DSP在测速中的应用

仪器仪表与检测技术《自动化技术与应用)204年第2卷第3期Instrumentation and measurementDSP在测速中的应用高瑞昌,孙昌国(北京科技大学信息学院,北京100083摘要:DP( Digital Signal Processor)俗称数字信号处理器,目前被广泛应用于许多领域,例如数字通信,图象处理,电机控制等方向。本文以公司的TMs320LF2407A芯片为例,介绍了DsP在电机测速中的应用,由于T的200系列芯片内含捕获单元和正交编码脉冲(QFP)电路,所以可以很方便的用于电机测速和控制。关键词:DSP;测速;光电马盘;TMs320F2407A中图分类号:TP216文献标识码:A文章编号:1003-724(2004)03-007103The Application of dSP in Speed EstimationGAO Rui-chang, SUN Chang-guo(University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)Abstract: The Digital Signal Processor is widely used in many fields, such as in Digital communication, Image processing, Motor control fields etcThis paper introduces the application of DSP in speed estimation on a TMS320LF2407A, It can easily be used in Motor speed estimation andcontrol, because TTs 2000 series DSP has capture units and quadrature encoder pulse( QEP)circuitKey words: DSP; Speed estimation; Photo rotary encoder: TMS320LF247A引言应引脚上即可输入正交编码脉冲。该电路可用于连接光电马盘在电机的精密控制中测速单元是很重要的一个环节测速以获得旋转机械的位置和速率等信息,但注意此时必须禁止相单元的分辨率越高反应越快,那么对电机的控制就能达到越好应引脚上的捕获功能。DSP芯片的功耗低,指令的执行周期短,通常在ms数量级,从而正交编码脉冲电路的时基可由通用定时器2(或通用定时大大提高了控制器的实时控制能力,而且们公司的TM20系器4EVB模块)提供,通用定时器必须设置成定向增减模式,并列DSP的体系结构专门为实时信号处理而设计,将实时处理能且以正交编码脉冲电路作为时钟源。正交编码脉冲时两个频率力和控制外设功能集一身,非常适合用于控制系统,下面就以该变化且正交(相位相差90度)的脉冲,它由电机轴上的光电编码系列的TMS30LF247A为例,介绍其在测速中的应用。器产生,原理如图1,电路图详细内容及寄存器设置参见文献[1[31[4],码盘在电机轴上且有许多空线槽,可以透光,当电机2正交编码脉冲电路(QEP)电路概述动马盘转动时,如果发光二极管发出的光被档,那么后面的在TME320UF2407A芯片上有两个时间管理模块(EV),每个光电eYH中国煤化工传感器发出一个低电平EV模块都有一个正交编码脉冲电路,该电路使能后,在两歌相脉冲,CNMHG光源可以透过线槽,那么光电传感器感应到信号,就发出一个高电平脉冲,即(“1”),如果收稿日期:2003-10-15有两个相邻的发光二极管,那么就有两个脉冲。Techniques of Automation& Applications I 71《自动化技术与应用》2004年第23卷第3期仪器仪表与检测技术Instrumentation and meaGPT2 dockOther clock sourceGPT2 dirFFDecoder ENGPT3 dirT3CON(4. 51GPT clock1正交编码脉冲电路图正交编码脉冲电路的方向检测逻辑决定了两个脉冲序列中如果电机额定转速为3000转1分,即50转秒,对它进行标哪一个是先导系列。接着它就产生方向信号作为通用定时器的定,0-309转分对应0-10n,那么对应30转1分,在0.1ms计数方向输入,两列正交输入脉冲的两个边沿都被正交脉冲编即0.000中的采样间隔内将有50×10000001=50个脉码电路计数,因此,产生的时钟频率是每个输入序列的4倍,且冲,那么每个脉冲对应10050即409650=81.92把这个时钟作为通用定时器2或者4的输入时钟。92=51EBh(88f表示)。图2给出了正交编码脉冲、增减计数方向及时钟的波形。FFFFb了图2正交编码脉冲计数图图3脉冲计数器计数原理图33中断程序3DSP在测速中的具体应用本节仅给出定时器1周期中断程序流程的框图,关于汇编指令的用法请参考文献[3]。3.1轴位置的确定当电机静止时,以轴上某一固定点为零角度,那么便可得出任一时刻轴相对它的位置如果马盘有2线,即有254精度分析槽,那么电机轴转一圈,通用定时器就会计数2500×4=1000通过上面的介绍,我们得出了一种用DSP测量电机转速和个,以定时器4为例:机械角位置的方法,但是这种方法的精确度有内在的局限性,它受位置传感器的精度和采样周期的影响,按照上面给出的马盘△=274CM()-74CN(-)x30为2500线转,那么一转可以给脉冲电路送入1000个脉冲,如№al—电机转一圈产生的脉冲数这里为1000,这里用果定时器设置每0.lms进入一次速度中断处理,那么每送入脉2710h代表即100,这里要注意两个问题第一个是每当为冲电路一个脉冲电机转了0.0转专,那么在0.lms内如果只检360时,0复位为0,使得6始终在0P与36之间变化,第二个问测到一个脉冲,相当于测出电机转速为60ym,那么可以看出电题是计数器最大只能计数到Fh,如果在一次采样过程中,计机速度如果低于60mm那么这个方法检测出的速度都认为是数器从某一值计数到了下FFh,然后从0开始再计数到另一值,0pm,在电机速度为600ym时改方法误差1%,还有从DSP硬例如74CM7(t-△)为FOh,而74CM()为004h,那么两者件方面的设计也影响到测速的精度,DAP中计数器最大可容纳相减的值不是我们真正需要的值,如图3所示所以在这里要修0停3在一测油处理周期内最大能检测到中国煤化工改一下上面的公式。同理当电机反相转的时候也有上述问题。0x么最大可检测出332100mCNMH配置定时器一,使得每0.1ms产生一次中断来处理电机机械以起,侧中速到高速运转的电机精位置的变化度很高,足以满足工业需要,但在测量低速旋转的电机时,在3.2电机转速测量定范围内将失去精度,这个最大速度范围对大多数电机从这里n2芳数霭虹mation& Applications仪器仪表与检测技术《自动化技术与应用》204年第23卷第3期Instrumentation and Measurement的速大小的影响。测量中精度很高,在低速测量中精度较低,但可以通过软件修改下定时器的时基或者采用一个合适精度的马盘来解决这个问题,应该在实际测量中结合这几个影响因素适当调整这几个参数,例如对于转速过慢的电机,应该增大速度处理频率,但是在一些特殊情况下,例如在采样间隔内计数大于HFhh的情况,程计数丝取补的序应适当修改,不过对于大多数常用电机来说,上面的程序完全可以适用,而且精度非常高。T4CN7()→TCNT4=0x【+CN6参考文献[1]刘和平,严利平等编.TM32F240XDSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002A中Pus4: terrEs. puMa ka[2 Texas Instruments, Field Orientated Control of Three phaseAC-motors[ Z]. (BPRA073), December 1997[3 Texas Instruments, TMS320F/C24x DSP Controllers Reference Guide CPU and Instruction Set[ Z].(SPRU160C), June 1999到灣作[4] Texas Instruments, TMS320LF/LC240xA DSP ControllersReference Guide. System and Peripherals[ Z].(SPRU357B),December 2001[5 Texas Instruments, TMS320F240 DSP Solution for ObtainingResolver Texas Instruments, Angular Position and Speed [Z](SPRA605), February 2000. Implementation of a speed Field Oriented图4中断程序框图Control of3-phase PMSM Motor using TMS320F240[ Z]. (SPRA588)9y95结束语作者简介;高瑞昌(1977-),男,北京科技大学模式识别与智能控制系统硕士从上面分析可以看出该方法在中速和高速运转的电机速度究生,现从事嵌入式顿域的研究(上接第64页)把密文、打包后的密钥和加密后的摘要一起放入建立了基于PK的电子印章系统。经过实际运行,该方案有效一个数字信封连同印章文件发送给接收者。同时发送拥有公钥的保证电子公文传输中的安全,实现了电子印章在应用中的唯的数字证书。一性,完整性和不可否认性的安全特征。该方案为电子印章应接收方:用于网上报税、网上的电子结算、企业的网上年检、网上签定合首先,当打好的包到达目的地,首先应该使用接收者的私钥同、网上开发票等提供了参考价值。解密打包的密钥。这一步将得到用于创建密文的加密密钥。其次,用此随机对称密钥来解密密文,得到原始的电子公文然6参考文献后,用发送者的公钥解密加密后的摘要。接收者可以通过发送] Andrew Nash,等著.张玉清,等译.公钥基础设施者发送的数字证书来验证证书并提取公钥。最后,将取得的电(PK)实现和管理电子安全M北京:清华大学出版社,200子公文通过散列算法来创建原始摘要,我们用明文摘要’来表2]张世永,网络安全原理与应用[M].北京:科学出版社,2003最后,比较两份摘要,如果匹配:则[3]刘世栋,等基于CA的电子印章系统设计与实现[J(1)电子公文来自发送者国防科(2)电子公文在传输过程中没有被篡改空航天YH中国煤化工用[M].北京:北京航CNMHG5总结作者简介:刘枫(1981-),男,黑龙江鸡西人,在校本科生,研究方向为计算机本文依据PKI的应用原理,采用FKCA的加密解密技术,网络安全。Tecniques of Automation Applications I 73