TMS320x28335DSP应用系统设计

　　TMS320x28335系列DSP提供的外设资源是主要针对控制领域设计的，因此采用该系列DSP处理器实现运动控制、电源控制时更能够发挥其特性。本书在介绍TMS320x28335系列DSP原理和应用的基础上，详细介绍了基于模型的软硬件设计方法，空间矢量脉宽调制技术以及永磁同步电动机、步进电动机、交流感应电动机、无刷直流电动机的控制实现方法。本书在介绍控制系统基本原理的基础上，给出了基于DSP的实现方法和相关程序，为读者掌握相关理论和实现方法提供了方便。本书可以作为大学本科生和研究生学习“数字信号处理器原理与应用”相关课程的教材，也可以作为数字信号处理器应用开发人员的参考书。

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第1章 绪 论………………………………………………………………………… 1 1.1 数字信号处理器概述……………………………………………………… 2 1.1.1 数字信号处理器…………………………………………………… 2 1.1.2 DSP处理器结构特点……………………………………………… 5 1.1.3 数字信号处理器的选型…………………………………………… 11 1.2 运动控制系统技术概要…………………………………………………… 13 1.2.1 运动控制技术简介………………………………………………… 13 1.2.2 运动控制分类……………………………………………………… 13 1.2.3 运动控制器的实现方式及特点…………………………………… 14 1.3 以DSP为基础的数字控制系统………………………………………… 17 1.3.1 控制系统介绍……………………………………………………… 18 1.3.2 数字控制系统……………………………………………………… 20 1.3.3 DSP在交流调速系统中的应用………………………………… 22 1.3.4 数字控制系统的设计……………………………………………… 23 1.4 DSP电机控制实验开发套件简介……………………………………… 24 第2章 DSP系统设计调试方法…………………………………………………… 26 2.1 DSP系统开发…………………………………………………………… 27 2.1.1 系统的需求分析…………………………………………………… 27 2.1.2 系统的基本结构…………………………………………………… 27 2.1.3 DSP系统开发和调试方法……………………………………… 29 2.2 C/C++编程基础………………………………………………………… 32 2.2.1 C/C++语言的主要特征………………………………………… 33 2.2.2 输出文件…………………………………………………………… 33 2.2.3 编译器接口………………………………………………………… 34
2.2.4 编译器操作………………………………………………………… 35 2.2.5 编译器工具………………………………………………………… 36 2.3 TMS320x28xx的C/C++编程………………………………………… 37 2.3.1 概 述……………………………………………………………… 37 2.3.2 传统的宏定义方法………………………………………………… 37 2.3.3 位定义和寄存器文件结构方法…………………………………… 40 2.3.4 位区和寄存器文件结构体的优点………………………………… 47 2.3.5 使用位区的代码大小及执行效率………………………………… 48 2.4 C程序开发………………………………………………………………… 51 2.4.1 Include文件……………………………………………………… 51 2.4.2 链接文件…………………………………………………………… 53 2.4.3 程序流程…………………………………………………………… 59 2.5 C/C++语言与汇编混合编程…………………………………………… 59 第3章 CodeComposerStudio集成开发环境…………………………………… 70 3.1 Eclipse的基本概念……………………………………………………… 73 3.2 CCS5.4安装及配置……………………………………………………… 76 3.3 CCS5.5应用基础………………………………………………………… 80 3.3.1 导入已有工程……………………………………………………… 80 3.3.2 Step-by-Step创建新工程………………………………………… 83 3.3.3 利用CCS5.5调试工程…………………………………………… 89 3.4 CSS5.5高级应用………………………………………………………… 95 3.4.1 编辑源程序………………………………………………………… 97 3.4.2 查看和编辑代码…………………………………………………… 97 3.4.3 书签的使用………………………………………………………… 98 3.4.4 程序运行控制……………………………………………………… 99 3.4.5 断点设置………………………………………………………… 101 3.4.6 探针的使用……………………………………………………… 108 3.4.7 观察窗口………………………………………………………… 112 3.4.8 实时调试………………………………………………………… 120 3.5 分析和调整……………………………………………………………… 121 3.5.1 应用代码分析…………………………………………………… 122 3.5.2 应用代码优化…………………………………………………… 123 第4章 DSP处理器结构特点及其应用………………………………………… 124
4.1 TMS320x28xxx系列处理器结构特点………………………………… 125 4.1.1 C28xxx定点处理器…………………………………………… 126 4.1.2 C28x浮点处理器………………………………………………… 128 4.2 TMS320x28xxx系列处理器功能概述………………………………… 130 4.2.1 TMS320x2833xCPU …………………………………………… 132 4.2.2 存储器…………………………………………………………… 132 4.2.3 通用目的I/O(GPIO)…………………………………………… 137 4.2.4 中 断…………………………………………………………… 138 4.2.5 控制外设………………………………………………………… 140 4.2.6 模/数转换模块…………………………………………………… 142 4.2.7 SPI外设接口…………………………………………………… 143 4.2.8 SCI通信接口…………………………………………………… 144 4.2.9 CAN 总线通信模块……………………………………………… 144 4.2.10 看门狗…………………………………………………………… 145 4.2.11 PLL时钟模块………………………………………………… 145 4.2.12 多通道缓冲串口………………………………………………… 146 4.2.13 外部中断接口…………………………………………………… 147 4.2.14 存储器及其接口………………………………………………… 148 4.2.15 内部集成电路(I2C)…………………………………………… 150 4.2.16 直接存储器访问(DMA) ……………………………………… 150 4.3 TMS320F2833x映射空间……………………………………………… 151 4.4 TMS320F2833x处理器时钟单元……………………………………… 154 4.4.1 时钟单元基本结构……………………………………………… 154 4.4.2 锁相环电路……………………………………………………… 155 4.5 C2833x处理器中断应用………………………………………………… 159 4.5.1 PIE中断扩展…………………………………………………… 159 4.5.2 中断向量………………………………………………………… 159 4.5.3 中断源…………………………………………………………… 165 4.5.4 定时器中断应用举例…………………………………………… 166 4.6 SPI接口及其应用……………………………………………………… 169 4.6.1 SPI接口简介…………………………………………………… 169 4.6.2 SPI接口应用实例……………………………………………… 171 4.7 CAN 总线及其应用……………………………………………………… 178 4.7.1 CAN 总线特点…………………………………………………… 178 4.7.2 CAN 总线数据格式……………………………………………… 179
4.7.3 CAN 总线应用举例……………………………………………… 182 4.8 SCI接口及其应用……………………………………………………… 190 4.8.1 SCI接口特点…………………………………………………… 190 4.8.2 SCI通信接口应用……………………………………………… 192 4.9 模/数转换单元…………………………………………………………… 203 4.9.1 模/数转换单元概述……………………………………………… 203 4.9.2 排序器操作……………………………………………………… 206 4.9.3 排序器的启动/停止模式………………………………………… 220 4.9.4 输入触发源……………………………………………………… 222 4.9.5 ADC参考电压…………………………………………………… 222 4.9.6 ADC应用举例…………………………………………………… 224 4.10 ePWM 模块及其应用………………………………………………… 227 4.10.1 ePWM 模块概述……………………………………………… 227 4.10.2 高精度脉宽调制模块(HRPWM) …………………………… 229 4.10.3 PWM 实现数/模转换应用举例……………………………… 231 4.11 增强正交编码脉冲模块………………………………………………… 235 4.11.1 增强正交编码脉冲模块概述…………………………………… 236 4.11.2 eQEP应用举例………………………………………………… 239 第5章 基于模型的嵌入式软件设计与调试方法………………………………… 245 5.1 基于模型的设计方法…………………………………………………… 245 5.1.1 模型的基本概念………………………………………………… 245 5.1.2 经典设计方法存在的问题……………………………………… 246 5.1.3 基于模型的设计方法…………………………………………… 247 5.2 EmbeddedCoder功能及特点………………………………………… 248 5.2.1 配置方法及产生的对象类型…………………………………… 248 5.2.2 代码执行和验证………………………………………………… 254 5.3 EmbeddedTargetforTIC2000主要特点…………………………… 254 5.4 TIC2000嵌入式目标模块和CCS集成开发环境…………………… 256 5.4.1 默认项目配置…………………………………………………… 256 5.4.2 Custom_MW 的默认设置……………………………………… 256 5.4.3 支持的数据类型………………………………………………… 256 5.5 调度和时序……………………………………………………………… 256 5.5.1 基于定时器的中断处理………………………………………… 257 5.5.2 异步中断处理…………………………………………………… 258 5.6 目标系统模型创建……………………………………………………… 259
5.6.1 模块库的使用…………………………………………………… 259 5.6.2 设置仿真配置参数……………………………………………… 260 5.6.3 系统目标类型和存储器管理…………………………………… 262 5.6.4 创建(Build)模型………………………………………………… 262 5.7 C2000lib的使用………………………………………………………… 262 5.7.1 配置模型设置…………………………………………………… 262 5.7.2 向模型中添加功能模块………………………………………… 264 5.7.3 模型的代码生成………………………………………………… 266 5.8 IQmath库应用………………………………………………………… 268 5.8.1 IQmath库介绍………………………………………………… 268 5.8.2 数的定标………………………………………………………… 269 5.9 基于模型的电机控制系统应用设计…………………………………… 270 5.9.1 系统仿真算法验证……………………………………………… 272 5.9.2 控制器代码的产生及参考信号的建立………………………… 276 5.9.3 处理器在环算法验证…………………………………………… 278 第6章 空间矢量脉宽调制技术…………………………………………………… 283 6.1 空间矢量控制系统结构………………………………………………… 284 6.2 矢量控制中的坐标变换………………………………………………… 284 6.2.1 三相定子A B C 坐标系与两相定子α β 坐标系 之间的变换……………………………………………………… 285 6.2.2 d q 垂直坐标系与M T 定向坐标系之间的变换…………… 287 6.3 空间矢量的基本原理及实现…………………………………………… 291 6.3.1 空间矢量的基本原理…………………………………………… 291 6.3.2 空间矢量的DSP实现…………………………………………… 299 第7章 基于TMS320F28335的永磁同步电机控制…………………………… 305 7.1 概 述…………………………………………………………………… 305 7.2 永磁同步电动机的数学模型…………………………………………… 305 7.2.1 电压方程………………………………………………………… 306 7.2.2 转矩方程………………………………………………………… 306 7.3 永磁同步电机的矢量控制法分析……………………………………… 307 7.3.1 永磁同步电动机矢量控制原理简介…………………………… 307 7.3.2 正弦波永磁同步电动机的矢量控制方法……………………… 308 7.4 磁场定向算法介绍……………………………………………………… 311 7.4.1 磁场定向控制系统结构………………………………………… 311
7.4.2 矢量变换原理及其应用………………………………………… 311 7.4.3 TMS320F28335实现空间矢量控制算法……………………… 315 7.5 永磁同步电机控制系统实现…………………………………………… 320 7.5.1 系统结构………………………………………………………… 320 7.5.2 控制系统实现…………………………………………………… 321 第8章 基于DSP的步进电机控制系统………………………………………… 349 8.1 介 绍…………………………………………………………………… 349 8.2 步进电机的原理………………………………………………………… 350 8.2.1 反应式步进电机………………………………………………… 350 8.2.2 单极性步进电机………………………………………………… 351 8.2.3 双极性步进电机………………………………………………… 352 8.2.4 双线步进电机…………………………………………………… 352 8.3 步进电机的物理特性…………………………………………………… 353 8.3.1 静态特性………………………………………………………… 353 8.3.2 半步和微步控制………………………………………………… 354 8.3.3 摩擦力和死区…………………………………………………… 355 8.3.4 动态特性………………………………………………………… 357 8.3.5 步进电机的共振问题…………………………………………… 357 8.4 步进电机驱动设计……………………………………………………… 358 8.4.1 介 绍…………………………………………………………… 358 8.4.2 可变磁阻电机驱动……………………………………………… 359 8.4.3 单极性永磁和混合电机驱动…………………………………… 360 8.4.4 单极和可变磁阻驱动…………………………………………… 362 8.4.5 双极性电机和H 桥驱动电路…………………………………… 363 8.5 采用F28335实现步进电机控制……………………………………… 365 8.5.1 硬件设计………………………………………………………… 365 8.5.2 带有电流反馈的微步控制……………………………………… 367 8.5.3 软件设计………………………………………………………… 369 第9章 交流感应电机控制方法…………………………………………………… 382 9.1 介 绍…………………………………………………………………… 382 9.2 感应电机的基本原理…………………………………………………… 382 9.2.1 交流感应电机的基本结构……………………………………… 382 9.2.2 感应电机的转速特性…………………………………………… 383 9.3 感应电机控制策略……………………………………………………… 385
9.3.1 脉宽调制控制…………………………………………………… 386 9.3.2 滑差控制驱动器………………………………………………… 388 9.3.3 矢量控制驱动器………………………………………………… 388 9.3.4 无测速器调速控制……………………………………………… 391 9.4 交流感应电机的坐标变换……………………………………………… 392 9.4.1 CLARK变换…………………………………………………… 392 9.4.2 PARK变换……………………………………………………… 393 9.5 感应电机建模与仿真…………………………………………………… 395 9.5.1 三相感应电机的模型…………………………………………… 395 9.5.2 dq0静止和同步参考坐标……………………………………… 400 9.5.3 静止参考坐标系内感应电机的仿真…………………………… 403 9.5.4 磁场定向控制方法的感应电机的仿真………………………… 404 9.6 感应电机的控制实现…………………………………………………… 409 9.6.1 感应电机的矢量控制…………………………………………… 409 9.6.2 感应电机的无速度传感器控制………………………………… 413 第10章 无刷直流电机的控制…………………………………………………… 453 第11章 智能不间断电源控制系统设计………………………………………… 493