基于DSP28035高速永磁无刷直流电机控制系统(五)

3.2 数字控制器设计

Piccolo MCU包含40和60 MHz的版本、高达128 KB的快闪存储器、12位ADC以及ePWM，以及包括通信协议、片上振荡器、模拟比较器、通用I/O等在内的各种业界标准外设。另外该芯片支持单电源供电、具有上电复位及掉电复位功能，内部含有硬件模拟比较器，精简管脚方便硬件设计，降低布线成本。

3.2.1 DSP最小系统电路设计

DSP最小系统如图3.6所示，包括DSP芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JTAG接口电路。为了便于二次开发，最小板把所有的芯片引脚都引出。

图3.6 DSP最小系统图                                             3.7  DSP供电电路

①电源及复位电路设计

DSP系统一般都采用多电源系统，电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。TMS320F28035是一个功耗较低芯片，内核电压为1.8V，I/O电压为3.3V。本文采用TI公司的TPS767D318电源芯片。该芯片属于线性降压型DC/DC变换芯片，可以由5V电源同时产生两种不同的电压（3.3V和1.8V），其最大输出电流为1000mA，可以同时满足一片DSP芯片和少量外围电路的供电需要。如图3.7所示，该芯片自带电源监控及复位管理功能，可以方便地实现电源及复位电路设计。

②时钟电路设计

TMS320F28035这款DSP具有2个片内时钟振荡器，同时具有1个晶振输入和1个外部时钟输入。默认情况下，系统内核时钟是由INTOSC1提供的。本实验平台使用的是片内时钟振荡器，但是为了可靠性备份了外部有源时钟方式，选择一个3.3V供电的30MHz有源晶振实现。系统工作是通过编程选择2倍频的PLL功能，可实现F28035的最高时钟频率60MHz，时钟电路如图3.8所示。

图3.8  DSP时钟电路             图3.9  DSP JTAG电路

③ DSP与JTAG接口设计

DSP仿真器通过DSP芯片上提供的扫描仿真引脚实现仿真功能，扫描仿真消除了传统电路仿真存在的电缆过长会引起的信号失真及仿真插头的可靠性差等问题。采用扫描仿真，使得在线仿真成为可能，给调试带了极大方便。JTAG接口电路如图3.9所示。

3.2.2 DSP外围控制电路设计

DSP外围控制电路框图如图3.10所示，包括调AD理及保护电路、SPI实现D/A转换电路、异步串口通信电路、捕获端口调理电路及PWM电平转换及保护电路。

图3.10 DSP外围控制电路

①AD调理及保护电路

TMS320F28035内部集成16路转换精度为12bit的A/D转换通道，但是其转换电压范围只能在0-3.3V，通常传感器的输出电压需要经过调理电路调理然后才能连接到DSP上。图3.12为调理电路。为了增加电路输入阻抗，电路中增加了跟随电路如图3.14。

图3.11电压跟随电路                图3.12 A/D调理电路

图3.13为母线电流保护电路。LA28-NP是电流型检测装置，Rs和C构成采样和滤波电路。将采样电流和允许的最大电流值经比较器LM393比较得到过流保护电平信号。

图3.13 过流保护图                           3.14 过压保护

图3.14为过压保护电路，R1、R2对直流母线电压分压采样，与给定的最大电压值比较产生过压保护电平信号，该信号与过流保护信号进行逻辑或运算后连接到IPM和DSP的故障保护输入引脚，从硬件和软件两个角度同时进行保护操作。

② SPI实现D/A转换电路

串口外设接口（SPI）是一个高速同步的串行输入/输出接口。SPI通常用于DSP和外部外设及其他处理器之间的通信。主要用于显示驱动器、ADC及日历时钟等器件间的接口，也可以用于主/从模式实现多处理器的通信。本电路板设计了和TLV5614配合实现DA的电路另外引出了SPI模块接口。

图3.15 为TLV5614引脚图，FS为帧同步信号，帧同步脉冲的下降沿表示串行数据帧的开始。/LDAC为输出刷新信号，为低电平时，DAC输出端口进行数据刷新。/CS为片选信号，为低电平时芯片工作。/PD为掉电模式，低电平有用，一般拉高不使用。图3.16为SPI_TLV5614接线图。

图3.15 TLV5614引脚图                图3.16 SPI_TLV5614接线图

③异步串口通信电路

串口通信（SCI）是一种采用两根信号线的异步串行通信接口，又称UART。在TMS320F28035中有两组SCI通信，SCIA和SCIB。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。根据TMS320F28035已有的资源设计SCI串口通信的话，通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，所以可以选用MAX485芯片。具体的电路设计如图3.17所示。

   图3.17 RS485串口电路         图3.18 霍尔信号异或电路

④捕获端口调理电路

由于TMS320F28035芯片只有一个eCap口，为了实现3路霍尔信号的上升下降沿都能触发eCap中断，选用了MC74HC86AD芯片来实现3路霍尔信号的异或，得出的信号接到eCap接口。

⑤PWM电平转换及保护电路

TMS320F28035输出PWM波形的高电压为3.3V，而实际工业中，驱动电压需要5V电平，所以DSP直接产生的PWM信号不能满足要求。这就需要将DSP产生的3.3V信号转换为5V驱动信号。选用电平转换芯片SN74ABT541实现该功能。为了实现电路的硬件保护，加了SN74HC132D来实现故障信号的锁存。

图3.19 PWM电平转换及保护电路