高性能的电机控制器ADMC401

    摘要：本文介绍了美国模拟器件公司推出的用于电机控制的高档DSP控制器ADMC401，具体分析了其结构及控制外设，并提供了使用方法。

    关键词：DSP 电机控制

ADMC401是美国模拟器件公司（ADI）推出DSP芯片中的高档产品，它以ADSP-2171为内核，辅以完备的电机控制外设。与ADMC331相比，ADMC401在电机控制外设上增加了码盘接口、事件捕获单元，并提供了外部地址和数据扩展能力，增强了A/D转换能力，为在高集成环境中实施快速的电机控制开辟了广阔的空间。可广泛应用于交流感应电动机（ACIM）、永磁同步机（PMSM）、无刷直流机（BDCM）和开关磁阻电动机（SR）等控制系统中。本文重点讨论了ADMC401的外设，并提供了具体的使用方法供读者参考。

基本结构

ADMC401的功能框图如图1所示：

·产生下一个程序地址

·取下一个指令

·进行一个或两个数据移动

·更新一个或两个数据地址指针

·进行一次数据运算

与此同时，还可完成从两个串行口发送或接收数据、产生PWM信号、转换A/D输入信号、操作码盘接口等工作。

ADMC401内部提供了2K×24位的内部程序RAM、2K×24位的内部程序RAM和1K×16位的内部数据RAM；程序及数据RAM的内容可由其串口从外部ROM中以同步或异步方式调入。为了满足实际工程的需要，ADMC401还提供了外部存储器的扩展能力，用户最多可以直接寻址片外14K×24位的程序存储器用13K×16位的数据存储器。

作为高性能的电机控制器，ADMC401含有一些机控制专用的外围设备。其中包括：8路12位A/D转换系统、三相16位PWM产生单元、两路辅助PWM输出及用于位置反馈的增量式码盘接口。另外ADM401还包括12路数字I/O口，事件捕获单元及内部定时器等设施，为开发快速、高精度的电机控制系统提供了完善的硬件设施。下面详细讨论这一部分。

用于电机控制的主要外设

A/D转换单元

ADMC401含有一个快速、高精度的8路A/D转换系统，主要功能框图如图2所示；

其中VI0到VI7是模拟量输入端，ASHAN，BSHAN是样保持器SHA的偏移量输入端。另外，输入信号VI0到VI7被分成两组，每组各使用一个采样保持器SHA A和SHA B，这种结构使得用户可以同时采样两个信号（即下面的工作模式一）。8路转换的全部用时不足2us（外接13MHz晶振），解决了实际应用中高速A/D转换的问题。A/D转换的输入电压范围由引脚VREF决定，若选用ADMC401内部产生的2V参考电压，则电压输入范围是0—4V。

A/D转换有四种工作模式，由内部寄存器ADCCTRL的3、4位确定：

模式1.同步采样模式

模式2.顺序采样模式

模式3和模式4分别是补偿矫正模式和增益矫正模式，用户可以对采样的数据进行适当的补偿，以实现高精度的转换。

三相PWM控制器

ADMC401提供的PWM发生器功能强大、使用简单，不仅能产生通用的PWM波，而且还为无刷直流机和开关磁阻电机分别提供了专门的PWM波产生方式，通过设置相应的引脚即可实现对不同系统的控制。

PWM发生单元产生3个高侧控制信号和3个低侧控制信号以及一路用于同步的PWMSYNC信号。输出PWM信号的开关频率、死区时间和最小脉冲宽度均可通过改动相应的寄存器值来设置，并且允许用高频斩波信号对PWM输出波形进行调制，以便利用变压器进行隔离和驱动。

ADMC401的PWM波有两种更新模式，在第一种模式下，占空比、死区时间等值在一个PWM周期内保持不变，要想设置不同的值只能在下一个PWM周期改变；而在第二种模式下，使用者可以根据实际的需要，在PWM周期的一半处进行以上值的改变，这样提高了系统的灵活性，但由于PWM波的不对称性可能会产生谐波干扰问题。这一点应当引起注意。

要想关断PWM信号，可以将PWMTRIP引脚置零或将PIO口设为PWM关断源。除了这两种硬件方式外，用户还可以通过软件将PWMSWT的第一位置1来关断PWM信号。

码盘接口单元

ADMC401提供的增量式码盘接口是ADMC331所没有的，它可以方便的实现电机控制中的位置检测和测速，为构造高性能的控制系统提供了良好的硬件条件。

码盘接口单元（EIU）由四个输入端，其中EIA、EIB接受码盘输出的两路正交信号，EIZ、EIS是零使能和选通信号，其结构框图如图3所示：

它主要由三部分组成：接口部分、循环定时部分和事件定时器部分，输入信号首先进入可编程噪音滤波单元滤波后，A、B信号进入16位积分加减计数器，它产生的信号送入码盘事件定时器，结合循环定时信号共同得到测速所需的信号（用户可以读取相应的寄存器获得）。所得信息经过适当的计算，可直接用作电机的速度信号。

其他外设

串行口

ADMC401提供了两个全双I同步串行口SORT0、SORT1，用以完成串行通讯和处理机间的通讯。

可编程数字I/O口

ADMC401拥有12路可编程数字I/O品，PI0至PI11，用户可以通过相应的寄存器直接对端口进行操作，另外每一端口都可设为一个中断源。

事件捕获单元

ADMC401提供了两种事件捕捉输入通道ETU0和ETU1，内部分别对应两个寄存器。

监视定时器

监视定时器能够在程序运行出错时执行一次对DSP和控制外设的有效的复位操作，这一方法已在微机控制系统中被广泛应用。

中断控制器

ADMC401提供的中断控制器能够在最短的时间内响应多个中断，其中外围中断包括PI/O口、A/D转换、PWM中断等由IRQ2引脚产生。

应用举例

除了完备的硬件设施外，ADMC401的软件设计环境也较为宽松，用户可以利用发发装置中的配套软件，在WINDOWS下实现编程及调试任务，下面以产生固定占空比的PWM波为例给读者提供一个初步的印象。

程序首先初始化PWW寄存器和中断寄存器，然后为调用PWMSYNC中断建立中断向量表；主程序只做循环工作，等待中断的产生；在PWMSYNC中断服务程序中，向三个通道分别写入不同的占空比。程序运行后，用示波器可以看到固定占空比的PWM波形。程序清单从略。

在开发ADMC401的产品时，用户可利用ADI公司提供的开发套件进行调试研究，套件由连接在一起的处理板和连结板构成，用户可将处理板上的串行口SORT1与计算机的串行口相连，并在计算机上安装提供的开发软件，然后就可以进行相应软件的开发调试；在硬件上，用户可将输入输出信号接到连接板上相应的外设接口上，这样用户就可以利用ADMC401开发自己的产品了。