变频器设计方法

1、变频器设计方法一、变频调速系统设计的一般 性方法(一 变频调速系统设计的内容和步骤变频调速系统设计的主要内容和步骤如下:(1控制系统总体方案设计,明确系统的总体要求及技术条件。 包括系统的基本功能、控制方案选择以及性能指标(响应时间、稳态精度、通信接口等;(2设计主电路拓扑结构,选定逆变器件类型;(3确定控制策略和控制方式;(4选择主控制芯片;(5选择各物理量的传感器和检测电路; (6系统硬件设计,包括主电路模块、驱动与保护电路,与 CPU 相关的电路、外围设备、接口电路、逻辑电路及键盘显示模 块;(7系统软件设计,包括应用程序的设计、管理以及监控程 序的设计;图 4-25 变频调速系统的研发

2、过程(8在各单元软硬件调试合格的基础上,进入系统实验与统 调阶段。变频调速系统的研制开发过程如图 4-25所示。(二 变频调速系统总体方案的确定确定变频调速系统总体方案是设计系统的第一步。总体方案直 接影响整个控制系统的投资、性能品质及实施难度。确定控制系 统的总体方案必须根据实际应用的要求, 结合具体被控对象而定。 但在总体设计中还是有一定的共性,大体上可以从以下几个方面 考虑。1. 选择主电路拓扑结构 根据系统容量的大小以及实际要求 选择合理的变频调速系统主电路拓扑结构。 20世纪 80年代以来, 以 GTO 、 BJT 、 MOSFET 为代表的自关断器件得到长足的发展, 尤其是以 IG

3、BT 为代表的双极型复合器件的惊人发展, 使得电力电 子器件正沿着大容量、高频率、易驱动、低损耗、智能模块化的 方向迈进。伴随着电力电子器件的飞速发展,逆变器主电路的结 构也日趋多样化。(1普通三相变频器 通常也称为二电平变频器,即第二章 中所讲的交 -直 -交型变频器, 这种拓扑结构比较简单, 为了获得大 功率可采用器件的串并联来实现。(2交 -交变频电路 普通二电平逆变器直流侧电压通常由 交流电整流获得,因为存在直流环节,所以逆变器效率不高,主 电路相对复杂。而交 -交直接变频电路省去中间直流环节一次功率变换控制,效率高,但输出频率低,最高输出频率一般为输入频 率的 1/31/2,通常仅用

4、于低频场合,而且控制复杂,对电网产生 的无功和谐波污染较大。(3高 -低 -高电路 这是高压变频器的典型结构之一,先将 电网的高电压经输入变压器降压,再经过普通三相变频器变频, 然后由输出变压器将电压升高为负载电动机所需要的高压。这种 结构由于输入 /输出侧均需要变压器,体积较大,效率略低。其优 势在于可靠性高,价格相对便宜一些。(4直接高压变频调速 在高压大功率的场合,采用三电平 技术直接获得高压输出,或采用多重化技术将多个低压逆变桥并 联 /串联起来获得大电流 /高电压,再加上一定的相移,可得到接近 正弦的电压输出。2. 确定控制系统方案 根据系统的要求, 首先确定系统是通用 型的,还是高

5、性能的,还是有特殊要求的。其次要确定系统的控 制策略,是采用 U/f控制、矢量控制,还是采用直接转矩控制等。 第三要确定是采用单机控制系统还是主从控制系统等。在数字系统中,通过模块化设计,可以使系统通用性增强,组 合灵活。在主从控制系统或是分布式控制系统中,多由主控板和 系统支持板组成。支持板的种类很多,如 A/D和 D/A转换板、并 行接口板、显示板等,通常采用统一的标准总线,以方便功能板 的组合。3. 选择传感器和检测电路 在确定总体方案时, 必须首先选择 好传感器和检测电路,它是影响控制精度的重要因素之一。主要被测量有电压、电流、温度、速度等。4. 选择 CPU 和输入 /输出通道及外围

6、设备 变频调速系统主控 板及过程通道通常应根据被控对象变量的多少来确定,并根据系 统的规模及要求,配以适当的外围设备,如键盘、显示、外部控 制及 I/O接口等。选择时应考虑以下一些问题: (1控制系统方案及控制策略; (2 PWM 的产生方式; (3被控对象变量的数目; (4各输入 /输出通道是串行操作还是并行操作; (5各数据通道的传递速率; (6各通道数据的字长及选择位数; (7对键盘、显示及外部控制的特殊要求。5. 画出整个系统原理图 前面四步完成以后, 最后要画出一个 完整的交流电机变频调速系统原理图,其中包括整流电路、逆变电路、驱动电路, 以及各种传感器、变送器、外围设备、输入 /输

7、出通道及微处理器部分。它是整个系统的总图,要求全面、详细、清晰、正确、统一。二、变频器主电路设计 这里以二电平 SPWM 通用变频器为例,介绍变频器主电路的3图 4-26 交流侧阻容吸收环节设计,通用变频器主电路如图 4-1。(一变频器主电路设计在变频器主电路的设计中,主要包括电源侧阻容吸收电路中 R 、 C 的选择,三相整流电路器件的选择,中间滤波电容的选择, 以及 IGBT 的电压、电流定额值的选择。1. 交流侧阻容吸收环节 R 、 C 的选择阻容吸收电路中, C 的作用是防止变压器操作过电压和浪涌 过电压, R 的作用是防止电容和变压器漏抗产生谐振。电源变压 器为 Y 接法,阻容吸收环节

8、采用 接法,如图 4-26所示。 电容容量 C 按下式计算:220S %631U i C ××= (4-15式中, i 0%是变压器励磁电流百分数; S 是变压器每相平均计算容量(V A ; U 2是变压器次级相电压有效值(V 。 电容 C 的耐压计算(U C 计算: 235. 1U U C × (4-16阻尼电阻 R 的计算:××%3. 2302i u S U R (4-17式中, u k %是变压器短路比,一般 u k %=510。电阻器 R 的功率计算:22212R ( 2(21(CU k RC k f P + (4-18式中, k 1=

9、3(对三相桥式电路; k 2=900。 2. 整流二极管(VD 1VD6的选择整流器输出接滤波电容,稳定工作时流过变压器副边相电流 如图 4-27所示。通过三相整流桥的每个整流二极管的电流波形近 似为方波, 如图 4-28所示。 图中 I m 对应于电动机最大负载电流的 峰值,也决定了方波的峰值,则流过二极管的电流有效值为 m 12002m VD 31 d(360I t I I =°° (4-19故二极管的电流定额值为m VD ed 72. 2157. 1/I I I = (4-20二极管的耐压m l 2D V 32(U U = (4-21式中, U 2lm 整流器输入线电

10、压峰值。3. 平滑滤波电容(C 的选择 中间滤波环节的电解电容 C 有两个作用:一是对整流电路的 输出电压滤波,尽可能保持其输出直流电压为恒定值;二是吸收 来自逆变电路由元件换向引起的续流能量和电动机在制动过程中 回馈的能量,防止逆变器过电压损坏 IGBT 。考虑电解电容用作滤波时, C 和负载的等效电阻的乘积(时 间常数应远远大于三相整流桥输出电压的脉动周期 T =0.0033s(即为 3.3ms ,则F (1030033. 0' 6f µ×=R C (4-22 i I 图 4-28 整流二极管近似电流 I i 2图 4-27 变压器副边近似相电流取负载等效电阻

11、R f =0.5 。考虑将 C 用作吸收异步电动机的回馈能量时,其容量只能 按能量关系来近似估计。当异步电动机突然停车和减速制动时, 电容两端将产生 “泵升” 电压, 为保护 IGBT 不致损坏, 一般尽量 选取大电容值,形成“水池”以使泵升电压不致太高。另外,逆 变器一般要有泵升电压限制电路。设电动机轴上的转动惯量之和为 J ,机械角速度为 D ,则电 动机轴上的机械储能2D j 21=J W (4-23漏感的储能2L 21LI W = (4-24电容上的初始电压为 u 0,电容的储能(212021C u u C W = (4-25式中, u 1为能量回馈后引起的电容电压升高值。假定能量回馈

12、时不计其他损耗,电动机骤停时,机械储能与漏 感储能之和等于电容上的储能,即22D 20212121 (21LI J u u C += (4-26设过压系数 K =u 1/u 0(K >1 ,则20222D 1u K LI J C += (4-27若限定 K =1.3,即允许电容上泵升电压升高 30%,则2022D 69. 0u LIJ C += (4-28式(4-28表明,当电压泵升值一定时,负载侧储能越大,滤波电容的容量也越大。而当储能一定时,泵升电压值越低, K 越小,所需的电容量也就越大。4. IGBT (VT 1VT6的选择IGBT 是电压控制器件,开关速度高,具有自关断能力,易

13、于 驱动。缺点是熔通达时间小,承受过载能力差。所以,使用时要 注意以下三个问题:(1要根据负载的最严重情况选择 IGBT ,如要适当考虑异 步电动机的启动电流,要考虑交流电流的峰值。因此,通过 IGBT 的集电极电流m c 22. 1I I (= (4-29(2要考虑 IGBT 的 是受集电极电流 I c 的增加而降低的, I c 越大, 越小。(3 IGBT 的耐压 U ceo 至少应为实际承担的最大峰值电压的1.2倍以上,即d ceo 22. 1U U ( (4-30(二 11.2kVA 变频器设计举例ZHI ×50W ×40×40双面铣组合机床的机械滑台,由

14、原来的 齿轮变速改造成变频调速。要求速度变化范围为 16750r/min,以 满足工作进给和快速返回的加工工艺要求。试设计变频器。 已知被控对象的原始数据:异步电动机型号:Y132M2 6额定功率:5.5kW额定电压:380V额定电流:12.6A额定转速:960r/min系统能提供 2倍的额定转矩。设计步骤:1. 决定变频器的工作方式由设计要求可知,调速范围为 1:47,低速性能要求高,故选 用双极性 IGBT-SPWM 工作方式。2. 设计变频器的主电路由于采用双极性 IGBT-SPWM 变频器,变频器的主电路如上 节所示。3. 变频器的功率开关管的计算(1计算通过 IGBT 的峰值电流 I

15、 mI m 由系统工作的最严重情况决定。由题意要求可知,系统要 具有 2倍额定电流的电磁转矩,再考虑交流电流的峰值,则35.63A A 6. 12222n m =××=×=I I(2选用 IGBT 的电流定额值由式(4-29得出 IGBT 的集电极电流42.7A A 63. 352. 12. 1m c =×=I I选用 I c =50A 的电流定额值。(3选用 IGBT 的电压定额值变频器输出交流电压为 380V 。为此,必须用线电压为 380V 的 交流电直接整流,直流侧整流电压 U d =1.35×380V=513V。由式(4-30 , I

16、GBT 的耐压V 0261V 51322d CE0=×=U U选用 U ceo =1200V 的 IGBT 。(4由 U ceo , I c 决定 IGBT 的型号由 I c =50A , U ceo =1200V ,选用日本富士公司生产的两单元 IGBT 模块组件,型号为 2MBI50L/N-120。变频器的容量11.2kVA A 17V 3803n n =××=I U S变频器的额定电流 I n 应大于异步电动机的额定电流。4. 整流二极管的计算(1计算整流二极管的电流定额 I ed由式(4-20得13A A 63. 3572. 2172. 21m ed =&

17、#215;=I I 考虑滤波电容的充电电流的影响,需留有较大的电流余量,选用 I ed =60A 。(2计算整流二极管的电压定额 U VD由式(4-21得:em VD 32(U U =537.4V V 3802em =×=U则, 1612.2V V 4. 53732em VD =×=U U选用 U VD =1600V 。(3决定整流二极管型号由 I ed =60A 和 U D =1600V 选用整流二极管。考虑减小变频器体积,故选用三相整流桥模块组件(DF60AA160 。5. 平波滤波电容器的计算由式(4-22 ,取负载等效电阻 R f =0.5 得:F (2200 F

18、(1030033. 06fµµ=×=R C 由于直流电压 U d =513V , 而 2200µF的电解电容的最高耐压为 450V ,故选用四只 2200µF/450V电容两两并联再串联,以提高耐 压,获得大容量。6. 交流电网侧阻容吸收环节的设计由式(4-15决定电容 C 的大小:220S %631U i C ××= F (0.33 F (2203/600046312µµ=×××= 电容的耐压 570V V 3805. 1=×C U ,取 U C =630V。阻尼

19、电阻由式(4-17决定:=22212R ( 2(21(CU k RC k f P +900 1033. 0180(3 502(21(62+×××××=W 2201033. 026×××W 7. 14 21(×=取功率为 25W 。11.25kV A 双极性变频器主电路设计计算完毕。三、变频器主控制电路设计(一控制方式选择在变频器中使用的控制方式有 U/f控制、 转差频率控制、 矢量控制、直接转矩控制、基于智能控制理论的控制等,在设计时应 根据被控对象、调速要求和应用场合等加以选择。在要求简单调 速的场合,

20、 可选用 U/f控制方式, 构成转速开环的调速系统; 在对 调速性能有一定要求的场合,可选用转差频率控制方式,构成转 速闭环的调速系统;在对动态性能和调速范围要求较高的场合, 则可以选用矢量控制或直接转矩控制方式,构成高性能的调速系 统。事实上,作为通用变频器的产品设计,一般都要有多种可选 的控制模式供用户使用,先进的控制模式一般需要输入或测试电 动机参数,故使用较麻烦,只是在一些类似伺服、同步的精密传 动的场合使用, 对于绝大多数场合如风机水泵负载选用 U/f控制方 式即可满足要求。1. U/f控制U/f控制的基本思想是在改变电源频率实现调速的同时又要 保证电动机的磁通基本不变。通用型变频器

21、基本上都有这种控制 方式。 U/f控制变频器采用开环控制方式,结构非常简单,但动态 性能不高,而且,低频时必须补偿转矩,以保证电机的低频拖动 能力。2.转差频率控制转差频率控制是在 U/f控制的基础上, 采用转速闭环控制, 根 据异步电动机实际运行过程中需要的转矩大小来控制转差频率, 就可以使电动机具有需要的输出转矩,具有良好的稳定性,并对 急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。3.矢量控制矢量控制是通过矢量变换控制电动机定子电流的大小和相 位,达到分别控制电动机励磁电流和转矩电流的目的。目前在变 频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量 控制方式和无速度传感器的矢量控制方式

22、两种。基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的稳 态特性一致,但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换控 制电动机定子电流的相位,以消除转矩电流过渡过程中的波动。 因此,它在动态特性方面比转差频率控制方式有很大的改善。这 种控制方式调速范围宽,启动转矩大,但是,它属于闭环控制方 式,需要在电动机上安装速度传感器,因此,应用场合受到限制; 无速度传感器矢量控制是通过检测电动机定子绕组的电压、电流 来辨识转速,以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制 方式工作可靠,操作方便,但计算比较复杂,调速范围界于矢量 控制和转差频率控制之间。4.直接转矩控制直接转矩控制是利用定子坐标系下交流

23、电动机的数学模型,直 接控制电动机的磁链和转矩,因此省去了矢量控制中复杂的变换 计算,系统直观、简洁,即使在开环的状态下,也能输出 100%的 额定转矩,对于多机拖动具有负荷平衡功能。但由于转矩和磁链 都是采用 Bang-Bang 控制,在低速时输出转矩有脉动,因此限制 了系统的调速范围。5.智能控制理论的应用智能控制是实现交流调速系统的高性能控制的重要手段,在 交流传动领域应用十分活跃,主要用于克服系统中变参数、非线 性等不利因素,提高系统的鲁棒性。在控制量(如磁链、速度、 转矩、磁极位置的检测、估计中已有相当成熟的研究成果并在 产品中得到了应用。尤其是应用观测器的理论构造系统状态观测器,估

24、算系统中难以用传感器检测到的物理量,改善系统控制性 能,取得了良好的效果。交流调速系统中应用的智能控制方式主 要有神经网络控制、模糊控制、学习控制等。在变频器的控制中 采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。(1神经网络控制神经网络控制方式应用在变频器的控制中,一般是进行比较 复杂的系统控制,这时对于系统的模型了解甚少,因此神经网络 既要完成系统辨识任务,又要完成控制任务。神经网络具有优良 的函数逼近功能和容错性能,在变频器中已有成功的应用。例如, 在 PWM 型变频器中,通过训练,神经网络可以取代占用大量内 存的查表方式,对于给定的负载,神经网络能够产生相应的逆变 器换向角度,可以有效

25、的消除换向产生的谐波畸变,改善动态响 应性能; 此外,在交流电机的电流控制环节中,可以利用理想的 负载电流参考值离线训练神经网络, 由神经网络控制 PWM 的 调制频率,能够在非线性负载情况下获得较低的谐波畸变,并且 在瞬态负载下具有较好的动态响应性能。(2模糊控制模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率,使电动机的升 速时间得到控制,以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升 速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模 糊级别的划分,这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系 统。(3学习控制学习控制主要是用于重复性的输入, 而规则的 PWM 信号 (例 如中心调制 PWM 恰好满

26、足这个条件, 因此学习控制也可用于变 频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息,但是需要 12个学习周期, 因此快速性相对较差, 同时, 学习控制还涉及到 一个稳定性的问题,在应用时要特别注意。6.其他非智能控制方式在实际应用中,还有一些非智能控制方式或现代控制理论在变 频器的控制中得以实现,例如自适应控制、滑模变结构控制、最 优控制、差频控制等,限于篇幅,这里不再赘述。(二 微处理器芯片的选择在确定控制方式以后,选择什么样的微处理器芯片构成变频 器的控制核心是至关重要的问题。微处理器芯片的种类繁多,选 择合适的微处理器芯片是变频调速系统设计的关键之一。目前适 用于变频调速系统的微处理器

27、主要有单片机、数字信号处理器 (DSP 、精简指令集计算机(RISC 、并行处理器(Transputer 以及专用集成电路(ASIC 等。其中,高性能的计算机结构主要 有超高速缓冲存储器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构 等。高速和大容量存储器也已推出,以适应高速微处理器的需求。 所有这些进展,使得微处理器组成的系统达到了较高的性能价格 比。尽管已经出现了许多性能较高的微处理器,但考虑到性能价 格比的最大化,大多数变频调速系统的控制核心采用的仍然是单 片机或数字信号处理器(DSP 。针对被控对象的具体任务,利用微处理器芯片自行设计最小目标系统,是目前微处理器系统设计中经常使用的方法。这种方

28、 法具有针对性强、投资少、系统简单、灵活等特点。如果选用的 控制方式是开环控制或简单的闭环控制, 则可以选择 8位或 16位 单片机,以降低系统开发和生产成本;如果选用的是矢量控制或 直接转矩控制方式, 则最好选择具有快速运算和处理能力的 DSP , 必要时可采用双 CPU 结构或辅以 ASIC 芯片,以完成系统要求的 复杂的控制功能。现将交流调速系统中常用的各种字长微处理器的用途简述如 下。(1 8位机 8位机是目前工业控制和智能化仪器中应用最 多的单片机,以 MCS-51系列为代表。它们可在数据处理及过程 控制中作为直接数字控制(DDC 或监督控制(SC 计算机,用 来控制各种参数,也可以

29、作为性能要求不高的变频调速系统的控 制核心。但在高性能的变频调速系统中,只能用来控制一些外围 设备,例如液晶显示器的汉字显示等。(2 16位机 这是一种高性能单片机, 目前已经有许多品种 系列,以 Intel 公司的 80C196系列为代表。 16位单片机基本上可 以满足变频调速系统控制精度的要求。目前,许多通用交流电机 变频调速系统均采用了 16位单片机作为控制核心。(3 DSP 芯片 在许多应用场合, 往往需要精确的速度控制, 而传统的以单片机为核心的控制系统,由于本身运算能力不强, 指令效率低,外围电路结构复杂,使得交流电机的复杂控制的应 用受到了限制。以美国德州仪器公司(TI 于 19

30、97年开始推出的TMS320X24x 系列为代表的 DSP ,面向新一代高性能电机控制, 集强大的运算能力与专用于电机控制的外设于一体,使这种需要 成为了可能。 DSP 芯片一般采用 16位或 32位数字控制系统,因 此精度高,非常适合高性能交流电机变频调速系统的应用。 (三控制系统设计实例控制系统的硬件部分,包括微处理器、接口电路及外围设备, 其中微处理器是控制系统的核心,它通过内部控制程序,对输入 接口输入的数据处理,完成控制计算等工作,通过输出接口电路 向外围设备发出各种控制信号,外围设备除了传感器和执行机构 外,还包括各种操作、显示以及通信设备。下面以目前在交流调 速系统中最常见的 8

31、0C196MC 单片机和 TMS320F240数字信号处 理器为例,说明利用微处理器芯片设计变频器控制系统的方法。 1.基于 80C196MC 的控制系统80C196MC 单片机是 Intel 公司专为三相电机变频调速设计的 16位微控制器,其后缀 MC 正是英文“电机控制器” (Motor Controller 的缩写。 80C196MC 的地址和数据总线都为 16位,晶 振频率可达 16MHz , 有 64K 字节的程序存贮器和数据存贮器空间, 片内包括 512字节的寄存器 RAM 单元, 15个中断输入端, 7个 I/O口, 13路模拟输入通道, 1个事件处理器阵列(EPA , 2个 1

32、6位定时器, 1个三相波形发生器WG,脉宽调制单元及外围事 件服务器(PTS 等。波形发生器 WFG 能为用户提供 3对占用 CPU 时间极小的脉宽调制 PWM 信号,不仅编程简单,而且 CPU 可腾出大量时间完成各种运算,从而提高了系统的调速性能。采用 80C196MC 控制的全数字变频调速系统的总体结构如图 4-29所示。主回路采用三相 SPWM 控制的 IGBT 逆变电路,控制 策略采用 U/f控制。电机的两相电流信号由霍尔电流传感器测得, 系统还设计了功能键盘和显示电路以便现场操作调试。 图 4-29 基于 80C 196MC 的变频调速控制系统(1电流检测 电流传感器采用霍尔器件 L

33、EM 电流传感模 块,为了保证定子两相电流同步采样,两相定子电流检测输出信 号分别接到两片采样 /保持电路 LF398, 它们的采样 /保持控制端共 同由 80C196MC 的 P2.2控制, 两相同步采样的定子电流信号分别 送到 80C196MC 内部 A/D转换器的通道 0和通道 1。(2 PWM 信号输出 三相互补 SPWM 控制信号由 P6.0P6.5输出后, 经过驱动电路放大后控制 IGBT 逆变电路。 为了防止同一 桥臂上两个 IGBT 管发生瞬间直通形成短路, WFG 的死区时间发 生器可对每一相互补的 SPWM 输出波形加入先关断后导通的死区 延时时间, 修改控制寄存器 WFG

34、-CON 中低 10位的数值可以随时改变死区延时时间,其调整范围为 0.125125s 。(3 故障检测与报警输出 系统保护电路将驱动电路的过流 信号和直流回路的过压与过流信号相“或”后送到 80C196MC 的 外部中断输入脚 EXINT ,以产生故障中断申请。 80C196MC 的 WFG 内部也带有保护电路,当 EXINT 脚有故障信号输入时,保 护电路将禁止 WFG 的全部输出,封锁六路 SPWM 控制信号。 EXINT 脚的输入还会产生一次 EXINT 外部中断, 故障中断服务程 序可以完成故障诊断、处理和报警显示。(4 E 2PROM E2PROM 在系统中的作用主要是为了系统重

35、要参数的掉电保护,如系统设定的控制参数、故障信息、断电再 启动的现场保护信息等等。 AT93C56为具有自定时擦写周期, 2kbit (128×16 的 I 2C 总线串行 E 2PROM 。其最高时钟频率为 2MHz ,使 用寿命为 100万次。(5键盘与显示 在数字化电机控制系统中,对变频器的设 定操作非常复杂,如设定电机的运行频率、运转方向、 U/f类型、 加减速时间设定等。因此,必须为用户提供一个友好的人机交互 界面。 8279是一种设计用于 Intel 微机的通用可编程键盘显示 I/O集 成控制器件,功能强大,能够做到同时执行键盘与显示操作而又 不会加重处理器负担。2.基于

36、 TMS320F240的控制系统当系统采用矢量控制、无速度传感器矢量控制或直接转矩控 制时, 16为单片机 80C196MC 难以满足控制要求,可选用 DSP 芯片来实现复杂的运算和控制功能。TMS320F240专门为电机控制和其它控制系统而设计,将数 字信号处理的高速运算能力与面向电机的高效控制能力集于一 体,使设计者只需外加较少的硬件设备,即可构成最小目标控制 系 统 , 从 而 使 控 制 系 统 硬 件 结 构 简 化 , 可 靠 性 大 大 提 高 。 TMS320F240主要由 CPU 、存储器和片上外设三部分组成,其主 要特点如下:采用改进型哈佛结构,具有分离的程序总线和数据总线

37、,使 用四级流水线作业,并且允许数据在程序存储空间和数据存储空 间之间传输,从而提高了运行速度和编程的灵活性。指令执行速 度为 20MIPS (Million Instructions Per Second , 几乎所有的指令都 可以在 50ns 的单周期内执行完毕。 F240片内含有 16K 字快速闪 存(Flash 、 544字片内双口 RAM ;双 10位模数转换器;包含同 步串行外设接口(SPI ,异步串行通讯接口(SCI ;备有 4种掉 电模式, 采用基于 JTAG 扫描的仿真技术; 用于 PWM 控制的事件 管理器,包含 3个 16位通用定时器, 9个比较单元, 12路 PWM 输出, 4个捕获单元,还包括 2路与光电编码器接口的编码单元。 其数模转换器可以处理 16路模拟信号, 能同时对 2路模拟信号采 样和转换, A/D转换时间可编程设置, 每个 A/D转换时间约为 6.6s 。其 PWM 波形产生