和MAX232兼容其中232RX是RS232的接收数据端；232TX是RS232的发送数据端；SC1TXD 是TTL/CMOS的输入端，SCI异步串行口接收数据引脚；SC1TXD是 TTL/CMOS的 输出端，连接到DSP板的SCI异步串行口发送数据引脚DB9头各管脚定义：1、载波检测DCD 2、接收数据RXD; 3、发送数据TXD; 4、数据终端准备 好DTR 5、信号地SG; 6数据准备好DSR;7请求发送RTS 8清除发送CTS 9、振铃提示RI(2). CAN收发接口由于TMS320LF2407A采用3.3V供电，所以我们选用了 3.3V供电的CAN总 线收发驱动芯片SN65HVD230(VP23Q)提供对总线的差动收发和接收功能。

五、总结首先感谢老师为本次课设付出的辛劳，及本组同学的支持我这次主要做的部分是通信电路部分， 虽然这部分比较简单，但以前对通 信接口方面的知识了解很少通过查找这方面的资料并学习，基本掌握了其 原理我们设计的通信电路主要有两部分，一是串口通信接口，另一部分是 CAN收发接口这部分电路有比较成熟的模块，只是在设计过程中应注意供 电电压和对应芯片的选择。