一種基于ARM 單片機(jī)與CPLD的數(shù)字軸角轉(zhuǎn)換方法（一）

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

以一路DSC為例，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示.工作原理為：STM32F407微控制器為主控芯片，通過(guò)通信接口接收外部輸入的軸角信號(hào)θ，并對(duì)其進(jìn)行粗精分離及利用查表法計(jì)算對(duì)應(yīng)占空比大小，通過(guò)總線方式將通道對(duì)應(yīng)地址及占空比對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息送入CPLD;CPLD根據(jù)數(shù)據(jù)及地址信息產(chǎn)生對(duì)應(yīng)通道和占空比的PWM 信號(hào);由4個(gè)互補(bǔ)MOS管構(gòu)成的全橋驅(qū)動(dòng)電路由全橋驅(qū)動(dòng)器UBA2032根據(jù)PWM 信號(hào)控制全橋電路開(kāi)斷，并經(jīng)選頻電路后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)軸角的調(diào)制波，經(jīng)Scott變壓器轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘈盘?hào)后驅(qū)動(dòng)同步機(jī)指向?qū)?yīng)軸角位置即完成系統(tǒng)的數(shù)字-軸角轉(zhuǎn)換.

2.2 STM32F4微控制器

STM32F4微控制器是由意法半導(dǎo)體生產(chǎn)的基于ARMCortex-M4內(nèi)核的新型微控制器，性能優(yōu)越.下面主要說(shuō)明選用此型號(hào)MCU的原因：

(1)內(nèi)核架構(gòu)先進(jìn)，性能優(yōu)越.由于MCU需要完成諸如軸角粗精分離.取整以及調(diào)制波對(duì)應(yīng)PWM 信號(hào)占空比等運(yùn)算，涉及到較多乘除法運(yùn)算，要求所選MCU需具備較強(qiáng)浮點(diǎn)及乘除運(yùn)算能力，而所選STM32F4微控制器具有專(zhuān)門(mén)的硬件乘法器和具有較高的主頻(168MHz)，且可適當(dāng)超頻，適合完成較為復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算;(2)接口豐富，可方便完成功能擴(kuò)展.RS232串口用于接收外部信息，同時(shí)，此型號(hào)MCU具有網(wǎng)絡(luò)接口，可在系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);(3)可變靜態(tài)存儲(chǔ)控制器(FSMC)，是STM32系列采用的一種新型的存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)，可根據(jù)不同的外部存儲(chǔ)器類(lèi)型通過(guò)設(shè)置進(jìn)而匹配信號(hào)的速度，達(dá)到方便擴(kuò)展.使用靈活的目的.系統(tǒng)中通過(guò)數(shù)據(jù)/地址/控制三總線方式與CPLD通信.

在多路DSC中，通過(guò)地址總線傳遞所選通道號(hào)，數(shù)據(jù)總線傳遞對(duì)應(yīng)此通道相應(yīng)軸角調(diào)制波的PWM 信號(hào)的占空比，控制總線傳遞相應(yīng)控制信號(hào).

2.3 CPLD電路如果利用MCU產(chǎn)生PWM信號(hào)，由于其需擔(dān)負(fù)大量運(yùn)算工作，會(huì)增加MCU的負(fù)擔(dān)從而系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性均可能得不到保證，因此需要專(zhuān)門(mén)產(chǎn)生PWM信號(hào)的單元.CPLD是可編程邏輯器件，器件的時(shí)延特點(diǎn)較為固定，信號(hào)輸出穩(wěn)定性及實(shí)時(shí)性均可得到保證，因此使用CPLD完成PWM信號(hào)的生成.

2.4 全橋電路及選頻電路

全橋電路由兩對(duì)互補(bǔ)連接的MOS管組成，具有丙類(lèi)功率放大的特征，發(fā)熱低.效率高.工作時(shí)由PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋驅(qū)動(dòng)器UBA2032產(chǎn)生控制全橋電路橋臂開(kāi)斷時(shí)間，從而產(chǎn)生不同有效值的電壓.50%的占空比對(duì)應(yīng)調(diào)制波的零值，為了保證UBA2023的工作及MOS管的正常開(kāi)斷，通常PWM 信號(hào)的頻率為20kHz,占空比在10%~90%范圍內(nèi)調(diào)節(jié).

為了使輸出信號(hào)平滑連續(xù)，在全橋電路輸出后需接LC選頻電路.通過(guò)配置LC電路的電感和電容值，可達(dá)到增強(qiáng)基波分量.抑制諧波分量.改進(jìn)輸出精度的作用.基波頻率為50Hz,根據(jù)要求及相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可知取電感L=700μH,電容C = 25 μF, 截止頻率為：

此時(shí)可取得較好輸出效果.