基于DSP芯片ADMC401的電機控制

近年來，隨著現(xiàn)代電機控制技術(shù)的發(fā)展和電機驅(qū)動系統(tǒng)市場的繁榮，AD公司推出了ADMCxx系列電機控制嵌入式DSP。其中的ADMC401屬于高端產(chǎn)品，適合于工業(yè)控制、機床控制等高精度應(yīng)用。目前有一定數(shù)量的文獻(xiàn)涉及到ADMC401在電氣傳動中的應(yīng)用［1~3］，但都側(cè)重于介紹傳動系統(tǒng)或者電機控制的算法，沒有從芯片的角度系統(tǒng)地介紹ADMC401的原理和特點。ADMC401具有一套完備的外圍控制接口和豐富的電機控制外設(shè)電路，將DSP的高速運算能力和外設(shè)電路的控制能力結(jié)合到一起，可以在高度集成環(huán)境中實現(xiàn)電機控制。本文將著重闡述ADMC401的原理和特點，并介紹它在工業(yè)控制中的應(yīng)用。
　　1 ADMC401的體系結(jié)構(gòu)
　　ADMC401的體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，它主要由DSP內(nèi)核和存儲空間及電機控制外設(shè)電路組成。對全數(shù)字化高性能的電機控制來講，ADMC401最具特色的電機控制外設(shè)電路是它的片內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、脈沖寬度調(diào)制單元和光電編碼器接口單元。
　　1.1 DSP內(nèi)核和存儲空間
　　DSP內(nèi)核是ADMC401的“大腦”，它基于26MIPS定點ADSP-2171芯片。ADSP-2171芯片是AD公司ADSP-21xx家族的成員，其靈活的結(jié)構(gòu)和完整的指令集允許該處理器能并行執(zhí)行多種功能［4］。ADMC401被賦予了ADSP-2171的幾個系統(tǒng)級的特征，如內(nèi)存映射、中斷系統(tǒng)和低功耗運行等。
　　
　　ADMC401的DSP內(nèi)核包含三個計算單元、兩個數(shù)據(jù)地址發(fā)生器和一個程序定序器。計算單元包含一個算術(shù)邏輯單元ALU、一個乘法－累加器（MAC）和一個桶式移位器。
　　ADMC401有2K×24bit的片內(nèi)程序存儲RAM、2K×24bit的片內(nèi)程序存儲ROM以及1K×16bit的數(shù)據(jù)存儲RAM。此外，ADMC401可以通過外部地址總線和外部數(shù)據(jù)總線擴展為14K×24bit的程序存儲空間和13K×16bit的數(shù)據(jù)存儲空間。
　　1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）系統(tǒng)
　　ADC系統(tǒng)在電機控制中扮演著重要的角色。它是控制器的“眼睛”，借助ADC系統(tǒng)，控制器才可以監(jiān)視和調(diào)控電機的運行。ADMC401包含一個快速、高精度、多輸入的ADC系統(tǒng)，工作模式十分靈活，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
　　
　　ADMC401的ADC系統(tǒng)有8路專用模擬信號輸入，所有信號通過一個12bit的流水線閃速（Pipeline-Flash）模/數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)核在2μs內(nèi)全部轉(zhuǎn)換完畢。整個系統(tǒng)在四分之一的系統(tǒng)時鐘頻率下工作，輸入的模擬電壓幅度可以達(dá)到4V（峰－峰值）。8路輸入被分為兩組，VIN0~VIN3為一組，VIN4~VIN7為一組。每組都有一個專門的輸入端，它連接到采樣保持放大器的反相輸入端，把模擬量輸入偏置到模/數(shù)轉(zhuǎn)換內(nèi)核正常的輸入范圍。
　　ADMC401的ADC系統(tǒng)有兩種工作模式--同步采樣模式和順序采樣模式。采用同步采樣模式時，VIN0和VIN4、VIN1和VIN5、VIN2和VIN6、VIN3和VIN7組成四對雙通道同步采樣輸入端，每一對模擬信號被同步采樣和保持。采用順序采樣模式時， 8路模擬信號在一個ADC時鐘周期（或四個DSP時鐘周期）內(nèi)被逐路采樣和保持。
　　該ADC系統(tǒng)有兩種起動模式--內(nèi)部命令起動模式和外部命令起動模式。內(nèi)部命令起動是在PWM同步脈沖（PWMSYNC）的上升沿開始A/D轉(zhuǎn)換；外部命令起動是在CONVST引腳出現(xiàn)上升沿時開始A/D轉(zhuǎn)換。兩種起動模式可以通過設(shè)置控制寄存器的值相互切換。
　　該ADC系統(tǒng)有兩種附加模式--偏置校正模式和增益校正模式，用于校正系統(tǒng)的偏置和增益，以增加整個系統(tǒng)的工作精度。