基于DSP2407的无刷直流电动机驱动控制系统的研究学士学位论文文档格式.docx

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霍尔位置传感器

ThesystemdesignforbrushlesssynchronousDCmotorcontrolbasedonDSP2407

Abstract

ThisthesispresentsthetheoryofthesensorBLDCmotorandbroughtforwardtheprojectofthedesigningonthespeedcontrolsystemforBLDCmotor.Itisfirstexpoundedthatthebasiccomponentpart,thebasicrunningprincipleoftheBLDCmotor.Followed,itanalysesthecourseofchangingphaseanddistributingofPWMsignal.Then,talkaboutthespecialtyofcontrollerTMS320LF2407andfunctionofthespeedcontrolsystem.

Thensomeproblemsonhardwarerealizationaredissertated,forexample:

positiondetection,velocitydetection,circuitdetection,theprincipleofthechangeofphase,thePWMsignalgenerateandthekeyboardcontrol,etc.Atthesametime,theprotectionofdevicesshouldstillbeattachedimportanceto,sodesignedtheprotectioncircuitofovercurrentandovervoltage.

KeywordsbrushlesssynchronousDCmotor；

hallpositionsensor

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论-1-

1.1课题研究的背景-1-

1.2DSP芯片的应用及发展概况-1-

1.3无刷直流电机的发展现状-3-

第2章无刷直流电动机-4-

2.1无刷直流电动机的组成-4-

2.1.1电动机本体-4-

2.1.2电子换相电路-4-

2.1.3转子位置检测电路-5-

2.2电机控制系统总体结构及工作原理-5-

2.3PWM调速控制原理-9-

2.4本章小结-11-

第3章控制系统硬件设计-12-

3.1总体结构图-12-

3.2DSP最小系统设计-12-

3.2.1电源电路设计-12-

3.2.2复位和时钟电路-13-

3.2.3A/D转换钳位模块-14-

3.3控制电路驱动模块硬件电路设计-14-

3.3.1驱动方案及器件选择-14-

3.3.2驱动电路及原理-17-

3.3.3按键模块电路-19-

3.3.4电流检测电路-20-

3.3.5位置及速度检测电路-21-

3.3.6保护电路设计-24-

3.4本章小结-24-

第4章电机控制程序设计-25-

4.1引言-25-

4.2主程序设计-25-

4.3中断服务程序设计-26-

4.3.1捕捉中断模块-26-

4.3.2PWM产生模块-26-

4.3.3定时器1中断模块-27-

4.3.4电机保护中断模块-28-

4.4本章小结-29-

结论-30-

致谢-31-

参考文献-32-

附录A-33-

附录B-38-

第1章绪论

1.1课题研究的背景

无刷直流电动机从1962年问世以来，尤其经过近20多年来的发展，目前无刷直流电动机已广泛应用在计算机外围设备、办公自动化设备、加点、音像设备、汽车、电动自行车、数控机床、机器人、医疗设备等方面和领域。

直流电动机具有非常优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩、简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地应用在各种驱动装置和伺服系统中。

但是直流电动机的电刷和换向器却成为阻碍它发展的障碍。

机械电刷和换向器因强迫性接触，造成它结构复杂、可靠性差、变化的接触电阻、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能。

因此，长期以来人们一直在寻找一种不用电刷和换向器的直流电动机。

随着电子技术、功率半导体技术和高性能的的磁性材料制造技术的飞速发展，这种想法已经能够实现。

无刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，因此使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使它一经出现，就以极快的速度发展和普及。

1.2DSP芯片的应用及发展概况

自然界中的信号通常可以通过传感器转换为连续的电信号（即模拟信号）。

根据采样定理，只要满足一定的条件，模拟信号可以无失真地转换为离散信号，再通过模拟数字变换器（ADC）可得到很精确的数字信号。

在计算机高度普及的今天，一旦信号转换成数字形式送进计算机，就会得到过去模拟信号所不能获得的很多优点，还能增加多种功能，能用统一的方法进行加工处理，例如编辑、修补缺陷、除去噪声、压缩和解压缩、分类和识别、合成和重构、传送和复制等。

但是，处理语音和图像这类信号的运算量很大，通用微机很难满足实时处理的要求，因而迫切需要适合于信号处理的芯片和系统。

在微电子学专家、信号处理专家和计算机专家的共同合作下，一种体现这３门学科综合科研成果的新器件问世了，称为数字信号处理器（DSP）。

它的特点是：

（１）高度并行运算，内部操作采用时间上重叠的流水线结构（哈佛结构），大大提高了运算速度；

（２）片内配置了一个或多个硬件乘法器和累加器，能在一个指令周期内完成乘累加和变址运算；

（３）按照数字信号处理的算法要求，设计了专用变址器和功能很强的专用指令；

（４）片内配置了多种功能很强的外围器件和接口，例如：

可编程定时器、高速串行接口、直接存贮器存取（DMA）控制器等。

因此，用它来处理数字信号，特别是线性变换（快速傅立叶变换、希尔伯特变换、余弦变换等）、数字滤波（包括有限和无限冲激响应滤波等）、卷积运算等，其速度要比通用PC机快很多倍。

与以往的模拟技术相比，不但体积变小，性能得到极大改进，而且成本也得到降低，在通信、高速控制、声纳、雷达、智能仪器仪表等领域中获得了广泛的运用。

目前，世界上一些著名的电子公司都生产了自己设计的DSP芯片、系统和开发工具。

美国有德州仪器（TI）、AT＆T、Motorola、AnalogDevices等公司，日本有NEC、O-KI、Fujitsu等公司，德国有西门子等公司，其总产值每年以40%的速度增长。

由于无刷直流电机的工作特性和优势使其应用范围越来越广泛，而无刷直流电动机的应用要求其速度可调并能够按照给定速度稳定运行，采用DSP进行控制有着众多的优势。

DSP的发展非常迅速，而销售价格逐年降低。

这给从事系统设计的工程技术人员带来很大机遇，采用先进的DSP将会使开发的产品具有更强的市场竞争力。

虽然各个厂家的设计有很大差别，但目前DSP的结构、总线、资源和接口技术都趋于标准化，尤其接口的标准化进展更快，例如：

用于通信的语音接口、用于广播的立体声接口等。

本次设计采用德州仪器的DSP2407，它是TMS320LF240xA系列产品中最具代表性的产品。

与本系列其他芯片相比，TMS320LF2407A片上资源最丰富，并配有外存接口，最多允许用户直接外接64K字的外存。

DSP2407可以达到40兆指令美妙的运算速度（40MIPS），包括16位乘法的运算速度，并具有32K字片上闪存（Flash）、16通道模拟输入高速10位模/数转换器（A/D）、多个功能丰富的通用计算器、多路可编程脉宽调制（PWM）输出、可编程脉宽调制输出死区、多路信号输入捕捉（CAP）、光电编码盘接口（QEP），以及业界通用的异步串行接口（SCI）、串行（同步）外设接口（SPI）和CAN总线接口。

DSP的软件和系统集成发展也非常迅速。

最初，DSP只是作为一种器件，要设计成产品还需要做许多工作。

通常是由具有软件、硬件和系统集成专长的技术人员组成小组，相互配合，发挥各自专长，开发出完善的产品。

随着芯片集成度的提高，很多算法已形成工业标准，DSP厂家和一些软件开发商（第3方）合作，推出了芯片组和参考设计。

这样就大大缩短了开发周期，提高了设计质量，给用户带来很大的好处。

为进一步降低成本，提高产品的市场竞争力，很多用户和DSP厂家合作，把批量大、性能优良的系统或分系统集成到一个芯片内，这样就可更为迅速地构成高技术产品。

丰富的片上资源是的DSP2407在工业控制中尤其是在电动机控制应用中比传统的单片机有着无与伦比的优势。

也正是因为这一点，DSP2407正在越来越广泛地应用于工业控制和电动机控制的不同领域。

DSP2407成功的应用例子很多，目前见到最多的还是电动机控制，如通用逆变器的控制、工业用织布机和绣花机控制、健身器材运动部分控制、变频空调、变频冰箱控制等。

这些应用尤其是工业应用，不仅利用了DSP2407上的可编程脉宽调制等电动机控制资源，还充分利用了模/数转换器、通用计时器以及各种通信接口资源。

本次设计采用DSP2407控制无刷直流电动机，充分发挥了DSP2407的片上资源优势，对无刷直流电机实现了调速控制。

1.3无刷直流电机的发展现状

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。

无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。

早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。

但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。

本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。

这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。

无刷直流电机是永磁式同步电机的一种，而并不是真正的直流电机，英文简称BLDC。

区别于有刷直流电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍