来提供一个基准频率;晶体振荡器电路大约需要I ms上电并开始产生一个稳定的时钟。当工作在外部时钟源操作模式时，可旁路片内振荡器，不使用晶振，而将外部时钟信号直接连接至X 1 /XCLKIN引脚，X2引脚不用。本电路采用的是晶振操作模式。
下面将详细介绍TMS320F2812系统的外围电路组成部分。主要介绍以下几个方面的功能电路。
1, DSP系统++1.8V和++3.3V的电源模块电路。 2, DSP系统复位电路和EZPROM存储单元。
3, SVPWM输出接口电路，它是DSP输出和IPM驱动接口的桥梁。
4、电压、电流模拟量输入采集电路及信号调理电路。以电压通道为例。
5、外部通讯接口电路，主要有串行通讯接口和CAN通讯接口电路。其中CAN通讯接口可以作为多台电源并联使用的控制接口。
图4-6 TMS320F2812系统构成原理图 4.2.2 DSP系统电源模块
由于TMS320F2812的内核跟TMS320LF24X的内核不同，它比24X对电源的要求更高。因此在设计系统的电源时要注意:(1)芯片的Vio只能为十3.3V，而不是+5V, Vcore只能为+1.8V; (2)在上电的时候，Vio要先上电，要实现后上电Vcore。另外还有5个固定电压输出(1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V)的型号。我们采用的是固定电压输出的型号。系统的电源电路图如4-7所示。 图4-7系统电源电路图 4.2.3 DSP系统复位电路
复位电路是采用的Xicor的芯片X25045(或.X5045)。X25045是带有串行E2PROM的CPU监控器。
各位意义如表4-1所列。
表4-1 X25045的状态寄存器位定义
其中，WD 1, WD0是看门狗定时时间设置位;BL1、 BL0是存储单元写保护区设置位;WEL是只读标志，1表明写使能开关打开；WIP也是只读标志，1代表芯片内部正处于写周期。电复位时，各位都被清零。 4.2.4 SVPWM输出接口电路设计
DSP事件管理器A中的6组PWM输出端口用于产生逆变桥的6个功率开关管的SVPWM逻辑驱动信号。输出接口电路设计要进行电平转换和信号封锁控制，其中一个半桥的接口电路图如图4-8所示。此硬件电路还设计上下桥臂死区设定电路，更可靠的防止IPM直通故障的产生。
图4-8 SVPWM输出接口 4.2.5模拟量输入采集电路
模拟量主要有电源6路输出电压、电流采集信号。变频电源的电压电流信号不直接送到TMS320F2812的A/D输入端转换，而要先经电压、电流互感器将电压电流降低，再经过信号调理模块，将信号的最大电压幅值调整到TMS320F2812的A/D输入允许的范围之内((0V —+3 Vp-p)，再输入至，ADC转换。图4-13是其中一路输出电压信号模数转换调理电路，电压经精密电压互感器降压和信号调理电路(0P07, C1, R3, R4, R5)，交流零点电位提升(R6, R7)，限幅作用(D3, D4)，限
制进入DSP的电压范围在0-3V之间。
图4-13电压模数转换调理电路
第五章 基于DSP变频电源的软件设计 5.1 DSP软件编程的特点
本系统是以高速DSP芯片TMS320F2812为控制核心，它每秒可执行10兆条指令，它几乎所有的指令都可以在一个6.67ns的单周期内执行完毕，设计软件时要充分考虑它自身的特点，这样才能保证软件的实时性和计算精度。作为一款用于实时性控制的专用的定点芯片，TMS320F2812在编程上有其独特之处。 CCS2000的编程
为了使用户可以方便地实现DSP控制系统的开发，德州仪器(TI)公司推出了集成开发环境CCS (Code Composer Studio)，这个集成开发环境提供了编程环境配置、汇编/C源文件编辑、程序调试、程序分析、程序跟踪、程序优化等工具。在CCS下编制一个DSP应用程序需要经历以下步骤:
(1)利用文本编辑器产生满足汇编器格式要求的汇编语言源程序(*.asm )。 (2)调用汇编器汇编该源文件，如果该源文件中调用了宏，汇编器还会到宏库(Macro Library)中搜索该宏。
(3)汇编之后生成符合公关目标文件格式(COFF, Common Object File Format )的目标文件，该目标文件也称为COFF目标文件(*.obj) 。 (4)调用链接器实现COFF目标文件与其它文件之间的连接，如果包含了运行支持库和目标文件库中的文件，则链接器将会到相应的库中搜索所需的文件。 (5)链接之后生成可执行的COFF执行文件(*.out )。 (6)将COFF执行文件下载到DSP系列芯片中执行[35]。 5.2控制系统的软件设计 5.2.1控制系统软件整体设计
变频电源的逆变输出控制系统软件主要由显示按键程序、数据计算程序、电压频率给定、输出电压电流采样处理、矢量变换、PI调节、SVPWM输出等几个部分组成。
在定点芯片的软件设计中，一般采用两种方式进行软件设计，一种是直接数量模式，另一种就是采用标么制。采用标么制可以最大可能的避免溢出，扩大精度范围，但计算量增加。在本控制系统软件设计中采用了标么制进行TMS320LF2812的软件设计。当使用标么制以后，逆变器给定的额定电压值设为1。 整个控制系统的主程序流程图如下图5-1所示:
图5-1_主程序流程图
定时器下溢中断子程序主要完成输出电压电流瞬时值A/D采样计算，PI反馈调节，以及PWM输出控制等。其中输出控制PWM中断子程序是控制系统软件的核心，PWM中断子程序要实现电压采样和测量、根据测量值和原给定值进行矢量变化和计算，进而控制PWM输出等。PWM中断子程序流程图如下图5-2所示:
图5-2 PWM中断子程序流程 5.2.2各个功能模块的实现 1、AD转换子模块的实现
TMS320F2812的ADC模块有16个通道，可配置为两个独立的8通道模块，但只有一个模数转换器，能实现12位分辨率的模数转换，在使用时可选择16个通道的任意一个，由于本系统采样的是三相正弦对称输出电压，因此只使用两个通道作为采样模拟输入，另一相的电压值可通过计算求得，模拟输入电压0—3V,同时有16个结果寄存器用来保存转换结果。 A/D转换的程序流程图如下图5-3所示:
图5-3 A/D模块转换流程 2、PI调节模块 理论和实践证明，在连续控制系统中，对象为一阶和二阶惯性环节或同时带有滞后环节时，PI控制是一种比较好的控制方法。PI控制也称比例积分控制，其中，比例项用于纠正偏差;积分项用于消除系统的稳态误差，增加系统的稳定性。设计和调整数字PI控制器的任务就是根据被控对象和系统的要求，选择合适的PI模型，并将此模型用合适的方法离散化，编出程序由计算机实现[36][37]。 模拟PI调节器的表达式如下: u(t)=Kp（e(t)+） (5-1)
式中:u(t)一调节器的输出，e(t)一调节器的偏差信号。
因为计算机解决的是数字量，所以要对式(5-1)进行一定的处理。此时积分项可用求和增量的形成来表示: = =T (5-2)
式中:—采样周期;e (i)—次采样时的偏差;i—采样序号 将式(5-1)带入(5-2)中，即可得到离散的PI表达式: u(K)=Kp(e(k)+) (5-3)
式中:u (k)—第k次采样时调节器的输出。
通常把(5-3)称为位置型PI控制算式，可以看出，要想计算u (k)的值，要把积分项中的历次偏差信号e(i)进行相加。这样，不仅计算繁琐，而且为保存e(i)还要占很多内存。因此用式（5—3）直接计算很不方便。为此，需要作如下改动。利用递推得到 (k- 1)次时表达式: u(k-1)= Kp (e(k-1)+) (5-4)
用式(5-3)减去式(5-4)，可以得到:
u(k) = u(k一1)+Kp (e(k)一e(k一1))+.Kfe(k) =U(k-1)+ (Kp +Kf)e(k)- Kp e(k-1) (5-5)
式中: Kp一比例系数，Kf一积分系数，Kf =KpT /T1 令K0二Kp + Kf，则有
u(k) = u(k-1)+K0e(k)一Kp e(k - 1) (5-6)
由式(5-6)可知，要计算第k次输出u(k)，只需要知道u(k-1), e(k-1),e(k)即可。根据以上讨论数字PI调节器的算法，其实现流程图如图5-4所示:
图5-4 PI调节模块流程图
3、空间矢量调制(SVPWM)的实现
TMS320F2812为电机控制设计了专门的PWNI生成电路。对于每个EV模块，与比较单元相关的PWM电路结构使得带有死区和输出极性控制的6路PWM输出的产生成为可能。本节以EVA模块为例介绍SVPWM在DSP中的实现方法[38][39]。 EVA模块的PWM硬件电路如下图5-5所示: 图5-5 EVA模块的PWM硬件电路
从硬件结构图中可以看出，PWM控制方式的实现需要由各个特定的寄存器分别控制，其中: (1) COMCONA[12]决定了PWM的输出是采样常规的比较控制方式(含各种PWM控制方式)还是基于硬件配置的空间矢量PWM (SVPWM)模式; (2) ACTRA[12- 15]中设置当前空间矢量和PWM的旋转方向(仅在采用硬件配置的SVPWM模式时使用);
(3) COMCONA[11- 13]控制生成对称/非对称的PWM波形;
(4)死区控制寄存器DPTCONA设置相应的死区时间，以控制一对功率箫器件上、下桥臂动作时没有重叠;
(5) COMCONA[9}控制PWM的输出状态，即使能/禁止PWM的输出，可用于系统出现故障时及时保护;
(6) ACTRA[0- 11]配置相应引脚上的PWM输出方式(高有效/低有效)
(7)三个比较寄存器COMPRx (x=1,2,3)在不同的PWM输出模式下(常规比较控制模式/硬件SVPWM模式)有不同的配置。 由上面的论述可知，基于TMS320F2812的SVPWM的实现有两种实现方式，一种是常规比较控制方式，称为软件实现方法;另一种是基于硬件配置的SVPWM模式，称为硬件实现方法[40]。 一、软件实现方法：
(1) PWM初始化，包括调制频率的设定、定义比较输出引脚的输出方式设置ACTRA[ 1- 11]、禁止SVPWM模式(即将COMCONA[12]置0)、设置CMPRx(x=1,2,3)的重装入条件、设置通用定时器的计数器模式并启动定时器。
(2) SVPWM调制方法原理在3.3节中已详细讨论过，每一个PWM中断中，参照前述算法判断期望电压矢量所落在的扇区并确定工作矢量和零矢量的作用时间:按照式(3—23)至式(3—26)确定各矢量切换点时刻并将其量化值分别填入三个比较寄存器CMPRX (x =1,2,3)，其详细的流程图如下图5-6所示:
图5-6 SVPWM子程序流程
(3)在每一个PWM周期中，三个比较寄存器CMPRx (x二1,2,3)分别对应何时开通a,b,c三相。当定时器的计数器与CMPRx(x二1,2,3)的值相匹配时，就会改变空间矢量对应的控制信号的输出。
软件方式实现SVPWM输出扇区T的信号时序如图5-7所示: 图5-7软件方法扇区I的SVPWM信号时序图 二、硬件实现方式:
利用DSP硬件电路配置实现SVPWM控制的步骤如下:
(1) PWM初始化，包括调制频率的设定、定义比较输出引脚的输出方式设置ACTRA[0- 11]，使能比较控制寄存器COMCONA的相应位(即将COMCONA[ I ]置1)，确定旋转方向并置位ACTRA[ 15 ] (0表示顺时针旋转，1表示逆时针旋转)，设置CMPRX(x=1,2,3)的重装条件、设置通用定时器的计数模式并启动定时器。 (2)在每一个PWM中断中完成:参照前述算法判断期望电压矢量所处的扇区并确
定相邻的电压矢量;设置起始矢量及开关方向到ACTRA[ 12 - 14]和ACTRA[15];把0.5T1，和0.5T1+0.5T2分别装入CMPR 1和CMPR2 。
(3)在前两步的基础上，每个EV模块的SVPWM硬件将自动完成下面的工作:周期一开始，就根据ACTRA[12- 14]中定义的起始矢量设置PWM输出;在向上计数的过程中，在0.5T I时刻发生第一次匹配(计数器值与CMPR I的值相等)，根据ACTRA[15]定义的旋转方向，将PWM输出转换到相应的相邻矢量;在0.5T1十0.5T2时刻发生第二次匹配(计数器值与CMPR2的值相等)，将PWM输出转换到两种零矢量的一种;在向下计数的过程中，与前半周对称输出PWM波形，图5-8是第I扇区的硬件实现SVPWM波形图，其它区域类似。
图5-8硬件方法扇区I的SVPWIVI信号时序图 三、软、硬件实现方式的比较：
软件实现方式有以下特点:每个PWM周期都以零矢量U0开始和结束，且000和111的持续时间相同;每个PWM桥臂通断两次;每个逆变桥臂状态均改变，所以加入死区后三相电压仍然平衡，并不影响逆变器线电压。
硬件SVPWM实现有以下特点:波形是以ACTR[ 12- 14]中设置的矢量开始，并以该矢量结束;有一个桥臂状态始终不改变，开关次数减少，降低了开关损耗;死区时间不能影响保持常量的桥臂，这将导致输出电压含有少量的谐波分量;计算量少，占有CPU时间少。 5.3实验结果分析
根据现有的试验手段，首先对软件进行了仿真调试，然后又进行了软硬件调试，实现了电源的基本功能。在实验样机上，我们对电源逆变环节的SVPWM调制方法做了试验，采用软件编程方式构造了SVPWM波驱动输出。设置开关频率为12.8kHz，实验样机的直流侧母线电压为对380V市电进行整流，约为540V;后级经过IPM高频逆变，变压器隔离变压及电容滤波后，输出变为中频正弦波。所带负载为3kW交流阻性负载。图5-9是电源带载时实测的输出电压波形。
从示波器上的波形看出，电压波形质量要优于用SPWM驱动的电源的电压波形质量。同时，分析实验结果和测算也表明，在接近满调制时，输出线电压峰值基本上等于直流母线电压，从而验证了在SVPWM调制时线电压利用率高的特点。图5-9电源带载时实测的输出电压波形