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国产32位DSP ADP32F03在电机控制系统中的应用


  摘要:本文介绍了国产 32 位 DSP ADP32F03 功能特点、性能指标,并在公司新开发的电机控制平台中采用该芯片作为主控芯片,通过大量实验验证了该国产芯片具有功耗低、可靠性高以及与 TI 公司 DSP兼容性好等特点。

  关键词:国产芯片;DSP;电机控制

  本人从事电机控制相关软件研发工作多年,一直以来都习惯用TI公司的DSP芯片作为主控芯片,用CCS编程调试工具进行编程调试。期间也接触到飞思卡尔、Microchip、瑞萨等品牌的芯片,但或由于不习惯于它们的编译工具,或由于不习惯它们的寄存器定义,总感觉它们都没有TI的DSP好用。去年我负责了我们公司一新电机控制器的开发工作,刚开始我选用28335芯片,但领导不同意,说成本太高,无赖我只好选用28035芯片。在项目进行一段时间后,我发现28035根本无法满足要求,其主频只有60M,并且RAM空间也不是很大,于是项目进入停滞状态在那几天里我天天上TI官网去搜寻一个既便宜且能满足项目需求的芯片,直到我一个同事向我推荐进芯电子新研发的32位DSP ADP32FXX系列芯片,他说这个芯片可以用CCS编程,与TI公司的2812芯片兼容,
我抱着试一试的态度重新开始了项目,考虑到控制板尺寸及产品应用情况选用了其中封装最小的ADP32F03作为主控芯片。


1.ADP32FXX系列芯片功能介绍


图1 ADP32F03芯片管教封装图

  进芯电子的ADP32FXX系列芯片一共有三个型号,它们分别为80管脚封装的ADP32F03、128管脚封装的ADP32F10以及176管脚封装的ADP32F12,它们的资源分配如下表所示。



2.用CCS软件调试ADP32F03芯片中的软件

  ADP32FXX系列DSP芯片在设计之初就考虑了兼容TI公司的281x系列芯片,所以该系列芯片的外设以及寄存器地址都与281x系列芯片是一样的,同时该芯片在兼容281x系列芯片的同时还集成了其他一些外设,如内置了1.9V电源,芯片只需外接3.3V电源即可,又比如芯片里面集成了CAN驱动芯片,可直接与外部CAN设备进行通信。
 虽然ADP32FXX系列芯片集成很多强大且有用的功能,但这些都不足以吸引我,它吸引我的主要是由于该芯片与281X芯片兼容,所以可用CCS软件进行编程调试。虽然芯片生产商有自带编译调试工具,但是对于已经用惯了CCS的我根本就没必要重新去花时间去学习一款新的编译调试工具。用CCS调试ADP32F03软件界面如图2所示。经过长时间调试,个人觉得用CCS调试ADP32F03代码跟调试2812没有任何区别。


图2 CCS软件调试ADP32F03芯片代码界面


3.基于ADP32F03芯片的电机硬件控制平台

   项目采用ADP32F03主控芯片实现电机控制算法,电机控制算法采用无速度传感矢量控制,这对采样精度存在一定要求,电流采样采用三电阻下桥采样方式采集驱动器三相输出电流。系统控制框图如下图所示。
   从图中可以看出,三个下桥各串联了一个采样电流,当下桥开通时就会有电流流过,进而会产生电压。DSP通过AD采样电路获取电压值,经过换算可得到电机的三相电流。根据电机三相电流就可以计算出电机的转速、位置等信息以实现电机的无传感矢量控制算法。ADP32F03 的12位AD采样可以保证电流采样精度,同时其主频高达120M,在散热良好的环境下可将主频提高到150M,可以保证电机控制系统的实时性要求。控制器对外接口为端子和CAN通信,因此可通过端子或CAN通信给控制器运行命令信号。

图3 永磁同步电机无速度传感矢量控制硬件实现框图


  4.实验结果

    在更换主控芯片后,在新的以ADP32F03芯片为主控芯片的硬件平台上经过近三月的反复调试和实验,不断解决调试中遇到各种硬件和软件问题,最终成功地完成了项目。图4~6为调试中保存的实验波形,从图中可以看出,驱动器工作正常,稳态状态下的波形比较正弦,带载起停波形正常,驱动器控制性能良好。


图4 稳态状态下的电流波形


图5 驱动器启停时的电流波形

  图 6  用上位机观测到带载起动时的输出电压和输出电流波形(蓝色为输出电压波形)


  5.结论

   项目的顺利完成验证新的采用ADP32F03 32位DSP芯片的硬件平台的可靠性和有效性,ADP32F03芯片作为主控芯片完全能够满足电机控制算法的实时性和可靠性要求,该芯片具有主频高、功耗低、可靠性高、价钱便宜等优点,最主要的是该芯片是国产芯片,在中美贸易战正激烈的今天,采用该芯片替代TI芯片可规避风险。


  参考文献

  [1] ADP32F03_v1.2芯片手册。

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