基于DSP的大功率SRM全數(shù)字控制系統(tǒng)
摘要：設(shè)計(jì)了一種大功率開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SRM）全數(shù)字控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）TMS320F2812和單片機(jī)（MCU）89C52主—從雙處理器結(jié)構(gòu)，為了減少外圍分立器件，增加系統(tǒng)可靠性和抗干擾性，應(yīng)用了復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）EPM7064S；控制策略采用電流斬波控制（CCC）。132kW大功率SRM控制系統(tǒng)成功應(yīng)用于礦山矸石山絞車(chē)，由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明：速度跟蹤性能和抗干擾能力強(qiáng)，電流波形接近理想方波，完全滿(mǎn)足了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用需求。進(jìn)一步驗(yàn)證了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。
1 引言
隨著微電子技術(shù)和微處理器的發(fā)展，電機(jī)控制技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（switched reluctance motor，簡(jiǎn)稱(chēng)SRM）是最近10年來(lái)才引起人們注意的一種新型機(jī)電一體化可調(diào)速電機(jī)，由于其內(nèi)部沒(méi)有轉(zhuǎn)子繞組，具有永磁性能，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、價(jià)格低廉、可靠性高。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）僅需要單方向電流，因此基于IGBT的電力電子驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠，具有靈活的可控性，易于實(shí)現(xiàn)4象限運(yùn)行，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率。SRD啟動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍大。SRD各相獨(dú)立工作，在缺相的情況下仍能運(yùn)行，系統(tǒng)容錯(cuò)能力強(qiáng)。SRM用作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與直流、交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)、性能、體積和成本等各方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)，使得SRD特別適合作為煤礦井下、井上大功率防爆絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本文為矸石山絞車(chē)開(kāi)發(fā)了132kW大功率開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。首先分析了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及控制原理，然后設(shè)計(jì)了一種基于DSP，MCU的主—從雙處理器和CPLD的全數(shù)字通用控制器，采用數(shù)字電流斬波控制方式，編寫(xiě)了雙閉環(huán)控制軟件；現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。
2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
相數(shù)為m開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)理想線性矩陣方程：
式中：U為相電壓列矢量，U＝（U1，U2，…Um）T；ψ為相電壓列矢量，ψ＝（ψ1，ψ2，ψm）T；R為相電壓列矢量R＝diag[R1，R2，…，Rm]；L－1（θ）為相電感方陣的逆陣，L－1（θ）＝diag[1/L1（θ），1/L2（θ），…，l/Lm（θ）]；TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩；D為摩擦系數(shù)；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωt為角速度。
SRM的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)而產(chǎn)生的。通常SRM的轉(zhuǎn)矩根據(jù)磁共能計(jì)算，即
式中：θ為轉(zhuǎn)子位置角；i為繞組電流。
基于線性模型，式（2）可簡(jiǎn)化為
3 電流斬波控制（CCC）
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作在電動(dòng)模式下時(shí)，在運(yùn)動(dòng)電勢(shì)的抑制下電流變化平緩因此相對(duì)容易控制。通常采用與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)類(lèi)似的控制方法，對(duì)相電流進(jìn)行采樣，將給定的電流與反饋電流差值作為PWM的占空比計(jì)算依據(jù)，對(duì)電流進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作在制動(dòng)模式下，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反。從軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。如果沒(méi)有位能負(fù)載拖動(dòng)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減速作用下，轉(zhuǎn)子很快被制動(dòng)到轉(zhuǎn)速為零。理想的電動(dòng)制動(dòng)、電流波形如圖1所示。
在圖1中，θa到θb區(qū)間處于電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行的勵(lì)磁階段，θ2到θ3是輸出有效電動(dòng)轉(zhuǎn)矩階段，θc到θd是該相關(guān)斷區(qū)間。在勵(lì)磁階段，由于相電感較小，故該相電流很快建立達(dá)到電動(dòng)電流iref。在θ2到θc通過(guò)PWM來(lái)保持電流的理想方波狀態(tài)。θc到θd間迅速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，避免相電流續(xù)流到電感下降區(qū)間對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生反作用。
同樣的，θe到θf區(qū)間處于電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行的勵(lì)磁階段，θf到θ5區(qū)間是輸出有效制動(dòng)轉(zhuǎn)矩階段，θ5到θ6是該相關(guān)斷區(qū)間。在勵(lì)磁階段，由于相電感較大，故用較大的占空比同時(shí)開(kāi)通兩個(gè)IGBT，使得該相電流盡快建立達(dá)到制動(dòng)電流iref。在θf到θ5區(qū)間，主要克服反電動(dòng)勢(shì)，使得電流維持在iref附近。在開(kāi)通角和關(guān)斷角固定的情況下采用一主開(kāi)關(guān)管始終關(guān)斷，另一開(kāi)關(guān)管PWM斬波且其占空比由反電動(dòng)勢(shì)EMF的大小決定。θ5到θ6區(qū)間迅速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，避免相電流續(xù)流到電感上升區(qū)間。
4 系統(tǒng)主回路
根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，選用IGBT作為系統(tǒng)的功率變換單元，采用了不對(duì)稱(chēng)半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的主回路方案如圖2所示。
圖2中，L1，L2，L3為濾波電抗器，C1為濾波電容，兩者的作用是為了避免系統(tǒng)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)主電網(wǎng)造成影響。當(dāng)SRD系統(tǒng)的功率電路和交流電網(wǎng)接通時(shí)，若回路中沒(méi)有限制電流的元件，則合閘瞬間整流電路中大的儲(chǔ)能電容將電源短路，電路中有較大的浪涌電流。即使是上百瓦數(shù)量級(jí)的供電電源，合閘浪涌電流都可能高達(dá)100～200A，這樣大的浪涌電流不僅會(huì)引起電源開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的熔接，輸入熔斷器熔斷，也會(huì)干擾相鄰的用電設(shè)備。限制合閘浪涌電流的方法是在儲(chǔ)能電容回路串入限流電阻。合閘瞬間，充電電阻R0串入電容充電回路，當(dāng)直流母線電壓大于400V的時(shí)候，J閉合將R0短接。R1為放電電阻，是由DSP控制其所在支路開(kāi)關(guān)的，當(dāng)直流母線上的電壓高于預(yù)定數(shù)值的時(shí)候就打開(kāi)此支路進(jìn)行放電。電容組C2為充放電電容，其作用為的是避免在系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)電壓沖擊。TA1，TA2，TA3為3個(gè)LEM電流互感器，在進(jìn)行處理后進(jìn)入DSP控制系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，為雙閉環(huán)系統(tǒng)中電流閉環(huán)的反饋。LA，LB，LC為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的3個(gè)繞組。VD1～VD6為IGBT的續(xù)流二極管。
5 控制器硬件和軟件設(shè)計(jì)
5.1 控制器硬件設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)是專(zhuān)為礦山矸石山絞車(chē)所設(shè)計(jì)的，由于礦山電磁環(huán)境十分惡劣，并考慮到為以后系統(tǒng)升級(jí)需要，因此對(duì)硬件設(shè)計(jì)基本要求為：強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，外設(shè)資源豐富，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。
雙處理器結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，該控制系統(tǒng)主回路采用以IGBT為功率變換單元的不對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；控制器由DSP，MCU，雙口RAM，CPLD，存儲(chǔ)器和各種外圍電路組成，外圍電路主要包括：位置信號(hào)輸入電路、電流檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤(pán)、顯示電路和串口通訊等。
5.1.1 主－從處理器
主處理器（TMS320F2812）采用TI公司專(zhuān)為數(shù)字電機(jī)控制開(kāi)發(fā)的新型混合信號(hào)32位DSP，該芯片可提供每秒1.5億次指令（150 MI/s），單周期32×32位MAC功能，片上資源十分豐富，基于C/C＋＋高效32位TMS320C28XTMDSP核心，并可由虛擬浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)來(lái)提供支持，該IQ數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)可大大簡(jiǎn)化多應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，這種結(jié)合使設(shè)計(jì)人員在幾秒鐘內(nèi)就可將浮點(diǎn)算法通過(guò)端口與定點(diǎn)處理器相連。DSP主要完成控制算法和PWM波形生成，由于F2812內(nèi)部集成了兩組空間矢量PWM狀態(tài)機(jī)、可編程的硬件死區(qū)單元，捕獲單元等功能，因此非常適合開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制場(chǎng)合；從處理器采用8位ATMEIL89C52MCU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外圍接口，包括負(fù)責(zé)I/O數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)、顯示和串口通訊等慢速事件。
5.1.2 雙口RAM
主－從處理器之間靠雙口RAM CY7C131實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和傳遞控制信息。CY7C131具有兩套相互獨(dú)立、完全對(duì)稱(chēng)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，它允許兩個(gè)CPU同時(shí)讀取任何存儲(chǔ)單元（包括同時(shí)讀同一地址單元），但不允許同時(shí)對(duì)同一地址單元寫(xiě)或一讀一寫(xiě)，否則就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。雙口RAM中引入了仲裁邏輯（忙邏輯）電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：在雙口RAM的兩套控制線中，各有一個(gè)BUSY引腳。當(dāng)兩端的CPU不對(duì)雙口RAM的同一地址單元存取時(shí)，BUSYL＝H、BUSYR＝H，可正常存儲(chǔ)；當(dāng)兩端的CPU對(duì)雙口RAM同一地址單元存取時(shí)，哪個(gè)端口的存取請(qǐng)求信號(hào)出現(xiàn)在后，則其對(duì)應(yīng)的BUSY＝L，禁止其存取數(shù)據(jù)；在無(wú)法判定兩個(gè)端口存取請(qǐng)求信號(hào)出現(xiàn)的先后順序時(shí)，控制線BUSYL，BUSYR只有一個(gè)為低電平。這樣，就能保證對(duì)應(yīng)于BUSY＝H的端口能進(jìn)行正常存取，對(duì)應(yīng)于BUSY＝L的端口不能存取，從而避免了兩個(gè)CPU同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)地址資源而引發(fā)錯(cuò)誤的可能。
然而，由于DSP為低功耗，其邏輯電平電壓等級(jí)為3.3 V與CY7C131邏輯電平并不匹配，不能直接將它們的數(shù)據(jù)線和地址線相連。本系統(tǒng)采用電平轉(zhuǎn)換芯片74LVT16245實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。將DSP設(shè)為L(zhǎng)（左CPU），單片機(jī)設(shè)為R（右CPU），則其原理圖如圖4所示，A0H～A9H是DSP通過(guò)SN74LVTH245驅(qū)動(dòng)后的5V電平的地址總線，D0H～D7H是DSP通過(guò)SN74LVTH245驅(qū)動(dòng)后的5V電平的數(shù)據(jù)總線，它們分別連接到CY7C131的L端的地址數(shù)據(jù)總線上。AD0～AD7是單片機(jī)的P0口地址數(shù)據(jù)復(fù)用口，連接到CY7C131的R端的數(shù)據(jù)總線上，B0～B9則是單片機(jī)的10位地址總線連接到了CY7C131的R端地址總線上。R/WA和R/WB是DSP和89C52對(duì)雙口RAM的讀寫(xiě)控制信號(hào)。HBUSYL和BUSYR分別代表兩個(gè)處理器對(duì)同一地址的讀寫(xiě)沖突。CS1A和CS1B是DSP和單片機(jī)的地址、讀寫(xiě)控制、空間分配信號(hào)進(jìn)入CPLD進(jìn)行地址譯碼的輸出，指示了雙口RAM在兩個(gè)處理器中的地址。
CY7C131為1K×8位雙口RAM，故DSP和MCU交換數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位。DSP對(duì)雙口RAM讀、寫(xiě)時(shí)<
1 引言
隨著微電子技術(shù)和微處理器的發(fā)展，電機(jī)控制技術(shù)也取得了突破性進(jìn)展。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（switched reluctance motor，簡(jiǎn)稱(chēng)SRM）是最近10年來(lái)才引起人們注意的一種新型機(jī)電一體化可調(diào)速電機(jī)，由于其內(nèi)部沒(méi)有轉(zhuǎn)子繞組，具有永磁性能，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固、價(jià)格低廉、可靠性高。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SRD）僅需要單方向電流，因此基于IGBT的電力電子驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單可靠，具有靈活的可控性，易于實(shí)現(xiàn)4象限運(yùn)行，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高輸出和高效率。SRD啟動(dòng)及低速時(shí)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍大。SRD各相獨(dú)立工作，在缺相的情況下仍能運(yùn)行，系統(tǒng)容錯(cuò)能力強(qiáng)。SRM用作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，與直流、交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，在結(jié)構(gòu)、性能、體積和成本等各方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)，使得SRD特別適合作為煤礦井下、井上大功率防爆絞車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
本文為矸石山絞車(chē)開(kāi)發(fā)了132kW大功率開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。首先分析了開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及控制原理，然后設(shè)計(jì)了一種基于DSP，MCU的主—從雙處理器和CPLD的全數(shù)字通用控制器，采用數(shù)字電流斬波控制方式，編寫(xiě)了雙閉環(huán)控制軟件；現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。
2 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
相數(shù)為m開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)理想線性矩陣方程：
式中：U為相電壓列矢量，U＝（U1，U2，…Um）T；ψ為相電壓列矢量，ψ＝（ψ1，ψ2，ψm）T；R為相電壓列矢量R＝diag[R1，R2，…，Rm]；L－1（θ）為相電感方陣的逆陣，L－1（θ）＝diag[1/L1（θ），1/L2（θ），…，l/Lm（θ）]；TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩；D為摩擦系數(shù)；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωt為角速度。
SRM的轉(zhuǎn)矩是由磁路選擇最小磁阻結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)而產(chǎn)生的。通常SRM的轉(zhuǎn)矩根據(jù)磁共能計(jì)算，即
式中：θ為轉(zhuǎn)子位置角；i為繞組電流。
基于線性模型，式（2）可簡(jiǎn)化為
3 電流斬波控制（CCC）
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作在電動(dòng)模式下時(shí)，在運(yùn)動(dòng)電勢(shì)的抑制下電流變化平緩因此相對(duì)容易控制。通常采用與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)類(lèi)似的控制方法，對(duì)相電流進(jìn)行采樣，將給定的電流與反饋電流差值作為PWM的占空比計(jì)算依據(jù)，對(duì)電流進(jìn)行閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作在制動(dòng)模式下，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反。從軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。如果沒(méi)有位能負(fù)載拖動(dòng)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減速作用下，轉(zhuǎn)子很快被制動(dòng)到轉(zhuǎn)速為零。理想的電動(dòng)制動(dòng)、電流波形如圖1所示。
在圖1中，θa到θb區(qū)間處于電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行的勵(lì)磁階段，θ2到θ3是輸出有效電動(dòng)轉(zhuǎn)矩階段，θc到θd是該相關(guān)斷區(qū)間。在勵(lì)磁階段，由于相電感較小，故該相電流很快建立達(dá)到電動(dòng)電流iref。在θ2到θc通過(guò)PWM來(lái)保持電流的理想方波狀態(tài)。θc到θd間迅速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，避免相電流續(xù)流到電感下降區(qū)間對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生反作用。
同樣的，θe到θf區(qū)間處于電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行的勵(lì)磁階段，θf到θ5區(qū)間是輸出有效制動(dòng)轉(zhuǎn)矩階段，θ5到θ6是該相關(guān)斷區(qū)間。在勵(lì)磁階段，由于相電感較大，故用較大的占空比同時(shí)開(kāi)通兩個(gè)IGBT，使得該相電流盡快建立達(dá)到制動(dòng)電流iref。在θf到θ5區(qū)間，主要克服反電動(dòng)勢(shì)，使得電流維持在iref附近。在開(kāi)通角和關(guān)斷角固定的情況下采用一主開(kāi)關(guān)管始終關(guān)斷，另一開(kāi)關(guān)管PWM斬波且其占空比由反電動(dòng)勢(shì)EMF的大小決定。θ5到θ6區(qū)間迅速關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，避免相電流續(xù)流到電感上升區(qū)間。
4 系統(tǒng)主回路
根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求，選用IGBT作為系統(tǒng)的功率變換單元，采用了不對(duì)稱(chēng)半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的主回路方案如圖2所示。
圖2中，L1，L2，L3為濾波電抗器，C1為濾波電容，兩者的作用是為了避免系統(tǒng)產(chǎn)生的高次諧波對(duì)主電網(wǎng)造成影響。當(dāng)SRD系統(tǒng)的功率電路和交流電網(wǎng)接通時(shí)，若回路中沒(méi)有限制電流的元件，則合閘瞬間整流電路中大的儲(chǔ)能電容將電源短路，電路中有較大的浪涌電流。即使是上百瓦數(shù)量級(jí)的供電電源，合閘浪涌電流都可能高達(dá)100～200A，這樣大的浪涌電流不僅會(huì)引起電源開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的熔接，輸入熔斷器熔斷，也會(huì)干擾相鄰的用電設(shè)備。限制合閘浪涌電流的方法是在儲(chǔ)能電容回路串入限流電阻。合閘瞬間，充電電阻R0串入電容充電回路，當(dāng)直流母線電壓大于400V的時(shí)候，J閉合將R0短接。R1為放電電阻，是由DSP控制其所在支路開(kāi)關(guān)的，當(dāng)直流母線上的電壓高于預(yù)定數(shù)值的時(shí)候就打開(kāi)此支路進(jìn)行放電。電容組C2為充放電電容，其作用為的是避免在系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)電壓沖擊。TA1，TA2，TA3為3個(gè)LEM電流互感器，在進(jìn)行處理后進(jìn)入DSP控制系統(tǒng)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，為雙閉環(huán)系統(tǒng)中電流閉環(huán)的反饋。LA，LB，LC為開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的3個(gè)繞組。VD1～VD6為IGBT的續(xù)流二極管。
5 控制器硬件和軟件設(shè)計(jì)
5.1 控制器硬件設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)是專(zhuān)為礦山矸石山絞車(chē)所設(shè)計(jì)的，由于礦山電磁環(huán)境十分惡劣，并考慮到為以后系統(tǒng)升級(jí)需要，因此對(duì)硬件設(shè)計(jì)基本要求為：強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，外設(shè)資源豐富，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。
雙處理器結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，該控制系統(tǒng)主回路采用以IGBT為功率變換單元的不對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；控制器由DSP，MCU，雙口RAM，CPLD，存儲(chǔ)器和各種外圍電路組成，外圍電路主要包括：位置信號(hào)輸入電路、電流檢測(cè)電路、過(guò)流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、IGBT驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤(pán)、顯示電路和串口通訊等。
5.1.1 主－從處理器
主處理器（TMS320F2812）采用TI公司專(zhuān)為數(shù)字電機(jī)控制開(kāi)發(fā)的新型混合信號(hào)32位DSP，該芯片可提供每秒1.5億次指令（150 MI/s），單周期32×32位MAC功能，片上資源十分豐富，基于C/C＋＋高效32位TMS320C28XTMDSP核心，并可由虛擬浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)來(lái)提供支持，該IQ數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)可大大簡(jiǎn)化多應(yīng)用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，這種結(jié)合使設(shè)計(jì)人員在幾秒鐘內(nèi)就可將浮點(diǎn)算法通過(guò)端口與定點(diǎn)處理器相連。DSP主要完成控制算法和PWM波形生成，由于F2812內(nèi)部集成了兩組空間矢量PWM狀態(tài)機(jī)、可編程的硬件死區(qū)單元，捕獲單元等功能，因此非常適合開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制場(chǎng)合；從處理器采用8位ATMEIL89C52MCU實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的外圍接口，包括負(fù)責(zé)I/O數(shù)據(jù)采集、鍵盤(pán)、顯示和串口通訊等慢速事件。
5.1.2 雙口RAM
主－從處理器之間靠雙口RAM CY7C131實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和傳遞控制信息。CY7C131具有兩套相互獨(dú)立、完全對(duì)稱(chēng)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，它允許兩個(gè)CPU同時(shí)讀取任何存儲(chǔ)單元（包括同時(shí)讀同一地址單元），但不允許同時(shí)對(duì)同一地址單元寫(xiě)或一讀一寫(xiě)，否則就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。雙口RAM中引入了仲裁邏輯（忙邏輯）電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：在雙口RAM的兩套控制線中，各有一個(gè)BUSY引腳。當(dāng)兩端的CPU不對(duì)雙口RAM的同一地址單元存取時(shí)，BUSYL＝H、BUSYR＝H，可正常存儲(chǔ)；當(dāng)兩端的CPU對(duì)雙口RAM同一地址單元存取時(shí)，哪個(gè)端口的存取請(qǐng)求信號(hào)出現(xiàn)在后，則其對(duì)應(yīng)的BUSY＝L，禁止其存取數(shù)據(jù)；在無(wú)法判定兩個(gè)端口存取請(qǐng)求信號(hào)出現(xiàn)的先后順序時(shí)，控制線BUSYL，BUSYR只有一個(gè)為低電平。這樣，就能保證對(duì)應(yīng)于BUSY＝H的端口能進(jìn)行正常存取，對(duì)應(yīng)于BUSY＝L的端口不能存取，從而避免了兩個(gè)CPU同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)地址資源而引發(fā)錯(cuò)誤的可能。
然而，由于DSP為低功耗，其邏輯電平電壓等級(jí)為3.3 V與CY7C131邏輯電平并不匹配，不能直接將它們的數(shù)據(jù)線和地址線相連。本系統(tǒng)采用電平轉(zhuǎn)換芯片74LVT16245實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。將DSP設(shè)為L(zhǎng)（左CPU），單片機(jī)設(shè)為R（右CPU），則其原理圖如圖4所示，A0H～A9H是DSP通過(guò)SN74LVTH245驅(qū)動(dòng)后的5V電平的地址總線，D0H～D7H是DSP通過(guò)SN74LVTH245驅(qū)動(dòng)后的5V電平的數(shù)據(jù)總線，它們分別連接到CY7C131的L端的地址數(shù)據(jù)總線上。AD0～AD7是單片機(jī)的P0口地址數(shù)據(jù)復(fù)用口，連接到CY7C131的R端的數(shù)據(jù)總線上，B0～B9則是單片機(jī)的10位地址總線連接到了CY7C131的R端地址總線上。R/WA和R/WB是DSP和89C52對(duì)雙口RAM的讀寫(xiě)控制信號(hào)。HBUSYL和BUSYR分別代表兩個(gè)處理器對(duì)同一地址的讀寫(xiě)沖突。CS1A和CS1B是DSP和單片機(jī)的地址、讀寫(xiě)控制、空間分配信號(hào)進(jìn)入CPLD進(jìn)行地址譯碼的輸出，指示了雙口RAM在兩個(gè)處理器中的地址。
CY7C131為1K×8位雙口RAM，故DSP和MCU交換數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位。DSP對(duì)雙口RAM讀、寫(xiě)時(shí)<
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