论单片机DSP在伺服驱动器中的设计与研究

1 引言

　　伺服驱动器（servo drives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

　　伴随着电机由有刷电机、无刷电机以及永磁同步电机的发展历程，伺服驱动器相应经历了模拟电路、8位单片机模数混合电路及高性能DSP电机专用控制解决方案等发展阶段。伺服进给系统的调速范围宽、定位精度高、有足够的传动刚性和高的速度稳定性、快速响应无超调、低速大转矩，过载能力强、可靠性高等诸多特点对控制芯片提出了更高的要求。

2 DSP电路设计

　　伺服驱动器选用微芯公司高性能16位数字信号控制器dsPIC 30F4011作为无刷电机的主控芯片，它集DSP的高速运算处理能力与电机常用检测接口于一体，成为很多伺服方案的首选。DSP在伺服系统中主要承担对实时输入数据按照某种控制规律、算法实时地计算、处理并且存储，最后将实时结果输出。DSP的性能对整个伺服系统的控制性能起着至关重要的作用，因此选择一款合适的DSP芯片变得尤为重要，整个伺服驱动器硬件都是围绕DSP来设计的。

　　2.1 dsPIC30F4011芯片及功能

　　dsPIC30F4011是伺服驱动器的主控芯片。是Microchip公司为满足高性能，高精度伺服要求而推出的一款电机专用芯片，如图1所示，外设资源比较丰富。

　　dsPIC30F4011采用改进的哈佛架构，能提供最高30MIPS的工作速度，指令宽度为24，16位的数据总线宽度，2KB数据RAM，48KB程序FLASH，除此之外：

　　（1）高灌/拉电流I/O引脚，25mA/25mA。

　　（2）5个16位定时器/计数器，需要时可组合成32位定时器。

　　（3）10位高速模数转换器（ADC）模块。

　　（4）6路PWM输出，边沿对齐或中心对齐，3个占空比发生器，输出可改写。

　　（5）可用于带霍尔传感器电机的输入捕捉模块。

　　（6）可用于进行速度和位置测量的正交编码器接口（QEI），A相、B相、索引脉冲三输入信号。

　　（7）通用异步收发器（UART）模块。

　　2.2 dsPIC30F4011开发环境及工具

　　dsPIC30F4011的开发环境由MPLAB IDE代码编辑器和ICD2程序下载和调试器构成，前者主要完成控制程序代码编辑、修改，经编译生成Hex文件后，通过ICD2下载到器件中，也可以使用ICD2进行调试。