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解決方案

國產32位DSP ADP32F03在電機控制系統中的應用


  摘要:本文介紹了國產 32 位 DSP ADP32F03 功能特點、性能指標,并在公司新開發的電機控制平臺中采用該芯片作為主控芯片,通過大量實驗驗證了該國產芯片具有功耗低、可靠性高以及與 TI 公司 DSP兼容性好等特點。

  關鍵詞:國產芯片;DSP;電機控制

  本人從事電機控制相關軟件研發工作多年,一直以來都習慣用TI公司的DSP芯片作為主控芯片,用CCS編程調試工具進行編程調試。期間也接觸到飛思卡爾、Microchip、瑞薩等品牌的芯片,但或由于不習慣于它們的編譯工具,或由于不習慣它們的寄存器定義,總感覺它們都沒有TI的DSP好用。去年我負責了我們公司一新電機控制器的開發工作,剛開始我選用28335芯片,但領導不同意,說成本太高,無賴我只好選用28035芯片。在項目進行一段時間后,我發現28035根本無法滿足要求,其主頻只有60M,并且RAM空間也不是很大,于是項目進入停滯狀態在那幾天里我天天上TI官網去搜尋一個既便宜且能滿足項目需求的芯片,直到我一個同事向我推薦進芯電子新研發的32位DSP ADP32FXX系列芯片,他說這個芯片可以用CCS編程,與TI公司的2812芯片兼容,
我抱著試一試的態度重新開始了項目,考慮到控制板尺寸及產品應用情況選用了其中封裝最小的ADP32F03作為主控芯片。


1.ADP32FXX系列芯片功能介紹


圖1 ADP32F03芯片管教封裝圖

  進芯電子的ADP32FXX系列芯片一共有三個型號,它們分別為80管腳封裝的ADP32F03、128管腳封裝的ADP32F10以及176管腳封裝的ADP32F12,它們的資源分配如下表所示。



2.用CCS軟件調試ADP32F03芯片中的軟件

  ADP32FXX系列DSP芯片在設計之初就考慮了兼容TI公司的281x系列芯片,所以該系列芯片的外設以及寄存器地址都與281x系列芯片是一樣的,同時該芯片在兼容281x系列芯片的同時還集成了其他一些外設,如內置了1.9V電源,芯片只需外接3.3V電源即可,又比如芯片里面集成了CAN驅動芯片,可直接與外部CAN設備進行通信。
 雖然ADP32FXX系列芯片集成很多強大且有用的功能,但這些都不足以吸引我,它吸引我的主要是由于該芯片與281X芯片兼容,所以可用CCS軟件進行編程調試。雖然芯片生產商有自帶編譯調試工具,但是對于已經用慣了CCS的我根本就沒必要重新去花時間去學習一款新的編譯調試工具。用CCS調試ADP32F03軟件界面如圖2所示。經過長時間調試,個人覺得用CCS調試ADP32F03代碼跟調試2812沒有任何區別。


圖2 CCS軟件調試ADP32F03芯片代碼界面


3.基于ADP32F03芯片的電機硬件控制平臺

   項目采用ADP32F03主控芯片實現電機控制算法,電機控制算法采用無速度傳感矢量控制,這對采樣精度存在一定要求,電流采樣采用三電阻下橋采樣方式采集驅動器三相輸出電流。系統控制框圖如下圖所示。
   從圖中可以看出,三個下橋各串聯了一個采樣電流,當下橋開通時就會有電流流過,進而會產生電壓。DSP通過AD采樣電路獲取電壓值,經過換算可得到電機的三相電流。根據電機三相電流就可以計算出電機的轉速、位置等信息以實現電機的無傳感矢量控制算法。ADP32F03 的12位AD采樣可以保證電流采樣精度,同時其主頻高達120M,在散熱良好的環境下可將主頻提高到150M,可以保證電機控制系統的實時性要求。控制器對外接口為端子和CAN通信,因此可通過端子或CAN通信給控制器運行命令信號。

圖3 永磁同步電機無速度傳感矢量控制硬件實現框圖


  4.實驗結果

    在更換主控芯片后,在新的以ADP32F03芯片為主控芯片的硬件平臺上經過近三月的反復調試和實驗,不斷解決調試中遇到各種硬件和軟件問題,最終成功地完成了項目。圖4~6為調試中保存的實驗波形,從圖中可以看出,驅動器工作正常,穩態狀態下的波形比較正弦,帶載起停波形正常,驅動器控制性能良好。


圖4 穩態狀態下的電流波形


圖5 驅動器啟停時的電流波形

  圖 6  用上位機觀測到帶載起動時的輸出電壓和輸出電流波形(藍色為輸出電壓波形)


  5.結論

   項目的順利完成驗證新的采用ADP32F03 32位DSP芯片的硬件平臺的可靠性和有效性,ADP32F03芯片作為主控芯片完全能夠滿足電機控制算法的實時性和可靠性要求,該芯片具有主頻高、功耗低、可靠性高、價錢便宜等優點,最主要的是該芯片是國產芯片,在中美貿易戰正激烈的今天,采用該芯片替代TI芯片可規避風險。


  參考文獻

  [1] ADP32F03_v1.2芯片手冊。

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