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1、基于DSP的逆变电源设计摘 要逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的产业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。目前逆变电源的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有所困难。因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。随着现代科学技术的迅猛发展，逆变技
2、术目前已朝着全数字化、智能化、网络化的方向发展。而作为专用的DSP的出现，更是为研究和设计新型的逆变电源提供了更方便、更灵活、功能更强大的技术平台。本文采用美国德州仪器公司(TI)新近推出的一种TMS320LF2407A数字信号处理器，作为逆变电源中的核心控制部分进行研究。以实现所研制的逆变装置能输出标准的正弦交流电。本文主要分析了变频电源技术现状、发展趋势和存在的难点，指出论文的研究内容和意义。详细讨论了逆变器的SPWM调制法工作原理，介绍了数字实现时对称规则采样法和不对称规则采样法的特点。通过分析SPWM波形产生规律和特点，选择了以不对称规则采样法为基础实现的单极性SPWM控制，并且具体介
3、绍了DSP实现SPWM。文中设计出了整个逆变电源的硬件结构，其主要核心部分是IPM和DSP控制部分。这两部分的结合使得该电源结构简单、性能优良。并且针对DSP控制系统的各个部分进行了软件设计，给出了相应的软件流程图。关键词：逆变电源，SPWM，TMS320LF2407A，IPMDesign on Digital Inverters Control System Based on DSPAbstractInverter is a power electronic technology is used for energy conversion device, which obtained fro
4、m AC or DC input voltage constant frequency AC output. Inverter technology is a comprehensive contention industry technology, it stretches electricity, electronics, microprocessors and other multi-disciplinary field of automatic control. Power inverter is widely used in aviation, marine, electric po
5、wer, railway transport, post and telecommunications, and many other fields. The development of power inverter and power electronic devices linked to the development of the device led to the development of power inverter development. Currently inverter is the core part of the inverter and its control
6、 part,but its control method to achieve it is still somewhat difficult.As inverter technology has been moving all-digital, intelligent, network oriented direction. As a dedicated DSP appearance, but also for research and design of new power inverter provides a more convenient, more flexible, more po
7、werful technology platform. In this paper, Texas Instruments(TI)recently introduced a TMS320LF2407A digital signal processor as the core power inverter control part of research.This paper analyzes the variable frequency power supply technology status, trends and the presence of difficulties, that th
8、e thesis content and meaning. SPWM waveform generated by analyzing the rules and characteristics. The paper designed the entire inverter hardware structure, the main core of the IPM and DSP control section. And the DSP control system for the various parts of the software design, gives the correspond
9、ing software flow chart.Key words：inverter, spwm, tms320lf2407a, ipm目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 逆变器的现状及发展趋势11.2.1 逆变器的现状11.2.2 逆变器的发展趋势2第2章 逆变系统基本结构及控制策略42.1 现代逆变系统基本结构42.2 SPWM控制技术及其原理42.2.1 逆变系统的原理42.2.2 SPWM控制基础62.2.3 PWM波形的基本原理72.3 SPWM采样方法对比分析82.4 SPWM控制方式分析122.4.1 单极性SPWM控制方式122.4.2 双极性SPWM控制方式122.4.
10、3 单极性和双极性调制比较132.5 使用DSP实现SPWM波142.5.1 DSP的事件（EV）管理器模块介绍142.5.2 DSP中断及中断向量182.5.3 DSP控制三相SPWM波形产生原理分析18第3章 基于DSP系统的硬件设计与研究213.1 三相逆变电源主电路结构的比较分析213.2 基于DSP系统的逆变电源硬件结构设计213.2.1 硬件结构图213.2.2 整流、滤波电路的设计223.2.3 输出滤波电路的设计233.3 智能功率模块IPM的设计243.3.1 智能功率模块IPM的介绍243.3.2 IPM模块的选择253.3.3 DSP与IPM的连接电路263.4 DSP控
11、制电路的设计273.4.1 DSP芯片的特点与选取273.4.2 以TMS320LF2407A为核心的控制电路设计273.4.3 电源电路的设计293.5 硬件系统的优化设计30第4章 逆变电源的软件设计314.1 DSP系统软件设计314.1.1 系统主程序设计314.1.2 初始化模块324.1.3 利用查表法生产SPWM波324.1.4 故障中断处理程序的设计334.2 初始化程序设计344.3 软件系统的优化设计34结 论36参考文献37致 谢38IV第1章 绪论1.1引言逆变电源技术出现于20世纪60年代，是电力电子技术中的一个重要组成部分，综合了现代电力电子开关器件应用、功率变换、
12、模拟数字电子技术、PWM技术以及控制技术等多门学科的实用技术。随着信息技术的发展，逆变电源越来越广泛地应用于各个领域，早期的逆变电源，只需要其输出不断电，稳压、稳频即可。然而，今天的逆变电源除这些要求外，还必须环保无污染，即绿色环保逆变电源。高性能的逆变电源必须满足：高输入功率因数，低输出阻抗；快速的暂态响应，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高；完善的网络功能；智能化；低的电磁干扰。显然这些要求的实现都离不开数字化控制技术。传统的逆变电源采用模拟电路控制，但模拟控制存在许多固有的缺点：(1)因采用大量分散元件和电路板导致硬件成本偏高，系统可靠性下降；(2)由于人工调试器件的存在，导致生产效
13、率降低及控制系统一致性差；(3)器件老化及热漂移问题存在导致逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败；(4)产品升级换代困难，每一个新型逆变电源都要求重新设计、制造控制系统；(5)模拟控制的逆变电源监控功能有限，一旦出现故障，要想恢复正常，技术人员必须亲赴现场。但是由于微处理器的速度问题，逆变电源的控制仍然采用模拟电路进行。数字化、网络化已经成为信息社会的主流。随着高性能的DSP控制器的出现，逆变电源的全数字控制成为现实。DSP能够实时地读取逆变电源的输出，并实时地计算出PWM输出值，使得一些先进的控制策略应用于逆变电源的控制成为可能。可对于逆变电源大量非线性电子负载动态变化产生的谐波，进行动态
14、的补偿从而使得输出谐波达到可接受的水平。1.2逆变器的现状及发展趋势1.2.1逆变器的现状电源系统是现代电子设备不可或缺的重要组成部分。随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，逆变技术在许多领域的应用也越来越广泛，对电源性能的要求越来越高。主要表现出以下几种趋势：高频化；模块化；数字化；绿色化。对于逆变电源以上的要求，DSP的出现加快了该趋势的发展。由于DSP使得芯片功能得到大大的加强，它特点在于采用并行体系的哈佛结构，增强了数据吞吐能力；流水线减少了指令执行时间；专用硬件乘法器；特殊DSP指令；快速的指令执行周期，最快的已经达到20ns以下，为通常微处理器芯片数据处
15、理速度的十倍以上。采用DSP控制的逆变电源系统主要有以下的优点：(1)系统可以采用先进的控制方法和智能控制策略，使得逆变器的智能化程度更高，性能更加完善；(2)控制灵活、系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必对硬件电路做改动，这给逆变器系统的开发带来了很大的方便，即系统升级更新换代所需的周期短，成本低，而且维护起来也很方便；(3)减少控制元件数量，提高系统抗干扰能力；(4)控制系统的可靠性提高，易于标准化；(5)系统维护方便。系统一旦出现故障，通过接口进行调试即可，而且可以通过查询历史记录来进行修复；(6)系统一致性好，成本低，生产制造方便；(7)易于组成并联运行系统。1.2.2逆变器
16、的发展趋势影响逆变技术未来发展的主要因素是：(1)PWM软开关技术逆变器的脉宽调制(PWM)技术早在晶闸管时代就已经出现了，正弦脉宽调制(SPWM)在全控型器件出现以后得到了迅速的发展，这种技术是用一种参考波(通常是正弦波，有时也用阶梯波或方波等)为“调制波”，而以N倍于调制波频率的正三角波或锯齿波为“载波”。由于正三角波或锯齿波的上下宽度是线性变化的波形，因此它与调制波相交时，就可以得到一组幅值相等，而宽度正比于调制波函数值的矩形脉冲序列来等效调制波。用开关量取代模拟量，并通过对逆变器开关管的通断控制，把直流电变成交流电。因为当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦函数规律变化，
17、因此，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制(SPWM)技术。随着大功率高频全控开关器件大量出现，逆变器的PWM控制技术受到了人们的高度重视并且得到了飞速的发展。尤其是最近几年，微处理器用于实现PWM控制技术后，使得现代控制理论的控制方法能够应用于逆变器的PWM控制，大大提高了现代逆变器的性能。而且由于采用了数字电路实现PWM控制，使得逆变器的控制电路简化，稳定性提高，逆变器的数字化控制已成为逆变器发展的主流。PWM软开关逆变技术是当今电力电子学领域最活跃的研究内容之一，是实现电力电子技术高频化的最佳途径，也是一项理论性很强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及对电力电子学
18、技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。但这里必须指出，软开关并不是没有损耗的，它只是把开关器件本身的一部分开关损耗转移到了为实现软开关而附加的谐振电路中的谐振元件上，总量上可能有所减少。软开关逆变技术研究的重要目的之一是实现PWM软开关技术，也就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关切换过程中才产生谐振，实现开关的零电压开通和关断，一般工作情况下则不发生谐振，以保持PWM逆变器工作特点。(2)数字化控制技术逆变电源的数字化并不是简单地指在系统中应用了数字器件，如单
19、片机及FPGA（现场可编程门阵列）等，而是指整个系统的控制都由数字器件(主要指微处理器)的计算算法和控制算法实现，极大地简化了硬件电路，提高了系统的稳定性、可靠性和控制精度，这是现代逆变技术发展的趋势。与数字化相适应，各种各样的逆变电源离散控制方法纷纷涌现，包括数字PID控制（比例-积分-微分控制器）、无差拍控制、数字滑变结构控制、模糊控制、神经网络控制等，有力地推动逆变电源控制技术的发展。数字控制变换器在实际使用中还存在许多待解决的问题，例如：变换器开关动作对采样的严重干扰；检测的量化误差导致控制精度显著下降；开关功率变换器数字化的数学模型研究不够深入等。因此，逆变器的数字控制技术仍处于不断
20、改进完善的过程中，仍然是逆变电源领域中的关键研究内容。第2章 逆变系统基本结构及控制策略2.1现代逆变系统基本结构逆变的直接功能是将直流电变换成交流电。逆变系统的核心就是逆变开关电路，或者叫逆变电路，通过电力电子开关的导通与关断，完成逆变的功能。电力电子开关器件的通断，需要一定的驱动脉冲，这些脉冲可以通过改变一个电压信号来调节，产生和调节脉冲的电路通常称为控制电路(或控制回路)。逆变电路中，除了逆变电路和控制电路之外，还要有保护电路、辅助电源、输入电路、输出电路等等。2.2 SPWM控制技术及其原理2.2.1逆变系统的原理本文所研究的电源是为了在输出得到稳压恒频的交流电压信号，故采用电压型逆变
21、电路。在同一直流电压输入情况下，全桥逆变电路输出电压是半桥逆变电路输出电压的二倍，故文中逆变电源逆变器部分采用全桥逆变电路。下面介绍电压型全桥逆变电路：电路原理图见图2.1。图2.1 电压型全桥逆变电路它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180，即1、4导通时关断2、3；2、3导通时，关断1、4。负载为阻感负载时，其输出波形如图2.2所示。图中VD1，V1，VD2，V2相继导通的区间，分别对应与图中的VD1和VD4，V1和V4，VD2和VD3，V2和V3相继导通的区间。值得注意的是，功率管的驱动信号虽
22、然为180互补驱动模式，但是功率管的实际导通角则与负载电流-电压相位角有关。当负载为纯阻性负载即逆变器的输出电流、电压相位角为零时，在电压正半周功率管VT1、VT4导通，而在电压负半周功率管VT3、VT2导通，即逆变器中的续流二极管不工作；而当负载电流、电压相位角不为零时，在电流正半周功率管由两种导通组合，即电压正半周时VT1、VT4导通或电压负半周时VT3、VT2导通，在电流负半周功率管也相应由两种导通组合，即电压负半周时VT3、VT2导通或电压正半周时VT1、VT4导通，显然当负载电流、电压相位角不为零时续流二极管工作，以缓冲负载与逆变器直流侧电容间的无功能量交换。图2.2 电压型全桥逆变
23、电路输出波形对其电压波形进行定量分析，把幅值为Ud的矩形波U0展开成傅立叶级数得：u0=n=1,3,54Udsinnt (式2.1)其中基波的幅值U01m和基波有效值U1分别为u01m=4Ud=1.27Ud (式2.2)U1=22Ud=0.9Ud (式2.3)于是由逆变原理可知，如果控制IGBT的开通与关断的频率，那么输出电压的频率和IGBT的开关频率便存在一定的对应关系：控制IGBT的开通与关断的占空比，那么输出电压的有效值也和IGBT的开关占空比便存在一定的对应关系，因此产生精确控制IGBT开关驱动信号SPWM便成为了本文研究的重点。2.2.2 SPWM控制基础在分析SPWM之前，必须要了
24、解PWM(Pulse Width Modulation，PWM)及其相关知识，这是通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需波形包含形状和幅值的。(1)冲量冲量(指窄脉冲的面积)相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，即具有惯性环节的输出响应波形基本相同(低频段非常接近，仅在高频段略有差异)，如图2.3所示，其中u(t)为电路的输入信号，i(t)为输出信号。 (a) 冲量脉冲产生电路图 (b) u/i图图2.3 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形(2)面积等效原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即是窄
25、脉冲的面积。这里所说的效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。例如图2.4中a，b所示的三个窄脉冲形状不同，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一个环节时，其输出响应基本相同。上述被称为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。图2.4 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲2.2.3 PWM波形的基本原理逆变器的种类很多，各自的具体工作原理、工作过程不尽相同，但是最基本的逆变过程是相同的。下面以最简单的单相桥式逆变电路为例，具体说明逆变器的“逆变”过程。单相桥式逆变原理见图2.5(a)。该
26、图中输入直流电压为E，R代表逆变器的纯电阻性负载。当开关S1，S4接通后，电流流过S1，R和S4时，负载上的电压极性是左正右负；当开关S1， S4断开，S2， S3接通后，电流流过S2， R和S3，负载上的电压极性反向。若两组开关S1， S4， S2， S3以频率f交替切换工作时，负载R上便可得到频率为f的交变电压U0，其波形见图2.5(b)，该波形为一方波，其周期T=1/f。图示的电路和波形只是逆变过程基本原理的示意描述，实际上要构成一台实用型逆变器，还需要增加许多重要功能电路和辅助电路。(a) 单相桥式逆变原理 (b) 单相桥式逆变波形图图2.5 单相桥式逆变电路及其输出波形单相正弦逆变电
27、源中，逆变器要把市电经整流滤波后得到的直流电或者由蓄电池提供的直流电，重新转化为频率非常稳定，稳定电压受负载影响小的，波形畸变因数满足负载要求的交流正弦波。2.3 SPWM采样方法对比分析近年来，正弦脉宽调制(SPWM)技术以其优良的传输特性成为电力电子装置中调制技术的基本方式。采样实现SPWM调制方式可分为自然采样法、对称规则采样法和不对称规划采样法三种。下面对这几种方法律简要的分析：(1)自然采样法。用一个基波正弦波与一个三角载波相比较，由两者的交点确定逆变器开关模式。图2.6 自然采样法图2.6中，为三角波的周期，为三角波的幅值，正弦波为，称为采样周期，及为正弦波与三角波两个相邻交点的时
28、刻。由图2.5可知 (式2.4）(式2.4)中，为调制度，(即为正弦波幅值与三角波幅值之比)01，的值越大，则输出电压越高；为正弦波角频率，变化时，PWM脉冲序列基波频率也随之改变。为脉冲宽度， (式2.5）(式2.5)中，t1和t2不但与载波比(T为正弦波的周期)有关，而且是幅度调制比M的函数，求解t1、t2与M的关系比较复杂。由此可知，自然采样法得到的数学模型并不适合由微处理器实现实时控制。(2)对称规则采样法。规则采样法就是将自然采样法中的正弦调制波以阶梯调制波进行拟合后一种简化的SPWM脉冲信号发生方法，如图2.7所示。图2.7 SPWM脉冲信号规则采样法生成原理值得注意的是，每个载波
29、周期中，原正弦调制波与三角载波周期中心线的交点就是阶梯波水平线段的中点。这样，三角载波与阶梯波水平线段的交点A，B两点就分别落在正弦调制波的上下两边，从而减少了以阶梯波调制的误差。另外，由于A，B两点对于三角载波周期中心线对称，因而使SPWM脉冲信号发生得以简化。由图2.7，并根据相似三角形的几何关系容易得出规则采样法SPWM脉宽t2以及脉冲间隙时间t1，t3的表达式分别为t2=Tc2(1+Msin1te) (式2.6)t1=t3=12(Tc-t2) (式2.7)式中，te为三角载波周期中心的时间值。由于te，Tc，M均为已知量，因此，规则采样法SPWM脉宽t2的计算较为简便，适合基于微处理器
30、的数字SPWM控制。(3)不对称规则采样法是既在三角波的顶点位置，又在底点位置对正弦波进行采样，由采样值形成阶梯波，阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽在一个三角波的周期内的位置不对称的采样方法，其原理如图2.8所示。图2.8 不对称规则采样法由图2-8得： (式2.8）脉冲宽度为： (式2.9）其中，（是采样周期，是三角波周期）如图2.8中，有 (式2.10）即 k=0，1，2，3，。k为偶数时是顶点采样；k为奇数时是底点采样。由三角波频率f1与正弦波频率f之比为载波比N，则有： （式2.11）将(式2.10）代入(式2.9）得 (式2.12）将(式2-11）代入(式2-8）得 (式2.13）由
31、于载波频率是恒定的，通过改变N的值就可以改变输出SPWM波的频率。不对称规则采样法的数学模型尽管略微复杂一些，但由于其阶梯波更接近于正弦波，所以谐波分量的幅值更小，在实际中得到更多的使用。以上是单相SPWM波生成的数学模型，生成三相SPWM波，就必须使用三条正弦波和同一条三角波求交点。三条正弦波相位差，即： (式2.14）采用不对称规则采样法，则顶点采样时有： (式2.15）不对称规则采样法由于在一个载波周期里采样两次正弦波数值，该采样值能更加真实的反映实际的正弦波数值，其输出电压也高于对称规则采样法。当然由于采样次数增大了一倍，使得数据处理量也大为增加，特别是当载波频率较高时，需要微处理器的
32、运算速度非常的快。而DSP以其时钟频率可达到40MHz的优势，无疑解决了这个问题。综上所述，本系统采用不对称规则采样法来生成SPWM。2.4 SPWM控制方式分析以单相全桥逆变电路（图2.1）为例，对SPWM控制方式进行分析研究。图2.1是采用IGBT作为开关器件的单相桥式电压型逆变电路。设负载为阻感负载，工作时V1和V2的通断状态互补，V3和V4的通断状态也互补。具体的控制规律如下：在输出电压Uo的正半周，让V1保持通态，V2保持断态，V3和V4交替通断。由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有一段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的区间，V1和V2导通时，负载电压Uo等于直流电
33、压Ud；V4关断时，负载电流通过V1和VD3续流，Uo=0。在负载电流为负的区间，仍为V1和V4导通时，因i0为负，故i0实际上从VD1和VD4流过，仍有Uo=Ud；V4关断，V3开通后，i0从V3和VD1续流，Uo=0。这样，Uo总可以得到Ud和零两种电平。同样，在Uo的负半周，让V2保持通态，V1保持断态，V3和V4交替通断，负载电压Uo可以得到-Ud和0两种电平。2.4.1单极性SPWM控制方式所谓单极性SPWM控制是指逆变器的输出脉冲具有单极性特征。即当输出正半周时，输出脉冲全为正极性脉冲；而当输出负半周时，输出脉冲全为负极性脉冲。因此，必须采用使三角载波极性与正弦调制波极性相同的所谓
34、单极性三角载波调制。单极性SPWM控制方式指在ur和uc的交点时刻控制开关器件的通断。单极性SPWM控制方式波形如图2.9所示。单极性SPWM控制由于采用了单极性三角载波调制，从而使控制信号的发生变得较为复杂，因而很少采用。2.4.2双极性SPWM控制方式所谓双极性SPWM控制是指逆变器的输出脉冲具有双极性的特征。即无论输出正、负半周，输出脉冲全为正、负极性跳变的双极性脉冲。当采用基于三角载波调制的双极性SPWM控制时，只需要采用正、负对称的双极性三角载波即可。当正弦调制波信号瞬时值大于三角载波信号瞬时值时，比较器的输出极性为正，VT1、VT4导通有效，而VT2、VT3关断有效，即VT1、VT
35、4导通或VD1、VD4续流导通；同时，VT2 (VD2)、VT3 (VD3)关断，此时，逆变器输出为正极性的SPWM电压脉冲。同理，当正弦调制波信号瞬时值小于三角载波信号瞬时值时，比较器的输出极性为负， VT2、VT3导通有效，而VT1、VT4关断有效，即VT2、VT3导通或VD2、VD3续流导通；同时，VT2 (VD2)、VT3 (VD3)关断，此时，逆变器输出为负极性的SPWM电压脉冲。双极性SPWM控制的调制及逆变器的输出波形如图2.10所示。 图2.9 单极性SPWM控制方式波形 图2.10双极性SPWM控制方式波形2.4.3单极性和双极性调制比较单极性调制SPWM与双极性调制SPWM
36、相比，载波为全三角波的单极性调制SPWM波形的优点是开关频率是载波频率的两倍似极性则相等，即有倍频的作用，易于滤波，并且每次开关管开通或关断时，电压跳动幅度减小为双极性调制SPWM的一半。另外，对于m=2的情况，对同样的调制深度M，单极性调制SPWM波的谐波幅值明显比双极性调制SPWM波幅值小。因此，单极性调制SPWM波能更好的消除谐波。综上所述，本系统采用的是以不对称规则采样法为基础实现的单极性SPWM控制。2.5使用DSP实现SPWM波2.5.1 DSP的事件（EV）管理器模块介绍传统的产生SPWM波形的方法能够用于逆变器中实现幅度和频率可调的正弦波电压。当负载为线性时效果还好。但是当该逆
37、变器带非线性负载时，电压将发生畸变，谐波增加，严重影响负载的正常工作。DSP是一款高性能的数字处理芯片，它不仅运算速度快，还有专门用于实现PWM的片内外设。通过应用DSP我们可以方便的实现频率很高的SPWM控制信号，从而减小滤波器的尺寸。TMS320LF2407A包括两个事件管理模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括通用定时（GP）、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。EVA和EVB的定时器、比较单元以及捕获单元的功能都相同，只是定时器和单元的名称不同。事件管理模块EVA和EVB有相同的外设寄存器，不同的程序起止地址。如表2.1所示，为事件管理模块EVA/EVB及其信号名称。EV模块是
38、形成SPWM波形的关键，本文采用的是EVB产生SPWM波形信号。针对本系统，就EV中几个重要组成部分进行说明。定时器是事件管理器的核心模块。TMS320LF2407A的定时器有如下功能：作为常规的定时/计数器使用；用于在TXPWM引脚上输出频率和脉宽可调的PWM波；与捕捉模块结合测量CAPx引脚上的脉宽；定时器3与比较模块配合产生死区可调的6个PWM控制信号：启动AD转换。它的工作方式有4种：停止/保持模式、连续增计数模式、定向增/减计数模式、连续增/减计数模式。采用连续增/减计数方式工作时，产生对称的SPWM波，其工作过程如下：计数器的值由初值开始向上增计数，当到达寄存器T3PR值时，开始递
39、减计数，直至计数器的值为零时(进入中断服务程序)又重新向上增计数，如此循环往复。在计数器计数的过程中，计数器的值都与比较寄存器CMPRx(x=4，5，6)的值作比较，当计数器的值与其相对应的比较寄存器的值相等发生匹配，则对应的该相方波输出发生电平翻转。在每个载波周期内，输出的方波将发生两次电平翻转。只要在每个三角波载波周期根据在线计算改写比较寄存器CMPRx的值，就可实时地改变脉冲的占空比，得到完整周期的SPWM脉冲。对每个脉冲相对于载波周期的占空比的计算是在定时器3的下溢中断服务子程序中完成的。表2.1 事件管理模块EVA/EVB及其信号名称事件管理模块EVA模块信号EVB模块信号GP定时器
40、Timer1Timer2T1PWM/T1CMPT2PWM/T2CMPTimer 3Timer 4T3PWM/T3CMPT4PWM/T4CMP比较单元Compare 1Compare 2Compare 3PWM1/2PWM3/4PWM5/6Compare 4Compare 5Compare 6PWM7/8PWM9/l0PWM11/12捕获单元Capture 1Capture 2Capture 3CAP 1CAP 2CAP 3Capture 4Capture 5Capture 6CAP 4CAP 5CAP 6正交编码脉冲电路(Q EP)OEP 1QEP 2QEP 1QEP 2QEP 3QEP 4Q
41、EP 3QEP 4外部输入计数方向外部时钟TDIRATCLKINA计数方向外部时钟TDIRB.TCLKINBEV模块是形成SPWM波形的关键，本文采用的是EVB产生SPWM波形信号。针对本系统，就EV中几个重要组成部分进行说明。定时器是事件管理器的核心模块。TMS320LF2407A的定时器有如下功能：作为常规的定时/计数器使用；用于在TXPWM引脚上输出频率和脉宽可调的PWM波；与捕捉模块结合测量CAPx引脚上的脉宽；定时器3与比较模块配合产生死区可调的6个PWM控制信号：启动AD转换。它的工作方式有4种：停止/保持模式、连续增计数模式、定向增/减计数模式、连续增/减计数模式。采用连续增/减
42、计数方式工作时，产生对称的SPWM波，其工作过程如下：计数器的值由初值开始向上增计数，当到达寄存器T3PR值时，开始递减计数，直至计数器的值为零时(进入中断服务程序)又重新向上增计数，如此循环往复。在计数器计数的过程中，计数器的值都与比较寄存器CMPRx(x=4，5，6)的值作比较，当计数器的值与其相对应的比较寄存器的值相等发生匹配，则对应的该相方波输出发生电平翻转。在每个载波周期内，输出的方波将发生两次电平翻转。只要在每个三角波载波周期根据在线计算改写比较寄存器CMPRx的值，就可实时地改变脉冲的占空比，得到完整周期的SPWM脉冲。对每个脉冲相对于载波周期的占空比的计算是在定时器3的下溢中断
43、服务子程序中完成的。每个事件管理模块有两个通用可编程定时器（GP）。定时器x（x=1，2对EVA；x=3，4，对EVB）包括：一个16位的定时器增/减的计算器，可读写；一个16位的定时器比较寄存器，可读写；一个16位的定时器周期寄存器，可读写；一个16位的定时器控制寄存器，可读写；可选择的内部或外部输入时钟；用于内部或外部时钟输入的可编程的预定标器；控制和中段逻辑的用于4个可屏蔽的中断下溢、溢出、定时器比较和周期中断可选择方向的输入引脚。通用定时器的输入有：内部CPU时钟、外部时钟TCLKINA/B，最大频率是CPU时钟的1/4、方向输入TDIRA/B，控制通用定时器增/减计数、复位。通用定时
44、器的输出：通用定时器比较输出、至ADC模块的模数转化启动信号、比较逻辑和比较单元的下溢、上溢、比较匹配和周期匹配信号、技术方向指示位。时间管理器（EVA）模块中有3个全比较单元（比较单元1，2和3），每个模块的比较单元包括：3个16位的比较寄存器，他们各带一个可读/写的影子寄存器；一个可读/写的比较控制寄存器；一个16位的比较方式控制寄存器；6个比较PWM（三态）输出引脚；控制和中断逻辑。其结构如图2.11所示。图2.11 比较单元结构框图比较输入包括：控制寄存器的控制信号、通用定时器1和3及他们的下溢和周期匹配信号、复位信号。比较操作模式有比较寄存器（COMCONx）决定，通用定时器1的计数
45、器不断与比较寄存器的值进行比较，当发生匹配时，比较单元的两个输出将根据方式控制寄存器（ACTRA）中的位进行跳变。ACTRA寄存器中的位可以分别确定在比较匹配是每个输出为高有效触发（如果没有强制高与低）。当通用定时器1的计数器和比较单元的比较寄存器之间发生匹配且比较使能时，比较单元的比较中断寄存器将被置位。如果中断不屏蔽，则产生外设中断请求信号。输出跳变的时序、中断标志位的设置和中断请求的产生都与通用定时器的比较操作相同。俗呼出逻辑、死区单元和空间矢量PWM单元可改变比较单元在比较模式下的输出。每个事件管理模块可同时产生多达8路的PWM波形输出，有3个带壳变成控制的比较单元产生独立的3对（即6
46、个输出），以及由GP定时器比较产生的2个独立的PWM输出。对于每个EV模块，与比较单元相关的PWM电路使带有可编程死区和输出极性控制的6路PWM输出的产生成为可能。PWM波形产生的原理如图2.12所示，包括非对称波形发生器、可编程的死区单元(DBU)、输出逻辑、空间矢量PWM状态机。图2.12 PWM电路结构框图2.5.2 DSP中断及中断向量TMS320LF240x系列DSP有丰富的中断资源，其内核提供一个不可屏蔽的中断NMI和6个按优先级获得服务的可屏蔽中断INT1至INT6，采用集中化的中断扩展设计来满足大量的外设中断需求，即这6个中断级的每一个都可被很多外设中断请求共享。DSP通过中断请求系统中的一个两
