dsp硬件电路的设计.docx

5DSP控制及硬件电路的设计
5.1DSP控制
目前市面上流行的主控制器包括：51单片机系列、DSP系列和FPGA。在这中间：虽然51单片机有着成本低廉，体积小的优势；但因其计算能力弱，和外设较少的缺陷，无法满足本系统的需要。FPGA又称现场可编程门阵列，其时序脉冲准确，运算速度快，在需要进行大量重复运算的工程项目中得到了广泛应用。但FPGA以并行运算为主，并需要使用硬件描述语言（verilog或VHDL）来实现电路设计，相比较单片机有很大不同，这造成开发难度较大，门槛较高。DSP是近几年得到快速发展的控制器，其外设丰富，运算速度快，能满足实时性要求较高的工业现场；尤其适用于控制算法复杂，计算量大的工程项目。
综合以上分析，本文矿用光伏供电系统选择DSP芯片TMS320LF2407作为最终的控制芯片。TMS320LF2407芯片集成度高，运算速度快，外设丰富，价格适中，作为本设计的控制器，拥有其他芯片所不具备的优势。

5.1.1TMS320LF2407的技术参数
（1）TMS320LF2407供电电压为3.3V，供电电压低，通态损耗小。最高工作频率40MHZ，指令周期短，指令周期为25ns，能够满足较大载波频率时的计算需求，具备实时控制能力。
（2）TMS320LF2407拥有丰富的存储器资源：包括32K字程序闪存空间,1.5K字的数据/程序随机存储器,544字的双口随机存储器和2k字的单口RAM。除此之外，TMS320LF2407片内还集成有64K数据存储器空间以及64K程序存储器空间;其I/O寻址空间达64K，能有效满足使用需要;TMS320LF2407可用于扩展的外部存储器达到192K字。
（3）TMS320LF2407拥有两个事件管理器模块EVA和EVB。每个事件管理器模块上均集成有以下资源：两个16位通用定时器（通过倍频器可以达到很高的工作频率）和8个16位PWM波生成通道;为检测上升下降脉冲，片上集成有3个捕获单元。每个模块还可实现以下功能:可编程的PWM死区控制功能，防止上下桥臂同接收触发信号，同时导通;输出A、B、C三相对称和非对称触发信号;当接受低电平外部中断信号时，关闭PWM通道片内光电编码器接口电路，停止发出触发信号;A/D转换功能。
（4）拥有10位模数转换器，最小转换时间为375ns,A/D转换器拥有独立和级连两种工作方式，使用事件管理器EVA、EVB来实现触发。
（5）拥有16位串行外设接口模块（SPI），和串行通讯接口模块（SCI）
（6）拥有5个外部中断资源，除复位中断外，还拥有两个电机驱动保护中断，和两个可屏蔽中断。
（7）除高性能模式外，电源管理还包括低功耗模式，在运算量小的时候，能有效降低器件的损耗。
（8）看门狗定时器模块(WDT)

5.1.2DSP控制系统的端口资源分配
由于DSP片内集成有丰富的硬件资源和具备强大的数据处理能力，包括A/D转换运算，触发脉冲的计算均可由DSP完成。只需添加相应的数据采集模块和功率驱动模块等,就可实现系统的控制功能，因而整个控制系统的外围电路相对简单，系统的抗干扰性和稳定性较高。
DSP控制框图如图5.1所示：
独立光伏系统中采用了光伏电池组，蓄电池，交流电网3种电源供电。当光照充足时，光伏阵列产生的电能经Boost升压电路产生400V直流电压,再经滤波环节，逆变环节与矿灯电网相连，满足负载的照明需求;电池组产生的富余电能经过双向全桥DC/DC变换器向蓄电池充电；当日照不足，矿灯用电量大于太阳能光伏阵列发电量时，蓄电池放电。经双向全桥DC/DC变换器升压，得到400V直流电压,再经逆变器，滤波环节与井下矿灯电网相连;当日照匮乏，且蓄电池电能不足时,矿灯充电架切换为电网供电，以保障供电的可靠性。
光伏供电系统控制系统由信号采样模块，DSP信号处理模块，功率驱动模块,以及故障检测及保护模块等组成。为实现最大功率跟踪，需采样光伏电池组的实时输出电压和输出电流,通过增量电导法控制策略，DSP产生PWM驱动信号,控制Boost电路的开通关断;采样直流母线电压、电流,根据当前的运行状态，产生PWM信号驱动DC/DC变换器，控制蓄电池的充放电。当DSP检测到光伏电池组产生的电能小于矿灯用电网络的用电量时，通过驱动电路，将矿灯电网与交流电网相连，通过电网供电;当光伏供电系统发生故障时,DSP不再发出PWM信号,使光伏发电系统停止工作，并通过驱动电路，和继电器将电网与矿灯充电架相连为其供电;在故障解除，系统恢复正常工作后，DSP重新发出触发脉冲，使光伏系统完成供电，并切断电网与矿用灯网架的相连。DSP的端口资源分配如表5.1所示：
表5.1DSP端口资源分配
Table5.1DistributionforDSPports
连接对象PWM12/IOPE6
产生PWM信号