第一篇：如何选择DSP芯片

1)速度： DSP速度一般用MIPS或FLOPS表示，即百万次/秒钟。根据您对处理速度的要求选择适合的器件。一般选择处理速度不要过高，速度高的DSP，系统实现也较困难。

2)精度： DSP芯片分为定点、浮点处理器，对于运算精度要求很高的处理，可选择浮点处理器。定点处理器也可完成浮点运算，但精度和速度会有影响。

3)寻址空间：不同系列DSP程序、数据、I/O空间大小不一，与普通MCU不同，DSP在一个指令周期内能完成多个操作，所以DSP的指令效率很高，程序空间一般不会有问题，关键是数据空间是否满足。数据空间的大小可以通过DMA的帮助，借助程序空间扩大。

4)成本：一般定点DSP的成本会比浮点DSP的要低，速度也较快。要获得低成本的DSP系统，尽量用定点算法，用定点DSP。

5)实现方便：浮点DSP的结构实现DSP系统较容易，不用考虑寻址空间的问题，指令对C语言支持的效率也较高。

6)内部部件：根据应

DSP应用选型举例

面向数字控制、运动控制的DSP 系统开发的DSP芯片选型

面向数字控制、运动控制主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。当然这些主要是针对数字运动控制系统设计的应用，在这些系统的控制中，不仅要求有专门用于数字控制系统的外设电路，而且要求芯片具有数字信号处理器的一般特征。

例如在控制直流无刷电动机的DSP控制系统中，直流无刷电机运行过程要进行两种控制，一种是转速控制，也即控制提供给定子线圈的电流；另一种是换相控制，在转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子磁场改变，这种控制实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机需要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘，或者利用梯形反电动势特点进行反电动势过零检测等。电机速度控制也是根据位置反馈信号，计算出转子速度，再利用PI或PID等控制方法，实时调整 PWM占空比等来实现定子电流调节。因此，控制芯片要进行较多的计算过程。当然也有专门的直流无刷电机控制芯片；但一般来说，在大多数应用中，除了电机控制，总还需要做一些其他的控制和通信等事情，所以，选用带PWM，同时又有较强数学运算功能的芯片也是一种很好的选择。

Motorola的数字信号处理器DSP568xx系列整合了通用数字信号处理器快速运算功能和单片机外围丰富的特点，使得该系列特别适合于那些要求有较强的数据处理能力，同时又要有较多控制功能的应用中，对直流无刷电机的控制就是这一系列DSP的典型应用之一。

除此之外，数字运动控领域还有TI公司的TMS320C24x系列，TMS320Lx240xx系列，特别是TMS320LF2407A在控制方面得到了非常广泛的应用，TMS320LF2407A作为一款专门面向数字控制系统进行优化的通用可编程微处理器，不仅具有低功耗和代码保密的特点，而且它集成了极强的数字信号处理能力，又集成了数字控制系统所必需的输入、输出、A/D转换、事件捕捉等外设，其时钟频率为40MHz，指令周期小于50ns，采用改进的哈佛结构和流水线技术，在一个指令周期内可以执行几条指令。

从运行速度，精度角度来讲上述两款芯片相差无几，但是TMS320LF2407A的调试开发环境（CCS）更加成熟，可参考的资料也更丰富，这样无疑会减少开发周期。面向低功耗、手持设备、无线终端应用的DSP芯片选型C54X、C54XX、C55X 相比其它系列的主要特点是低功耗，所以最适合个人与便携式上网以及无线通信应用，如手机、PDA、GPS等应用。处理速度在80~400MIPS之间。C54XX和C55XX 一般只具有McBSP同步串口、HPI并行接口、定时器、DMA等外设。值得注意的是C55XX提供了EMIF外部存储器扩展接口，可以直接使用 SDRAM，而C54XX则不能直接使用。

第二篇：DSP芯片教学

DSP芯片的特点

1采用哈佛结构 2采用多总线结构 3采用流水线结构 4配有专用的硬件乘法－累加器 5具有特殊的寻址方式和指令 6支持并行指令操作 7硬件配置强，具有较强的接口功能 8支持多处理器结构。

数字信号处理的特点

抗干扰、可靠性强、便于大规模集成精度高灵活性强

可以实现模拟系统很难达到的指标或特性

可以实现多维信号处理

缺点：增加了系统的复杂性

应用的频率范围受到限制

系统的功率消耗比较大 CPU包含5个功能单元

指令缓冲单元

程序流单元

地址－数据流单元

数据运算单元

存储器接口单元

指令流水线分为两个阶段。

1取指阶段从存储器取来32位指令包，将其存入指令缓冲队列

2执行阶段:对指令进行译码，并完成数据访问和计算

预取指1 预取指2 取指 预解码

解码 寻址 访问1 访问2 读 执行 写 写+

当D单元ALU做加法运算 产生进位 置位CARRY 不进位 CARRY清0

当D单元ALU做减法运算 产生借位 CARRY清0 不借位 CARRY置位

当CPU读取程序代码时，使用24位的地址访问相关的字节；

而CPU读/写I/O空间时，将16位地址前补0来扩展成24位地址

CPU读程序指令每次固定读取32位长的指令，且固定以最低的2个字节为00h的地址为首地址读取访问数据堆栈时，CPU将SPH和SP连接成XSP。XSP包含了一个最后推入数据堆栈的23位地址，其中SPH中是7位的主 数据页，SP指向该页上的一个字。CPU在每推入一个值入堆栈前，减小SP值；从堆栈弹出一个值以后，增加SP值。在堆栈操作中，SPH的值不变。

访问系统堆栈时，CPU将SPH和SSP连接成XSSP。XSSP包含了一个最后推入系统堆栈的值的地址。CPU在每推入一个值进堆栈前，减小SSP值；从堆栈弹出一个值以后，增加SSP值。在堆栈操作中，SPH的值不变。

快返回与慢返回过程的区别在于：CPU怎样保存和恢复2个内部存储器（即程序计数器PC和一个循环现场寄存器）的值。慢返回，返回地址和循环现场保存在堆栈中快返回过程中，返回地址和循环现场保存在寄存器里

DSP处理中断过程

1接收中断请求

2响应中断请求

3准备进入中断服务子程序。CPU要执行的主要任务有： 完成当前指令的执行，并冲掉流水线上还未解码的指令。自动将某些必要的寄存器的值保存到数据堆栈和系统堆栈。

从用户事先设置好的向量地址获取中断向量，该中断向量指向中断服务子程序 4执行中断服务子程序

所有的可屏蔽中断都是硬件中断。

不可屏蔽中断

1硬件中断 RESET 2硬件中断 NMI

3软件中断

硬件复位后，DSP处于一个已知状态，即所有当前指令全部终止，指令流水清空，CPU寄存器复位。然后CPU执行中断服务子程序，读复位中断向量时，CPU用32位复位向量的第29、28位来确定堆栈配置模式。

使用const关键字可以定义大常数表并将它们分配到系统ROM中。ioport关键字来支持I/O寻址模式

ioport类型限定词只能用于全局或静态变量。局部变量不能用ioport限制，除非变量是个指针 增加了interrupt关键字，来指定某个函数为中断函数。

Onchip关键字声明一个特殊指针，在链接时这些数据必须被链接到DSP片上存储器，否则会导致总线错误。volatile在任何情况下，优化器会通过分析数据流来避免存储器访问。如果程序依靠存储器访问，则必须使用volatile关键字来指明这些访问。系统初始化

1变量的自动初始化2.全局构建器（Global Constructors）3.初始化表（Initialization Tables）4.运行时间变量初始化5.装载时间变量初始化 小数定标的概念

设定一个16位数的小数点处于该数中的哪一位 可以表示不同大小和不同精度的小数 Q表示法

不同的Q所表示的数不仅范围不同，而且精度也不相同

Q越大，数值范围越小，但精度越高Q越小，数值范围越大，但精度就越低 溢出处理机制

1保护位

2溢出标志位

3饱和方式位SATD和SATA

第三篇：CCD芯片的选择

CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。

目前市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。

因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。

第二章 摄像机的主要技术参数

一、CCD尺寸

即摄象机靶面。目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。

二、CCD像素

是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄象机。

三、水平分辨率

分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的。彩色摄象机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。

分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。

四、最小照度

照度又称灵敏度。是CCD对环境光线的敏感程度，或者说是CCD正常成像时所需要的最暗光线。照度的单位是勒克斯（LUX），数值越小，表示需要的光线越少，摄像头也越灵敏。照度是反映光照强度的一种单位，单位是每平方米的流明数，1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度 1LUX=1Lm/M*M（Lm是光通量的单位）

黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。摄像的灵敏度与镜头F值有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.0 普通型：正常工作所需照度1~3LUX 月光型：正常工作所需照度0.1LUX左右 星光型：正常工作所需照度0.01LUX以下 红外型：采用红外灯照明，在没有光线的情况下也可以成像 参考环境与照度： 参照环境 大概照度 夏日阳光下 100000Lux 室内日光灯 100Lux 阴天室外 10000Lux 黄昏室内 10Lux 电视台演播室 1000Lux 20cm处烛光 10-15Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux 夜间路灯 0.1Lux 照度值不仅与镜头的光圈大小（F值）有关，与测试时的周边环境也有着较大的关系，以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。

五、扫描制式

根据各国供电所采用的频率不同，有PAL制和NTSC制之分。

50HZ：PAL制，隔行扫描（PAL）制式（黑白为CCIR），标准为625行，50场。

60HZ：NTSC制式，525行，60场（黑白为EIA）。

六、摄象机电源

交流有220V、110V、24V，直流为12V 或9V。

七、信噪比

当摄像机摄取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面中的干扰噪点；而取较暗场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。干扰噪点的强弱与摄像机的信噪比指标有直接关系，即信噪比越高，干扰噪点对画面的影响就越小。

信噪比是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用DB来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在AGC（自动增益控制）关闭时的值，因为当AGC接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。

信噪比的典型值为45~55db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。

八、视频输出

1Vp-p、75Ω，采用BNC接头。

九、镜头安装方式

有C和CS方式，两者的螺纹均为1英寸32牙，直径为1英寸，差别是镜头距CCD靶面的距离不同。

C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米，比CS式距离CCD靶面多一个专用接圈的长度，CS式距焦点距离为12.5毫米。在安装镜头前，先看一看摄像头和镜头是不是同一种接口方式，如果不是，就需要根据具体情况增减接圈。有的摄像头不用接圈，而采用后像调节环（如松下产品），调节时，用螺丝刀拧松调节环上的螺丝，转动调节环，此时CCD靶面会相对安装基座向后（前）运动，也起到接圈的作用。另外（如SONY，JVC）采用的方式类似后像调节环，它的固定螺丝一般在摄像机的侧面。拧松后，调节顶端的一个齿轮，也可以使图象清晰而不用加减接圈。

十、同步方式对单台摄象机而言，主要的同步方式有下列三种： 内同步——利用摄象机内部的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作。外同步——利用一个外同步信号发生器产生的同步信号送到摄象机的外同步输入端 来实现同步。电源同步——也称之为线性锁定或行锁定，是利用摄象机的交流电源来完成垂直推动同步，即摄象机和电源零线同步。

十一、自动增益控制

所有摄象机都有一个将来自CCD的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大量即增益，将微弱的信号放大到能正常使用，从而使摄像机能在亮度较低的环境下使用。然而在亮光照的环境中放大器将过载，使视频信号畸变。需利用摄象机的自动增益控制（AGC）电路去探测视频信号的电平，适时地开关AGC，从而使摄象机能够在较大的光照范围内工作，即在低照度时自动增加摄象机的灵敏度，从而提高图像信号的强度来获得清晰的图像。而照度较高时能自动降低增益放大倍数，保证图像不发生畸变。自动增益打开时，售叼电压和噪声电压被同时放大，信噪比将会减小。此时的噪点也会比较明显。

十二、背光补偿

通常，摄象机的自动增益控制是通过对整个视场的平均亮度来调节增益的，但如果视场中包含一个很亮的背景区域，而观察的主体目标处于亮场的包围中，画面会显示一片昏暗，无层次。放大器检测到的信号平均电平很高，增益的倍数也随之减少，无法改进画面主体目标的明暗度。当背景光补偿为开启时，摄象机仅对整个视场的部份区域进行检测，来得到整个视场的平均信号电平，从而确定AGC电路的工作值。由于子区域的平均电平很低，所以增益也会较高。整个画面都会更加明亮。

十三、电子快门 这是一个类比于照像机的机械快门功能提出的一个术语，相当于控制CCD图像传感受器的感光时间，感光时间越长，电荷积累时间也就越长，输出信号电流的强度也就越大。在照度较高的地方，感光时间要求短些，否则画面会偏白。在照度较低的地方，感光时间要求长些，这样画面会积累较多的电荷，从而使图像变得清晰。CCD摄像机的电子快门还可以有效的防止高速移动物体的拖影现象。

十四、白平衡 图像的各种色彩是由红、绿、蓝三种颜色组成的，当电路中的红、绿、蓝三种色彩各自的的信号电压相等时，可以在监视器上输出纯白色的被摄景物，此时称之为白平衡。此时，摄像机能够显示最真实的被摄物体。白平衡如果未调节好，显示的画面将出现偏色（红、蓝、绿）的情况。

白平衡设置有两种方式，自动白平衡和手动白平衡 A、自动白平衡 连续方式——此时白平衡设置将随着景物色彩温度的改变而连续地调整，范围为2800~6000K。这种方式对于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合是最适宜的，使色彩表现自然，但对于景物中很少甚至没有白色时，连续的白平衡不能产生最佳的彩色效果。按钮方式——先将摄象机对准诸如白墙、白纸等白色目标，然后将自动方式开关从手动拨到设置位置，保留在该位置几秒钟或者至图像呈现白色为止，在白平衡被执行后，将自动方式开关拨回手动位置以锁定该白平衡的设置，此时白平衡设置将保持在摄象机的存储器中，直至再次执行被改变为止，其范围为2300~10000K，在此期间，即使摄象机断电也不会丢失该设置。以按钮方式设置白平衡最为精确和可靠，适用于大部分应用场合。B、手动白平衡 开手动白平衡将关闭自动白平衡，此时改变图像的红色或兰色状况有多达107个等级供调节，如增加或减少红色各一个等级、增加或减少兰色各一个等级。除次之外，有的摄象机还有将白平衡固定在3200K（白炽灯水平）和5500K（日光水平）等档次命令。

十五、低速快门（SLOW/SHUTTER）此类的摄影机获得低照度下图像的方法是通过电荷单帧累积方式增加CCD在单帧图 像的爆光量，从而提高摄像机对单帧图像的灵敏度。这种方式也可以获得较低的照度指针，但是需要降低图像的连贯程度，所以选择这种摄像机时要注意尽可能不要同云台一起使用，否则会造成丢失画面的现象。在获得低照度下图像上还有一些其它的办法，但都不能从根本上解决照度问题。此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用计算机内存的技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个影像清晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且画面能够累积的帧数(128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。

第四篇：DSP学习心得

数字信号处理—DSP课程学习的认识

今年学习了DSP这门课程后，有了一些自己的认识和见解，并且体会到了它强大的功能和作用，它不但在高端的技术领域有很重要的地位，如通信、雷达、声纳、语音合成和识别、图像处理、高速控制等；而且在生活中有它不小的作用，如，影视、仪器仪表、医疗设备、家用电器等众多领域。

但是，由于DSP技术发展很快，生产DSP芯片的厂家又多，这既是它的优点同时又是缺点，因为这样会导致产品更新换代的周期越来越短，还有，每一种芯片，都有其独特的硬件结构和一套专门的指令系统与开发工具，这更加的带来了学习DSP技术的困难。在我自己的学习体系里，有自己的一点经验可以用来辅助的学习这门课程。古时候的一个习语说的是“窥一斑而知全豹”这个同时可以用来指导学习DSP，尽管它的更新换代很快，但也只是为了完善它而更好用和借助其它的技术为它添加一些别的功能而使其更强大，其实质的理论还没有变话，所以，我们可以就其某一个芯片的知识来指导其它的芯片的学习和利用。这里，以TMS320系列DSP芯片为例来进行知识的梳理。

x(t)→抗混叠滤波器→A/D→数字信号处理器→D/A→低通滤波器→y(t)

数字信号处理系统简化框图

这个作为基本的理论模型，然后开始主要内容：1.1,TMS320系列DSP芯片的概述﹑分类及应用、平台;1.2,主要特性有①CPU，②存储器，③指令系统，④在片外围电路，⑤电源，⑥在片仿真接口，⑦速度、组成框图;1.3,总线结构；

1.4，存储器空间分配、存储器（程序存储器、数据存储器）；1.5，中央处理单元中，算术逻辑运算单元①ALU的输入，②ALU的输出，③溢出处理，④进位位，⑤双16位算术运算，累加器A和B（保存累加器的内容、累加器移位和循环移位、专用指令），桶形移位器乘法器／加法器单元，比较、选择和存储单元，指数编码器，CPU状态和控制寄存器；1.6，数据寻址方式①立即寻址，②绝对寻址，③累加器寻址，④直接寻址，⑤间接寻址；⑥存储器映像寄存器寻址，⑦堆栈寻址；1.7程序存储器地址生成方式，程序计数器，分支转移，调用与返回，条件操作，重复操作（重复执行单条指令、程序块重复操作），复位操作，中断（中断类型、中断标志寄存器和中断屏蔽寄存器、中断处理过程），省电方式；

1.8，流水线①流水线操作，②延迟分支转移，③条件执行，④双寻址存储器与流水线，⑤单寻址存储器与流水线，⑥流水线冲突和插入等待周期（流水线冲突、等待周期表）；1.9，在片围电路①并行I／O口及通用I／O引脚，②定时器，③时钟发生器(硬件配置的PLL软件可编程PLL),④主机接口；1.10，串行口；串行口概述（标准串行口、缓冲串行口、时分多路串行口、多通道缓冲串行口）；

1.11，DMA控制器①DMA控制器的基本特征，②子地址寻址方式，③DMA通道优先级和使能控制寄存器，④DMA通道现场寄存器，⑤DMA编程举例；1.12，外部总线①外部总线接口，②外部总线操作的优先级别，③等待状态发生器，④分区切换逻辑，⑤外部总线接口定时器（存储器寻址定时图、I／O寻址定时图）；⑥复位和IDLE3省电工作方式(外部总线复位定时图、“唤醒”IDLE3省电方式的定时图)；1.13，TMS320C54x引脚信号说明。

第五篇：基于DSP开关电源

基于DSP的开关电源

摘要

本文以TMs320LF2407A为控制核心，介绍了一种基于DSP的大功率开关电源的设计方案。该电源采用半桥式逆变电路拓扑结构，应用脉宽调制和软件PID调节技术实现了电压的稳定输出。最后，给出了试验结果。试验表明，该电源具有良好的性能，完全满足技术规定要求。关键字：DSP；开关电源；PID调节

ABSTRACT In this paper,setting TMs320LF2407A as the control center, it describes a DSP-based high-power switching power source design.The power supply uses a half-bridge inverter circuit topology, applications and software PID regulator pulse width modulation technology to achieve a stable output voltage.Finally, the experimental results was given.The experimental results show that the power supply has a good performance, fully meeting the technical requirements.Key Words: DSP;Switching power supply;PID

0 引 言

信息时代离不开电子设备，随着电子技术的高速发展，电子设备的种类与日俱增，与人们的工作、生活的关系也日益密切。任何电子设备又都离不开可靠的供电电源，它们对电源供电质量的要求也越来越高。

目前，开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。与之相应，在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的发展日新月异，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，也是开关电源今后的发展趋势。电源的总体方案设计

本文所设计的开关电源的基本组成原理框图如图1所示，主要由功率主电路、DSP控制回路以及其它辅助电路组成。

开关电源的主要优点在“高频”上。通常滤波电感、电容和变压器在电源装置的体积和重量中占很大比例。从“电路”和“电机学”的有关知识可知，提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效地降低电源装置的体积和重量。以带有铁芯的变压器为例，分析如下：

图1.开关电源基本原理

设铁芯中的磁通按正弦规律变化，即φ= φMsinωt，则：

eLWdWcostEMcost dt(1)式中，EM= ωWφ M=2πfWφM，在正弦情况下，EM=√2E，φM=BMS，故：

E2fWM4.44fWBMS 2(2)式中，f为铁芯电路的电源频率；W 为铁芯电路线圈匝数；BM为铁芯的磁感应强度；S为铁芯线圈截面积。

从公式可以看出电源频率越高，铁芯截面积可以设计得越小，如果能把频率从50 Hz提高到50 kHz，即提高了一千倍，则变压器所需截面积可以缩小一千倍，这样可以大大减小电源的体积。

综合电源的体积、开关损耗以及系统抗干扰能力等多方面因素的考虑，本开关电源的开关频率设定为30 kHZ。系统的硬件设计 2.1 功率主电路

本电源功率主回路采用“AC-DC-AC—DC”变换的结构，主要由输入电网EMI滤波器、输人整流滤波电路、高频逆变电路、高频变压器、输出整流滤波电路等几部分组成，如图2所示。

图2.功率主电路原理图

图3.功军主回路的电压波形变化

本开关电源采用半桥式功率逆变电路。如图2所示，输入市电经EMI滤波器滤波，大大减少了交流电源输入的电磁干扰，并同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N两点问。P、N之间接人一个小容量、高耐压的无感电容，起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容CA1和CA2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度，CA1和CA2往往采用的是由多个等值电容并联组成的电容组。C A1、CA2 的容量选值应在电源体积和重量允许的条件下尽可能的大，以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。CA1 和CA2 在这里同时起到了静态时分压的作用，使Ua =Uin／2。

在本电源的设计中，采用IGBT来作为功率开关器件。它既具有MOSFET的通断速度快、输入阻抗高、驱动电路简单及驱动功率小等优点，又具有GTR的容量大和阻断电压高的优点。

在IGBT的集射极间并接RC吸收网络，降低开关应力，减小IGBT关断产生的尖峰电压；并联二极管DQ实现续流的作用。二次整流采用全波整流电路，通过后续的LC滤波电路，消除高频纹波，减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成，以提高电源的可靠性，使输出直流电压更加平稳。2.2 控制电路

控制电路部分实际上是一个实时检测和控制系统，包括对开关电源输出端电压、电流和IGBT温度的检测，对收集信息的分析和运算处理，对电源工作参数的设置和显示等。其控制过程主要是通过采集开关电源的相关参数，送入DSP芯片进行预定的分析和计算，得出相应的控制数据，通过改变输出PWM波的占空比，送到逆变桥开关器件的控制端，从而控制输出电压和电流。

控制电路主要包括DSP控制器最小系统、驱动电路、辅助电源电路、采样电路和保护电路。

（1）DSP控制器最小系统

DSP控制器是其中控制电路的核心采用TMS32OLF2407A DSP芯片，它是美国TEXAS INSTU—MENTS（TI）公司的最新成员。TMS30LF2407A基于C2xLP内核，和以前C2xx系列成员相比，该芯片具有处理性能更好（30MIPS）、外设集成度更高、程序存储器更大、A／D转换速度更快等特点，是电机数字化控制的升级产品，特别适用于电机以及逆变器的控制。DSP控制器最小系统包括时钟电路、复位电路以及键盘显示电路。时钟电路通过15 MHz的外接晶振提供；复位电路直接通过开关按键复位；由4×4的矩阵式键盘和SPRT12864M LCD构成了电源系统的人机交换界面。

（2）驱动放大电路

IGBT的驱动电路采用脉冲变压器和TC4422组成，其电路原理图如图4所示：

图4.IGBT驱动电路原理图

由于TMS320LF2407A的驱动功率较小，不能胜任驱动开关管稳定工作的要求，因此需要加上驱动放大电路，以增大驱动电流功率，提高电源系统的可靠性。如图4所示，采用两片TCA422组成驱动放大电路。

TC4421／4422是Microchip公司生产的9A高速MOsFET／IGBT驱动器，其中TC4421是反向输出，TC4422是同向输出，输出级均为图腾柱结构。

TC4421／4422具有以下特点：

①输出峰值电流大：9 A；

② 电源范围宽：4.5 V～18 V；

③连续输出电流大：最大2 A；

④快速的上升时间和下降时间：30 ns（负载4700pF），180 ns（负载47000 pF）；

⑤传输延迟时间短：30 ns（典型）；

⑥供电电流小：逻辑“1”输入～200μA（典型），逻辑“0”输入～55 μA（典型）；

⑦输出阻抗低：1.4 Ω（典型）；

⑧闭锁保护：可承受1.5 A的输出反向电流；

⑨输入端可承受高达5 V的反向电压；

⑩能够由TTL或CMOS电平（3 V～18 V）直接驱动，并且输人端采用有300 mV滞回的施密特触发电路。

当TMS320LF2407A输出的PWM1为高电平，PWM2为低电平时，经过TCA422驱动放大后输出，在脉冲变压器一次侧所流过的电流从PWMA流向PWMB，如图4中箭头所示，电压方向为上正下负。

根据变压器的同名端和接线方式，则开关管Q1的栅极电压为正，Q2的栅极电压为负。因此，此时是驱动QM1导通。反之若是PWM1为高电平，PWM2为低电平时，则是驱动Q2导通。四只二极管DQ1 ～DQ2的作用是消除反电动势对TCA422的影响。

（3）辅助电源电路

本开关电源电路设计过程中所需要的几路工作电源如下：

① TMS320LF2407 DSP所需电源：I／O 电源（3.3 V），PLL（PHSAELOCKED LOOP）电源（3.3 V），FIASH编程电压（5 V），模拟电路电源电压（3.3 V）；②TCA422芯片所需电源：电源端电压范围4.5～18 V（选择15 V）；③采样电路中所用运算放大器的工作电源为15 V。

因此，整个控制电路需要提供15 V、5 V和3.3 V三种制式的电压。设计中选用深圳安时捷公司的HAw 5-220524 AC／DC模块将220 V、50 Hz的交流电转换成24 V直流电，然后采用三端稳压器7815和7805获得15 V和5 V的电压。TMS320LF2407A所需的3.3 V由5 V通过TPS7333QD电压芯片得到。（4）采样电路

电压采样电路由三端稳压器TL431和光电耦合器PC817之问的配合来构成。电路设计如图5所示，TL431与PC817一次侧的LED串联，TL431阴极流过的电流就是LED的电流。输出电压Ud经分压网络后到参考电压UR与TL431中的2.5 V基准电压Uref进行比较，在阴极上形成误差电压，使LED的工作电流 If发生变化，再通过光耦将变化的电流信号转换为电压信号送人LF2407A的ADCIN00引脚。

图5.电压采样电路原理图

由于TMS320LF2407A的工作电压为3.3 V，因此输入DSP的模拟信号也不能超过3.3 V。为防止输入信号电压过高造成A／D输入通道的硬件损坏，我们对每一路A／D通道设计了保护电路，如图5所示，Cu2，CU3 起滤波作用，可以将系统不需要的高频和低频噪声滤除掉，提高系统信号处理的精度和稳定性。

另外，采用稳压管限制输入电压幅值，同时输入电压通过二极管与3.3 V电源相连，以吸收瞬间的电压尖峰。

当电压超过3.3 V时，二极管导通，电压尖峰的能量被与电源并联的众多滤波电容和去耦电容吸收。并联电阻Ru4的目的是给TL431提供偏置电流，保证TL431至少有1 mA的电流流过。Cu1 和RU3作为反馈网络的补偿元件，用以优化系统的频率特性。

电流采样的原理与电压采样类似，只是在电路中要通过电流传感器将电流信号转换为电压信号，然后再进行采集。

（5）保护电路

为保证系统中功率转换电路及逆变电路能安全可靠工作，TMs320LF2407A提供了PDPINTA,各种故障信号经或门CD4075B综合后，经光电隔离、反相及电平转换后输入到PDPINTA引脚，有任何故障时，CD4075B输出高电平，PDPINTA引脚相应被拉为低电平，此时DSP所有PWM输出管脚全部呈现高阻状态，即封锁PWM输出。整个过程不需要程序干预，由硬件实现。这对实现各种故障信号的快速处理非常有用。在故障发生后，只有在人为干预消除故障，重启系统后才能继续工作。系统的软件实现

为了构建DSP控制器软件框架，使程序易于编写、查错、测试、维护、修改、更新和扩充，在软件设计中采用了模块化设计，将整个软件划分为初始化模块、ADC信号采集模块、PID运算处理模块、PWM波生成模块、液晶显示模块以及按键扫描模块。各模块间的流程如图6所示。

图6.功能模块流程图

3.1 初始化模块

系统初始化子程序是系统上电后首先执行的一段代码，其功能是保证主程序能够按照预定的方式正确执行。系统的初始化包括所有DSP的基本输入输出单元的初始设置、LCD初始化和外扩单元的检测等。

3.2 ADC采样模块

TMS320LF2407A芯片内部集成了10位精度的带内置采样／保持的模数转换模块（ADC）。根据系统的技术要求，10位ADC的精度可以满足电压的分辨率、电流的分辨率的控制要求，因此本设计直接利用DSP芯片内部集成的ADC就可满足控制精度。另外，该10位ADC是高速ADC，最小转换时间可达到500 ns，也满足控制对采样周期要求。

ADC采样模块首先对ADC进行初始化，确定ADC通道的级联方式，采样时间窗口预定标，转换时钟预定标等。然后启动ADC采样，定义三个数组依次存放电压、电流和温度的采样结果，对每一个信号采样8次，经过移位还原后存储到相应的数组中，共得到3组数据。如果预定的ADC中断发生，则转人中断服务程序，对采样的数据进行分析、处理和传输。以电压采样为例，其具体的流程图如图7所示。

图7.程序流程图

3.3 PID运算模块

本系统借助DSP强大的运算功能，通过编程实现了软件PID调节。由于本系统软件中采用的是增量式PID算法，因此需要得到控制量的增量△un，式（3）为增量式PID算法的离散化形式：

unKp(enen1)KienKd[en2en1en2]

(3)

开关电源在进入稳态后，偏差是很小的。如果偏差e在一个很小的范围内波动，控制器对这样微小的偏差计算后，将会输出一个微小的控制量，使输出的控制值在一个很小的范围内，不断改变自己的方向，频繁动作，发生振荡，这既影响输出控制器，也对负载不利。

为了避免控制动作过于频繁，消除由于频繁动作所引起的系统振荡，在PID算法的设计中设定了一个输出允许带eo。当采集到的偏差|en|≤eo时，不改变控制量，使充电过程能够稳定地进行；只有当|en| >eo 时才对输出控制量进行调节。PID控制模块的程序流程如图8所示：

图8.PID运算程序流程图

TMS320LF2407A内部包括两个事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括通用定时器GP、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。通过TMS320LF2407A事件管理模块中的比较单元可以产生带死区的PWM波，与PWM 波产生相关的寄存器有：比较寄存器CMPRx、定时器周期寄存器Tx—PR、定时器控制寄存器TxCON、定时器增／减计数器TxCNT、比较控制寄存器COMCONA／B、死区控制寄存器DBTCONA／B。

PWM波的生成需对TMS320LF2407A的事件管理模块中的寄存器进行配置。由于选用的是PWM1／2，因此配置事件管理寄存器组A，根据需要生成带死区PWM波的设置步骤为：

（1）设置并装载比较方式寄存器ACTRA，即设置PWM波的输出方式；

（2）设置T1CON寄存器，设定定时器1工作模式，使能比较操作；

（3）设置并装载定时器1周期寄存器T1PR，即规定PWM 波形的周期；

（4）定义CMPR1寄存器，它决定了输出PWM 波的占空比，CMPR1中的值是通过计算采样值而得到的；

（5）设置比较控制寄存器COMCONA，使能PD—PINTA 中断；

（6）设置并装载死区寄存器DBTCONA，即设置死区时间。

图9.带死区PWM波的生成原理

3.5 键盘扫描及LCD显示模块

按键扫描执行模块的作用是判断用户的输入，对不同的输入做出相应的响应。本开关电源设计采用16个压电式按键组成的矩阵式键盘构成系统的输入界面。16个按键的矩阵式键盘需要DSP的8个I／O口，这里选用IOPA0～IOPA3作为行线，IOPF0～IOPF3作为列线。由于TMS320LF2407A都是复用的I／O口，因此需要对MCRA和MCRC寄存器进行设置使上述8个I／O口作为一般I／O端口使用。按键扫描执行模块采用的是中断扫描的方式，只有在键盘有键按下时才会通过外部引脚产生中断申请，DSP相应中断，进人中断服务程序进行键盘扫描并作相应的处理。

LCD显示模块需要DSP提供11个I／O口进行控制，包括8位数据线和3位控制线，数据线选用IOPB0～IOPB7，控制线选用IOPFO IOPF2，通过对PBDATDIR和PFDATDIR寄存器的设置实现DSP与LCD的数据传输，实时显示开关电源的运行状态。结论

本文介绍的基于DSP的大功率高频开关电源，充分发挥了DSP强大功能，可以对开关电源进行多方面控制，并且能够简化器件，降低成本，减少功耗，提高设备的可靠性。

参考文献

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