1、5根线的编码线，黑色跟棕色分别是编码器的电源线，其它三根线分别是输出线。白色是A+、橘色是A-、蓝色是B相线。
2、首先将棕色线接入PLC的24v电路中。
3、黑色线接入S1线路。
4、将蓝色线接入PLC的0V。
5、白色A+接入S1线路。
5、PLC的SS端口接入S4线路。
6、这样编码器就接入完成了。
那位高人了解TI的TMS320LF2407A芯片的功能
基于EDA的信号发生器与数字滤波器设计
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摘 要：使用直接驱动的直线电机，能把控制对象和电机做成一体化结构，在精度、快速性、耐久性等方面具有明显的优势。用DSP作为控制器对纺织机械电子横移系统的电子凸轮机构进行实用设计，采用电流环、速度环的双闭环控制电极位置和速度，用先进的SVPWM控制算法对参数进行反复优化，使伺服系统达到更好的效果和更高的性价比。
关键词：电子凸轮；DSP控制；直线电机；PWM
0 引言
改进纺织机械电子横移系统的直线进给控制可采用电子凸轮系统，而通常直线运动是由交流旋转电机和传动带、齿条及齿轮机构组合来完成的。使用直接驱动的直线电机，能把控制对象和电机做成一体化结构，这与普通的旋转电机相比，在精度、快速性、耐久性等方面具有明显的优势。直线伺服电机是将输入信号电压转变为动子的位移或速度的输出，动子的行程方向和速度的大小随信号电压的方向和大小的变化而变化，并能带动一定大小的负载[1]。永磁同步直线电机的速度与PWM的频率始终保持准确的同步关系，控制PWM的频率就能控制电机的速度。选用DSP控制能使伺服系统达到更好的效果和更高的性价比，对电子凸轮的进给伺服系统进行研究与设计具有很好的实用价值。
1 系统结构设计
系统结构设计以DSP为核心其框图如图1所示。
图1 系统结构框图
Fig.1 Architecture chart of system
以DSP控制为核心构成三相同步直线电机控制系统。采用双闭环空间矢量控制达到伺服系统高精度、高速度、高响应的要求[2]。直线电机电枢电流通过霍尔电流传感器检测，经过电流反馈处理电路后，送入DSP的ADC转换口；利用光栅尺输出两路相位相差90°的正交信号到QEP，通过对两路信号的上升沿和下降沿检测生成四倍频信号，从四倍频信号的频率得到直线电机的速度。速度给定值与速度反馈值的偏差作为数字速度控制器的输入，经过运算处理后得到电流给定电压，再与电流反馈产生的反馈电压作偏差，得到差值作为数字电流控制器的输入，经过运算处理后得到控制电压。由软件来生成六路带死区的SPWM信号，经过光电隔离整形电路，分别加到功放前置驱动芯片的高低输入端。然后驱动桥式逆变电路中三组IGBT管，产生有规律的单极性电压，加在三相直线电动机线圈上，通过调节PWM占空比，从而控制直线电机的位移与速度。
2 控制系统的硬件实现
2.1 电机供电电路实现
直线同步电动机采用哈尔滨泰富电气有限公司的XY1809B-4.5扁平型直线电机。电机供电采用交-直-交电压型PWM逆变器，将三相交流（380V，50Hz）经整流与逆变后供给直线电机。整流器采用集成的三相全波二极管整流桥模块，逆变器所用的电子开关采用全控型电力电子器件。其整流逆变电路如图2所示。
图2 三相整流桥式逆变电路
Fig.2 bridge inverter circuit of three-phase rectifier
2.2 电机位置检测实现
系统使用直线光栅传感器进行电机位置检测，采用德国JENA公司生产的JENA LIE52PLXFDO 型光栅尺，其测量精度为1μm，速度为4.8m/s，直线电机的同步速度为4.5m/s。光栅位置检测装置由光源、两块光栅（长光栅、短光栅）和光敏元件等组成，它是通过将长光栅和短光栅之间的位移放大为莫尔条纹的移动来进行检测的。将长光栅安装在直线电动机的次级上作为标尺光栅，短光栅装在直线电机的初级作为指示光栅，两块光栅互相平行并保持一定的间隙（如0.05mm或0.1mm等），而两块光栅的刻线密度相同。
如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度θ，这样两光栅的刻线机交，则在相交处出现黑色条纹，称为莫尔条纹[3]。由于两块光栅的刻线密度相等，即栅距W相等，而产生的莫尔条纹的方向和光栅刻线方向大致垂直，所以当θ很小时，其条纹间距B和光栅栅距W及2条光栅刻线夹角关系为：
（1）
当光栅相对移动时，莫尔条纹将沿着刻线方向移动。光栅移动一个栅距，莫尔条纹也移动一个间距B，同时,在指示光栅上的光敏元件接收到一次光脉冲的照射，并相应输出1个电脉冲。通过计数电脉冲的数目，就可以测量标尺光栅的位移x，即：
（2）
式中 i—— 脉冲个数，因此检测实际上就是对光栅输出的脉冲个数进行计数。
TMS320LF2407A有两个事件管理器模块，每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲（Quadrature Encoded Pulses，QEP）电路[4]。该电路被使能后，可以对引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2（对于EVA模块）或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4（对于EVB模块）上输入的正交编码脉冲信号进行译码和计数。正交编码脉冲电路用于连接光栅尺输出的正交编码脉冲信号，实现对直线电动机的位移快速可靠地进行检测。
其位移信号检测电路如图3所示。
图3 直线位移检测电路
Fig.3 displacement detection circuit of linear
2.3 电流检测实现
采用维博电子有限责任公司的WBI414电流传感器作为电流检测装置，由于三相绕组采用的是星形连接，中点悬空，也就是说，电流的3个变量不完全独立，只要知道其中两个，设为Ia和Ib，另一个变量Ic就可以算出：
（3）
因而实现电动机相电流的精确检测，只需两路检测电路，将Ia和Ib的电流值经转换后分别送往DSP的ADCIN0和ADCIN1，其绕组相电流检测电路如图4所示。
图4绕组相电流检测电路
Fig.4 current detection circuit of winding phase
3 控制系统的软件实现
在软件上系统采用了交流电动机常用的空间矢量控制算法，利用DSP的高速数字处理能力产生SVPWM波形，包含系统主程序、相电流检测模块、CLARKE变换模块、电流环的PI控制模块、速度环的PI控制模块、PARK变换、PARK逆变换、光栅尺脉冲计数模块、旋转角度正弦函数表、空间矢量SPWM波的发生模块。
系统首先对DSP控制系统进行初始化工作；然后设置允许中断INT1、INT2和INT3，其中INT1只在PDPINT有效时被激活，INT3响应光栅传感器的零标记脉冲，INT2在Timer1计数溢出时响应，执行系统的进给控制模块；此外还要进行一些运行参数和控制循环的标记的设置；最后就进入后台等待状态，随时响应各中断，运行中断服务程序。
DSP控制器中的全比较单元将负责产生控制脉冲信号，并送到电动机驱动模块上。以10KHz的频率产生对称SPWM波，以TIMER1作为时基，采样时间T设为100μs。用到两个中断：一个为T1的下溢中断，另一个为CAP/QEP中断。电流采样频率为10kHz，速度采频率为1kHz，DSP外围设备为Timer1、Timer2、ADC（2通道）、PWM1~6、Capture3、QEP。其控制系统主程序流程图如图5所示。
Fig.5 Flow chart of control system main program
（软件源程序及仿真）
4 结束语
本文以TI公司生产的TMS320LF2407A作为DSP控制器，对纺织机械电子横移系统的电子凸轮机构进行了实用设计。系统充分利用直线电机的优点，采用电流环、速度环的双闭环控制电极的位置和速度，先进的SVPWM控制算法对参数进行反复优化，使系统达到预期的位移控制精度和频率响应，并且在纺织机械电子横移系统上运行可靠。
参考文献：
[1] 朱成庆，伍宗富等.机电一体化概论[M].太原：山西科学技术出版社，2003.
[2] 钱平.伺服系统[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 秦继荣，沈安俊. 现代直流伺服控制技术及其系统设计[M]. 北京: 机械工业出版社，1993
[4] 刘和平，严利平，张学锋，卓清锋. TMS320LF240XDSP结构、原理及应用[M] . 北京:北京航空航天大学出版社， 2002.
高性能数字信号处理器TMS320LF2407A及其应用
类型：转载 作者：吴开源 黄石生 最后更新：2005-11-3 22:54:29 推荐指数: 4781
作者：吴开源 黄石生 李 阳 陆沛涛
1 引言
数字信号处理器（DSP）已经发展了20多年，最初仅在信号处理领域内应用。近年来，随着半导体技术的发展，其高速运算能力使很多复杂的控制算法和功能得以实现，同时将实时处理能力和控制器的外设功能集于一身，在控制领域内也得到很好的应用。数字控制系统克服了模拟控制系统电路功能单一、控制精度不高的缺点，它抗干扰能力强，可靠性高，可实现复杂控制，增强了控制的灵活性。
TMS320LF2407A是美国TI公司推出的新型高性能16位定点数字信号处理器，它专门为数字控制设计，集DSP的高速信号处理能力及适用于控制的优化外围电路于一体，在数字控制系统中得以广泛应用 [1]。本文介绍其体系结构、功能特性及其在控制领域中的应用，为数字控制系统的设计提供参考。
2 体系结构和功能特性
2.1 系统组成
TMS320LF2407A系统组成包括：40MHz、40MIPS的低电压3.3V CPU、片内存储器、事件管理器模块、片内集成外围设备[2]。其体系结构框图如图1所示。
2.2 CPU及总线结构
TMS320LF2407A的CPU是基于TMS320C2XX的16位定点低功耗内核。体系结构采用四级流水线技术加快程序的执行，可在一个处理周期内完成乘法、加法和移位运算。其中央算术逻辑单元（CALU）是一个独立的算术单元，它包括一个32位算术逻辑单元（ALU）、一个32位累加器、一个16×16位乘法器（MUL）和一个16位桶形移位器，同时乘法器和累加器内部各包含一个输出移位器。完全独立于CALU的辅助寄存器单元（ARAU）包含八个16位辅助寄存器，其主要功能是在CALU操作的同时执行八个辅助寄存器（AR7至AR0）上的算术运算。两个状态寄存器ST0 和ST1用于实现CPU各种状态的保存。
TMS320LF2407A采用增强的哈佛结构，芯片内部具有六条16位总线，即程序地址总线（PAB）、数据读地址总线（DRAB）、数据写地址总线（DWAB）、程序读总线（PRDB）、数据读总线（DRDB）、数据写总线（DWEB），其程序存储器总线和数据存储器总线相互独立，支持并行的程序和操作数寻址，因此CPU的读/写可在同一周期内进行，这种高速运算能力使自适应控制、卡尔曼滤波、神经网络、遗传算法等复杂控制算法得以实现。
2.3 存储器配置
TMS320LF2407A地址映象被组织为三个可独立选择的空间：程序存储器（64K）、数据存储器（64K）、输入/输出（I/O）空间（64K）。这些空间提供了共192K字的地址范围。
其片内存储器资源包括：544字×16位的双端口数据/程序DARAM、2K字×16位的单端口数据/程序SARAM、片内32K×16位的Flash程序存储器、256字×16位片上Boot ROM、片上Flash/ROM具有可编程加密特性。
TMS320LF2407A的指令集有三种基本的存储器寻址方式：立即寻址方式、直接寻址方式、间接寻址方式。
2.4 事件管理器模块
TMS320LF2407A包含两个专用于电机控制的事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括通用定时器（GP）、全比较单元、正交编码脉冲电路以及捕获单元。
① 通用定时器。TMS320LF2407A共有四个16位通用定时器，可用于产生采样周期，作为全比较单元产生PWM输出以及软件定时的时基。通用定时器有四种可选择的操作模式：停止/保持模式、连续增计数模式、定向增/减计数模式和连续增/减计数模式。每个通用定时器都有一个相关的比较寄存器TxCMPR和一个PWM输出引脚T xPWM。每个通用定时器都可以独立地用于提┮桓鯬WM输出通道，可产生非对称或对称PWM波形，因此，四个通用定时器最多可提供4路PWM输出。
② 全比较单元。每个事件管理器模块有3个全比较单元（1、2和3（EVA）； 4、5和6（EVB）），每个比较单元各有一个 16位比较寄存器 CMPRx，各有两个CMP / PWM输出引脚，可产生2路 PWM输出信号控制功率器件，其输出引脚极性由控制寄存器 (ACTR)的控制位来决定，根据需要，选择高电平或低电平作为开通信号，通过设置T1为不同工作方式，可选择输出对称PWM波形、非对称PWM波形或空间矢量PWM波形。
死区控制单元 (DBTCON)用来产生可编程的软件死区，使得受每个全比较单元的两路CMP / PWM输出控制的功率器件的间次开启周期间没有重叠，最大可编程的软件死区时间达16μs。
③ 正交编码脉冲电路。正交编码脉冲（QEP）电路可以对引脚CAP1/QEP1和CAP2/QEP2上的正交编码脉冲进行解码和计数，可以直接处理光电编码盘的2路正交编码脉冲，正交编码脉冲包含两个脉冲序列，有变化的频率和四分之一周期（90°）的固定相位偏移，对输入的2路正交信号进行鉴相和4倍频。通过检测2路信号的相位关系可以判断电机的正/反转，并据此对信号进行加/减计数，从而得到当前的计数值和计数方向，即电机的角位移和转向，电机的角速度可以通过脉冲的频率测出。
④ 捕获单元。捕获单元用于捕获输入引脚上信号的跳变，两个事件管理器模块总共有六个捕获单元。EVA模块有三个捕获单元引脚CAP1、CAP2和CAP3，它们可以选择通用定时器1或2作为时基，但CAP1和CAP2一定要选择相同的定时器作为时基；EVB模块也有三个捕获单元引脚CAP4、 CAP5和CAP6，它们可以选择通用定时器3或4作为时基，但CAP4和CAP5一定要选择相同的定时器作为时基。每个单元各有一个两级的FIFO缓冲堆栈。当捕获发生时，相应的中断标志被置位，并向CPU发中断请求。
2.5 片内集成外设
TMS320LF2407A片内集成了丰富的外设，大大减少了系统设计的元器件数量。
① 串行通信口。TMS320LF2407A设有一个异步串行外设通信口（SCI）和一个同步串行外设通讯口（SPI），用于与上位机、外设及多处理器之间的通信。SCI即通用异步收发器（UART）支持 RS－232和RS－485的工业标准全双工通信模式，用来与上位机的通信；SPI可用于同步数据通信，典型应用包括TMS320LF2407A之间构成多机系统和外部I/O扩展，如显示驱动。
② A/D转换模块。包括两个带采样/保持的各8路10位A/D转换器，具有自动排序能力，一次可执行最多16个通道的自动转换，可工作在8个自动转换的双排序器工作方式或一组16个自动转换通道的单排序器工作方式。A/D转换模块的启动可以有事件管理器模块中的事件源启动、外部信号启动、软件立即启动等三种方式。
③ 控制器区域网（CAN）。是现场总线的一种，主要用于各种设备的监测及控制。TMS320LF2407A片上CAN控制器模块是一个16位的外设模块，该模块完全支持CAN2.0B协议，6个邮箱(其中0、1用于接收；4、5用于发送；2、3可配置为接收或发送)每次可以传送0~8个字节的数据，具有可编程的局部接收屏蔽、位传输速率、中断方案和总线唤醒事件、超强的错误诊断、自动错误重发和远程请求回应、支持自测试模式等功能。
CAN总线通信可靠性高，节点数有110个，传输速度高达1Mb/s（此时距离最长为40m），直接通信距离可达10km（速率5kb/s以下），采用双绞线差动方式进行通信，有很强的抗干扰能力。
④ 锁相环电路（PLL）和等待状态发生器。前者用于实现时钟选项；后者可通过软件编程产生用于用户需要的等待周期，以配合外围低速器件的使用。
⑤ 看门狗定时器与实时中断定时器。均为8位增量计数器，前者用于监控系统软件和硬件工作，在CPU出错时产生复位信号；后者用于产生周期性的中断请求。
⑥ 外部存储器接口。可扩展为192K字×16位的最大可寻址存储器空间（64K字程序存储器、 64K字数据存储器、64K字I/O空间）。
⑦ 数字I/O。TMS320LF2407A有40个通用、双向的数字I/O引脚，其中大多数都是基本功能和一般I/O复用引脚。
⑧ JTAG接口。由于TMS320LF2407A结构复杂、工作速度快、外部引脚多、封装面积小、引脚排列密集等原因，传统的并行仿真方式已不适合于TMS320LF2407A的开发应用。TMS320LF2407A 具有符合IEEE1149.1规范的5线JTAG（边界扫描逻辑）串行仿真接口，能够极其方便地提供硬件系统的在线仿真和测试。
⑨ 外部中断。有五个外部中断（功率驱动保护、复位、不可屏蔽中断NMI及两个可屏蔽中断）。
3 主要应用
TMS320LF2407A为高性能的控制提供先进、可靠、高效的信号处理与控制的平台，它将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，可方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和上位机管理与通信等功能，将成为控制系统开发的主流处理器 [3]，可广泛应用于：工业电机驱动；能量交换器如UPS、通信电源；自动化系统如电力控制、抗锁死制动；磁盘/光盘伺服控制和大容量存储产品；打印机、复印机和其他办公产品；仪器、仪表；机器人控制。
TMS320LF2407A被广泛用于数字化控制中，一个基于DSP的逆变电源控制系统原理框图见图2。系统主要由DSP（TMS320LF2407A）、电压电流反馈、PWM驱动放大电路、键盘显示及上位机组成。当DSP接受主机发出的参考输入后，将其转换为PWM输出，经过驱动放大送给逆变主电路，产生输出。逆变电路输出的电压、电流反馈信号送入A/D转换器引脚。通过光电编码器检测电机的转动方向及转角，反馈回DSP的正交编码脉冲电路（QEP），形成闭环控制，实时有效地控制交流电机。键盘和显示由SPI同步串行口实现，用于读取键盘输入和写输出到显示器。DSP与上位机之间的通信由SCI异步串行口实现。JTAG接口用于系统的在线仿真和测试。
4 结束语
随着工业控制性能要求的提高，控制方案的选择变得越来越关键，逐步形成了由数字控制代替模拟控制的局面。TMS320LF2407A为数字控制应用提供了理想的解决方案.
