直流電機控制器可采用電機控制專用DSP(如TI 公司的TMS320C24X 系列、 AD 公司的ADMCxx 系列),也可采用單片機+直流電機控制專用集成電路的方 案(如摩托羅拉公司的第二代無刷直流電機控制專用集成電路MC33035) 。 前 者 集成度高，電路設(shè)計簡單，運算速度快，可實現(xiàn)復(fù)雜的速度控制算法，但由于DSP 的價格高而不適合于小功率低成本的直流電機控制器。后者雖然運算速度低，但 只要采用適當(dāng)?shù)乃俣瓤刂扑惴ǎ�依然可以達到較高的控制精度，適合于小功率低成 本的直流電機控制器。 本節(jié)以TMS320F2812 為例，說明無刷直流電機控制器的組成及設(shè)計原理。

TMS320F2812 是 TI 公司開發(fā)的具有強大的控制和信號處理能力的32位定 點 DSP 芯片。它可提供150 MIPS 的計算性能，有8J帶有流水線存儲訪問的流 水線保護機制以及采用提高處理速度的流水線技術(shù)。該器件有片內(nèi)SRAM 和 RAM 存儲器，3個d立的32位CPU 定時器，2路SCI 接口，1路SPI 接口，56個d 立的編程的GPIO 引腳。它整合了事件管理器、Flash 存儲器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 CAN 模塊、正交編碼電路以及多通道緩沖串口等外設(shè)。事件管理器是實現(xiàn)數(shù)字電 機控制的重要的模塊，可對電機實行多功能控制。每個事件管理模塊包括定時器、 比較器、捕捉單元、PWM 邏輯電路等。事件管理器 EVA 、EVB各有2個定時器， 定時器有產(chǎn)生PWM 波形，編程內(nèi)部或外部的輸入時鐘和為比較器、PWM 電路提 供基準時鐘的作用。EVA,EVB 各有3個比較單元，它們主要控制DSP 的 PWM 輸出的占空比。PWM 電路可以輸出12路PWM 。事件管理器共有3個捕獲單 元，它們用來確定電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。每個事件管理器都有一個正交編碼脈沖電路， 可以用它們算出電機轉(zhuǎn)子的速度和方向信息。

TMS320F2812 采 用C/C++ 編程，它的C 編譯器功能齊全，可以利用該編譯 器將標準的ANSI C/C++程序轉(zhuǎn)換成DSP 的匯編代碼。對于要求高時和高精度 的系統(tǒng)，使用一些函數(shù)庫實現(xiàn)準確的浮點運算，這樣比直接采用ANSIC 編寫程序 速度上有明顯的提高，可獲得更好精度。

系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-3-2所示，可以看出基本上包括一個以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板，一塊配套的功率驅(qū)動板和一臺無刷直流電機。實現(xiàn)的 主要功能是控制指令的接收和執(zhí)行，速度信號的接收和計算處理，電流采樣信號接 收和轉(zhuǎn)換，速度閉環(huán)和電流閉環(huán)控制算法的執(zhí)行等。

對電機的控制主要使用F2812 片上的兩個電機控制專用外設(shè)—EVA 和 EVB 。利用通用定時器 T1 配 合PWM 發(fā)生器來產(chǎn)生驅(qū)動功率器件所需的六路 PWM 信號，通過GPIO 接口將三路電機霍爾傳感器信號輸入捕獲單元，從而獲取三個轉(zhuǎn)子的位置，進而控制電機的換相和進行電機轉(zhuǎn)速的計算。兩個12位AD 模 塊對相電流信號Iphase 和輸人的速度調(diào)節(jié)電壓信號Vref進行轉(zhuǎn)換和存儲，分別作 為電流環(huán)的反饋信號和速度環(huán)的參考信號。通過片上的通用輸入輸出接口 (GPIO), 實現(xiàn)與功率驅(qū)動部分的連接，輸出起動停止信號、正反轉(zhuǎn)信號、緊急制動 信號等，同時接收輸入的保護信號、故障信號等。通過片上的SCI 模塊實現(xiàn)與計算 機的通信 ， 接收上位機的控制指令 。

控制部分硬件結(jié)構(gòu)如圖3-3-3所示。

功率驅(qū)動部分的硬件電路，主要由前置驅(qū)動芯片和六個功率MOSEFET 管組成，實現(xiàn)對控制部分傳送過來的換相信息的處理和 PWM 信號的隔離放大，控制功 率 MOSFET 管的導(dǎo)通和關(guān)斷，以此來控制電機的工作狀態(tài)和速度。除此之外，還 有電源電路 ， 電流檢測電路 ， 過流保護和緊急制動電路等輔助電路 ， 以及與電機和 控 制 板 的 接 口 電 路 。

前置驅(qū)動芯片采用的是IR 公司的MOSFET 驅(qū)動芯片 IR2131,具有集成度 高、可靠性好、速度快、過流欠壓保護、調(diào)試方便等特點。 IR2131 內(nèi) 部 設(shè) 計 有 過 流 、 過壓及欠壓保護。

功率驅(qū)動電路采用24V 供電，驅(qū)動電路與電機的連接采用三相全橋方式，電 機工作在三相六狀態(tài)模式下。以任 一 時刻電機只有兩相導(dǎo)通的方式來控制換流元 件 。PWM 調(diào)制的方式是軟斬波方式，即導(dǎo)通時下橋臂功率管始終保持開狀態(tài)，上 橋臂功率管的開關(guān)由PWM 信號決定。功率開關(guān)管采用HITACHI 公司的集成功 率開關(guān)器件6AM15,其內(nèi)部集成3個N 型MOSFET 管和P 型 MOSFET 管，構(gòu)成 三相全橋功率開關(guān)電路。與采用六個分立MOSFET 管相比，有利于提高集成度， 減少電路板面積，增加可靠性。每個MOSFET管自帶超快恢復(fù)二極管，在MOSFET 管關(guān)閉期間起反向續(xù)流作用。

功率驅(qū)動部分電路框圖如圖3 - 3 - 4所示。

在此控制方案中，霍爾傳感器的信號加到TMS320F2812 的 捕 獲 單 元 端 。 將 捕 獲 端 設(shè) 置 為I/O 口，然后采集捕獲單元的電位情況。根據(jù)捕獲單元的電位情況 可以判斷電機處于那個區(qū)間。根據(jù)兩次捕獲的時間可以計算出電機運行速度。