基于DSP的直流电机调速课程设计报告.doc
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基于DSP的直流电机调速
课程设计报告
学号：
E07640105
班级：
07电子信息工程1班
姓名：
叶海莉
指导老师：
严利平、陈秋妹老师
引言：
近年来随着电力电子技术的发展,普遍采用了由晶闸管整流器供电的直流电机调速系统,以取代以前广泛应用的交流电动机—直流发电机组供电系统。
直流电机调速系统是一个多变量、强耦合、非线性、时变的复杂系统,从当前情况看，直流电动机能在大范围内实现精密的位置和速度控制，所以，要求系统性能高的场合都在广泛使用直流伺服系统。
由于直流电机容易进行调速。
直流电机具有良好的机械特性，使之能在大范围内平滑调速、启动、制动和正反转等，目前在传动领域中仍占重要的地位。
尤其在机械制造行业中应用得最多最广，各种机床运动部分的速度控制、运动轨迹控制、位置控制等，都是依靠各种直流电机的。
在冶金工业中，电弧炼钢炉、粉末冶金炉等的电极位置控制，水平连铸机的拉坯运动控制，轧钢机轧辊压下运动的位置控制，都是依靠直流电机实现的。
本课程设计采用TMS320LF2407实现对直流电机调速的控制。
目录
一课程设计任务书……………………………………….….
二主要元器件介绍…………………………………………..
2.1TMS320LF2407简介………………………………….
2.2电机驱动L298N……………………………………..
2.3TLP521可控制的光电藕合器件……………………..
2.3.1TLP521概述…………………………………..
2.3.2绝对最大额定值（Ta=25℃）……………………
2.3.3建议操作条件…………………………………
三基于DSP的直流电机调速设计原理简介………………
3.1L298N的工作原理……………..……………..……
3.2PWM基本原理……………………………………...
3.3CAN总线通信原理…………………………………..
3.3.1CAN技术简介………………………………..
3.3.2CAN与其它通信方案的比较………………..
3.3.3TMS320LF240x系列CAN控制器原理……
四硬件设计……………………………………….………….
4.1硬件实现电路原理图及各模块功能简介….…………
4.1.1硬件电路图……………………….………….
4.1.2各模块功能简介………………….……….….
4.2硬件调试波形记录……………………….………….
五部分程序………………………………….………………
5.1CAN发送程序……………………….………………
5.2CAN接收程序……………………….………………
六课程设计心得体会………………………………………..
一课程设计任务书
设计任务
1.理解直流电机调速原理；
2.直流电机驱动电路的设计；
3.驱动电路的硬件焊接；
4.脉宽可调的PWM方波的产生；
5.直流电动机转速的控制；
6.通过远程控制电机的转速（远程方式可以是RS232通信、CAN总线通信）。
时间安排
2010.11.9布置课程设计任务；
2010.11.11直流电机驱动电路设计；
2010.11.16驱动电路的硬件焊接；
2010.11.18驱动电路的硬件焊接；
2010.11.23脉宽可调的PWM方波的产生；
2010.11.25直流电动机转速的控制；
2010.12.1通过远程控制电机的转速；
2010.12.2通过远程控制电机的转速；
2010.12.7答辩验收设计作品；
2010.12.9设计报告撰写，上交。
报告要求
1．直流电机PWM调速原理介绍；
2．画出硬件电路图，并说明电路的工作原理及主要芯片的性能；
3．脉宽可调的PWM方波程序，写出程序软件流程图、程序代码并加必要注释，说明调试方法、过程及结果；
4．RS232通信或CAN总线通信程序，写出程序软件流程图、程序代码并加必要注释，说明调试方法、过程及结果；
5．附上各模块输出的波形图（示波器上观测）；
6．课程设计收获与体会；
7．列出参考文献。
二主要元器件介绍
2.1TMS320LF2407简介
TMS320系列包括：
定点、浮点、多处理器DSP和定点DSP控制器。
TMS320系列DSP的体系结构专为实现信号处理而设计，该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一体，为控制系统应用提供了一个理性的解决方案。
实物图
封装图
下列特性使得TMS320系列成为很多信号处理以及控制应用的理想选择：
²灵活的指令集
²灵活的内部操作
²高速的运算能力
²改进的并行结构
²有效的成本
TM320系列DSP通过将存储器的外设集成到控制器内部，降低了系统成本，节省了电路板空间，提高了系统的可靠性。
2.1.2TMS320LF2407芯片特点
在TMS320系列DSPde基础上，TMS320LF2407DSP有以下特点：
²采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），从而提高了控制器的实时控制能力。
²给予TM320C2xxDSP的CPU核，保证了F2407DSP代码与TMS320系列DSP代码兼容。
²片内有高达32K字的FLASH程序存储器、高达1.5K字的数据/程序RAM、544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。
²两个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括：
两个16位通用定时器；8个16位脉冲宽调制（PWM）通道。
他们能够实现：
三相反相器控制，PWM的对称和非对称波形，快速的PWM通道关闭，可编程的PWM死区控制，3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，16通道A/D转换器。
事件管理模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。
²可扩展的外部存储器总共192K字空间：
64K字程序存储器空间、64K字数据存储器空间和64K字I/O寻址空间。
²看门狗定时器模块（WDT）。
²10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发的两个8通道输入A/D转换器或一个16通道的A/D转换器。
²控制其局域网络（CAN）2.0B模块。
²串行通信接口（SCI）模块。
²16位串行外设（SPI）接口模块。
²基于锁相环的时钟发生器。
²高达40个可单独编程或复用的通用I/O引脚（GPIO）。
²5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）。
电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式。
2.2电机驱动L298N
→实物图
←内部结构图
L298N是SGS公司的产品，其内部包含4通道逻辑驱动电路，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机口。
由L298N构成的PWM功率放大器的工作形式为单极可逆模式，2个H桥的下侧桥晶体管发射极连在一起，其引脚排列如图1所示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传号。
L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。
5、7、10、12脚接输人控制电平，控制电机的正反转，ENA、ENB接控制使能端，控制电机的停转。
这些特性使得L298N很适合用作小型直流电机控制芯片。
2.3TLP521可控制的光电藕合器件
1、3：
正极2、4：
负极5、7：
发射极6、8集电极
2.3.1TLP521概述
TLP521是可控制的光电藕合器件，光电耦合器广泛作用在电脑终端机，可控硅系统设备，测量仪器，影印机，自动售票，家用电器，如风扇，加热器等电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。
集电极-发射极电压：
55Ｖ（最小值）
经常转移的比例：
50％（最小）
隔离电压：
2500Vrms（最小）
2.3.2绝对最大额定值（Ta=25℃）
参数
符号
数值
单位
TLP521-1
TLP521-2TLP521-4
LED
正向电流
IF
70
50
mA
正向电流减率
ΔIF/℃
-0.93（Ta≥50℃）
-0.5（Ta≥25℃）
mA/℃
瞬间正向脉冲电流
IFP
1（100μpulse,100pps）
A
反向电压
VR
5
V
结温
Tj
125
℃
接受侧
集电极发射极电压
VCEO
55
V
发射极集电极电压
VCEO
7
V
集电极电流
IC
50
mA
集电极功耗
PC
150
100
mW
集电极功耗减率
ΔPC/℃
-1.5
-1.0
mW/℃
结温
Tj
125
℃
储存温度范围
Tstg
-55~125
℃
工作温度范围
Topr
-55~100
℃
无铅焊接温度
Tsol
260（10s）
℃
整体功耗
PT
250
150
mW
整体功耗减率
ΔPT/℃
-2.5
-1.5
mW/℃
隔离电压
BVS
2500（AC,1Min最小,R.H.≤60%）
Vrms
2.3.3建议操作条件
参数
符号
最小
典型
最大
单位
电源电压
VCC
—
5
24
V
正向电流
IF
—
16
25
mA
集电极电流
IC
—
1
10
mA
操作温度
Topr
-25
—
85
℃
三基于DSP的直流电机调速设计原理简介
3.1L298N的工作原理
根据L298N的输入输出关系（见表1），使能控制端ENA接DSP的输出口，当输出为高电平时，通过PWM信号输人端IN1和IN2可以控制电动机的正反转（输入端IN1为PWM信号，输入端IN2为低电平，电动机正转；输入端IN2为PWM信号，输入端IN1为低电平，电动机反转）；当它为低电平时，驱动桥路上的4个晶体管全部截止，使正在运行的电动机电枢电流反向，电动机自由停止。
电动机的转速由单片机调节PWM信号的占空比来实现。
3.2PWM基本原理
PWM即脉冲宽度调制（PulsewidthModulation），它是指将输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率的方法。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。
因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
如图2所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。
只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。
设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，
设占空比为D—t／T，则电机的平均速度为：
Vd=Vmax*D…………………………………….
（1）
式中：
Vd表示电机的平均速度；Vmax表示电机全通电时的速度（最大）；D=t／T表示占空比。
由公式
（1）可见，当改变占空比D时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。
3.3CAN总线通信原理
3.3.1CAN技术简介
要对数据进行实时处理,就必须将数据快速传送,这就要求数据的物理传输通路有较高的速度。
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