基于DSP+FPGA的多相变频控制器设计

3 多相变频控制器实现

控制器采用型号为TMS320F2812的DSP作为主控芯片，这是一款专为电机控制所设计的芯片，不仅具有运算速度快的特点，而且集成了丰富的片内外设资源。利用TMS320F2812片内集成的16路12 bit A/D，可以对多达16路的电流或电压进行采样;TMS320F2812的事件管理器模块带有QEP电路，可以对编码器的正交编码脉冲进行解码和计数，从而实现计算电机转子位置和转速。

考虑到多相系统需要的资源很大以及功能的扩展，采用Altera公司CycloneII系列的FPGA芯片EP2C35F484作为控制芯片，并在外部扩展了100 MHz的有源晶振作为时钟输入，以提高控制精度。FPGA在完成PWM信号产生的同时，还兼顾故障保护的任务，当接收到某一相的外部故障信号时，封锁这一相的PWM信号。硬件的实时保护，提高了控制器的可靠性。

3.1 DSP与FPGA的通信接口设计

为了保证DSP和FPGA通信的快速性，DSP利用外部接口(XINTF)模块与FPGA的用户I/O口相连。由于选用的芯片两者接口电压都为3.3 V，故将DSP外部接口(XINTF)模块的16 bit数据总线、19 bit地址总线与写信号线XWE和FPGA的用户I/O口直接相连，实现并行通信。

XINTF写周期时序如图5所示[6]。从图中可以看出，在XWE的下降沿时刻，地址线XA的信号已送到总线上，而数据线XD的信号刚送到总线上;在XWE的上升沿时刻，地址线XA和数据线XD的信号均存在于总线上一段时间，而且已经稳定，所以令FPGA捕捉XWE的上升沿，在此时刻读取信号，以保证DSP和FPGA通信的准确性。

通过DSP和FPGA的并行通信实验，得到如图6所示

的FPGA 在线接收到的由DSP 发送出的递增数据( 地址和数据相同) 实测信号图， 与分析结果相符。

3.2 软件设计流程

系统软件部分主要由主程序和中断服务程序构成。主程序包括对DSP 中断、外设以及FPGA 调制策略的初

始化; 中断服务程序主要完成恒压频比控制算法、速度闭环PID 调节器的控制算法以及刷新频幅寄存器。其程序流程图分别如图7 、图8 所示。

4 实验结果

利用本文方法设计的控制器产生5组、每组3相(即15相SPWM)信号，组内相移设为120°，组间相移设为72°。图9为利用FPGA的输入口观测15相SPWM的15个上桥信号的波形，图10为利用示波器观测组内相移120°的两路SPWM信号波形，图11为组间相移72°的两路SPWM信号波形，图12为同一相上下桥SPWM信号的波形。

本文提出了一种基于DSP和FPGA的多相PWM信号实现方法，并设计实现了多相变频控制器。此控制器可以对多种相数的电机进行变频控制和多种控制方法的选择，虽然目前还不够完善(如无法实现矢量控制)，但是其通用性和灵活性为多相电机的研究提供了一个良好的实验平台。