2812DSP-12EV之全比较单元和PWM电路

电气与信息工程学院第12讲281xEV之全比较单元及PWM电路2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路12.1全比较单元一个16位的动作控制寄存器(EVA为ACTRA；EVB为ACTRB)，均带有相应的映像寄存器，可读/写三个16位的比较寄存器(CMPR1、CMPR2、CMPR3)所有这些寄存器都带有一个对应的映像寄存器，可读/写一个16位的比较控制寄存器(EVA为COMCONA；EVB为COMCONB)，该寄存器也是可读/写的六个PWM（三态）输出（比较输出）引脚（即PWMy引脚，对于EVA来说y＝1,2,3,4,5,6；对于EVB来说y＝7,8,9,10,11,12）控制和中断逻辑CompareUnits(EVA)PWMCircuitsPWMCircuitsPWMCircuitsOutputLogicOutputLogicOutputLogicGPTimer1CompareGPTimer1GPTimer2CompareGPTimer2CompareUnit1CompareUnit2CompareUnit3CaptureUnitsMUXQEPCircuitOutputLogicOutputLogicEVControlRegisters/LogicResetPIETCLKINA/TDIRA/2ADCStartDataBus•CLKDIR••T1PWM_T1CMPT2PWM_T2CMPPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM6CAP1/QEP1CAP2/QEP2CAP3/QEPI1•2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路比较单元功能框图TzCNTGPTz计数器比较逻辑CMPRx全比较寄存器（带映像的）PWM电路输出逻辑ACTR全比较动作控制寄存器（带映像的）通用定时器1的计数器值不断地与三个比较寄存器的值相比较，当一个比较匹配产生时，比较单元对应的两个输出引脚就会根据动作控制寄存器(ACTRA)的设置发生跳变2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路比较操作模式比较单元的操作模式由COMCONx中的相关位决定，可决定以下情况：•比较操作是否使能。•比较输出是否使能。•比较寄存器被其影子寄存器中的值更新的条件。•空间矢量PWM模式是否使能。操作：•通用定时器1计数器的值不停地和比较寄存器中的值比较。当匹配发生时，通过ACTRA中位的定义，比较单元的两个输出发生转换。•ACTRA中的位可单独设定匹配时每个输出是高有效输出还是低有效输出(只要不强迫为1或0)。•如果比较过程被使能，则匹配时对应的比较中断标志被设置。输出转换的定时、中断标志的设置、中断请求的产生都和通用定时器的比较操作相同。•比较单元的输出可由输出逻辑、死区单元和空间矢量PWM逻辑等修正。2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路CompareUnitsBlockDiagram(EVA)GPTimer1CounterACTRA.11-0T1CNT.15-0CompareLogicOutputLogicFCOMPOECOMCONA.9DeadBandUnitsShadowedCompareActionControlRegisterShadowedCMPRx.15-0PWMy,y+1CompareRegisterDBTCONA.11-2Note:x=1,2,3;y=1,3,52电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路全比较单元的输入/输出输入：复位信号输入：通用定时器1或3的计数器（T1CNT/T3CNT）以及它们的下溢和周期匹配信号.输入：来自控制寄存器的控制信号输出：一个比较匹配信号。若使能全比较操作，这个匹配信号将设置中断标志位，并在相应的两个输出引脚上产生跳变2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路12.2PWM电路非对称/对称波形发生器可编程的死区单元（DBU）输出逻辑空间矢量（SV）PWM状态机对称/非对称波形发生器GPT1标志死区单元输出逻辑SVPWM状态机DBTCONA死区定时器控制寄存器ACTRA全比较动作控制寄存器比较匹配2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路WhatisPulseWidthModulation?•PWMisaschemetorepresentasignalasasequenceofpulses•fixedcarrierfrequency•fixedpulseamplitude•pulsewidthproportionaltoinstantaneoussignalamplitude•PWMenergy≈originalsignalenergy•DiffersfromPAM(PulseAmplitudeModulation)•fixedwidth,variableamplitude2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路tOriginalSignalPWMSignalRepresentationTtPWMrepresentationPAMrepresentationTtsameareas(energy)脉宽调制(PWM)信号是脉冲宽度可以变化的脉冲序列，这些脉冲展开到几个固定长度的周期内，以确保每个周期内都有一个脉冲。这个固定的周期即为PWM载波周期，其倒数就被称为PWM载波频率WhyUsePWMinDigitalMotorControl?•Desiredmotorphasecurrentsorvoltagesareknown•Powerswitchingdevicesaretransistors•Difficulttocontrolinproportionalregion•Easytocontrolinsaturatedregion•PWMisadigitalsignal→easyforDSPtooutputPWMapprox.ofdesiredsignalDCSupplyDesiredsignaltomotorphase?DCSupplyUnknownGateSignalGateSignalKnownwithPWMPWM2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路PWM信号的产生为了产生一个PWM信号，需要通过一个合适的定时器不断重复地进行计数，其计数周期等于PWM的周期。用一个比较寄存器来保存调制值，比较寄存器中的值不断地和定时器计数器相比较，一旦发生匹配，在相应的输出引脚上就产生一个跳变（从低到高或从高到低），当发生第二次匹配或定时器周期结束时，相应的输出引脚上又会产生一个跳变（从高到低或从低到高）。通过这种方式，就会产生一个开关时间和比较寄存器的值成比例的输出脉冲。这个过程在每个定时器周期里都会被重复，但每次比较寄存器里的调制值又是不同的，这样在相应的输出引脚上就能得到一个PWM信号。2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路AsymmetricPWMWaveformCounterPeriodCompareTpwm/TcmpPin(activehigh)CausedbyPeriodmatch(toggleoutputinAsymmodeonly)CausedbyComparematchTPWM2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路边沿触发或非对称PWM信号的特点：•调制波形不是关于PWM周期中心对称的。如上图所示，每个脉冲的宽度只能从其脉冲的一侧来改变。•为了能产生一个非对称的PWM信号，通用定时器1须设置为连续增计数模式，且其周期寄存器的值必须与PWM载波周期相对应。然后在COMCONx寄存器中使能比较操作，将相应的输出引脚设置为PWM输出，并使能输出。•如果使能了死区功能，那么通过软件向DBTCONx[11～8]的DBT[3～0]位写入与所需死区时间对应的值，这个值将作为4位死区定时器的周期值。所有的PWM输出通道使用同一个死区值。SymmetricPWMWaveformCounterComparePeriodTPWMTPWM/TCMPPin(activehigh)InterruptsPeriodCompareCounterGeneralPurposeTimerTPWM/TCMPPinCompareCompareCompareFullCompareUnitsPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM62电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路•一个对称PWM信号的特征为：调制脉冲关于每个PWM周期的中心对称。•和非对称PWM信号相比，对称PWM信号的优点在于它有两个相同时间长度的无效区：分别位于每个PWM周期的开始和结束。当使用正弦调制时，在交流电动机（如感应电动机和直流无刷电动机）的相电流中对称波形比非对称PWM波形产生的谐波要小。ThreephaseoutputswhichgotothemotorterminalsPowerSwitchingDevices+-Upper&lowerdevicescannotbeturnedonsimultaneously(deadband)PWMsignalisappliedbetweengateandsourceDCbuscapacitorVoltagesourceinvertercomponents在电机控制系统中，PWM信号被用来控制电力电子器件的开关时间，以便为电机绕组提供所需的电流和能量。相电流的形状和频率以及提供给电机绕组的能量一起控制着电机的速度和转矩。2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路死区◆在运动控制中，通常会将两个功率器件（上级和下级）串联起来构成一个功率转换桥臂；◆为了避免受击穿导致失效，两个功率器件的导通周期不能有重叠。因此就需要一对无重叠的PWM输出信号来正确地开启和关闭这两个桥臂；◆死区单元的作用就是在一个晶体管被截止到另一个晶体管被导通期间插入一段死区时间，这段时间延迟能确保一个晶体管导通之前另一个晶体管已经完全关闭。MotivationforDead-BandtomotorphasesupplyrailGateSignalsareComplementaryPWMTransistorgatesturnonfasterthantheyshutoffShortcircuitifbothgatesareonatsametime!Dead-BandFunctionality(EVA)PHxDTdeadtimeClockDTPHxAsymmetricPWMExampleDTPHx_4-bitperiodPrescaler4-bitCounterENAresetHSPCLKcomparatorDTPHxDTPHx_PHxDTedgedetectDBTCONA.4-2DBTCONA.11-8来自比较单元的非对称/对称波形发生器死区单元的输出2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路比较中断•当T1CNT的值和比较单元的比较寄存器CMPRx的值相等时，发生比较单元x的比较中断CMPxINT。当发生比较比配后，再过1个定时器时钟周期，则比较中断的标志位被置位。功率驱动保护终端功率驱动保护中断是为系统的安全提供保护而设计的。•当由PWM驱动的功率电路中出现过压、过流或者温度急剧上升的现象时，可以通过电压、电流、温度等检测电路向引脚PDPINTx输入一个低电平，这时，如果的PDPINTx中断没有被屏蔽，所有相关的PWM输出引脚都将会立刻变为高阻态，同时也将会产生一个中断。虽然PWM引脚状态被置为了高阻态，但是为了保险起见，在中断函数里还是得将引脚电平置为低电平，这样确保PWM引脚的电平不会再驱动开关管。2电气与信息工程学院DSP技术及应用281x全比较单元及PWM电路请画出如下设置的PWM输出波形？