(812) 466-57-84 /
Новости Продукция Номенклатура Статьи О фирме Контакты Вакансии
Архитектура серий С167 и ST10x167
Применение контроллеров
Распределенные системы управления
Проектирование распределенных систем управления
О стандарте PC/104
Изделия в стандарте PC/104 для жестких условий
Одноплатные компьютеры-контроллеры в стандарте PC/104
CAN-интерфейс
Микропроцессорные контроллеры CS, M, 167х
Новые 16-разрядные DSP-микроконтроллеры
Краткое описание микроконтроллера C16x
Краткая система команд C16x/ST10
Полная система команд C16x/ST10x
Дополнительные команды для XC16x и ST10F269
Параллельные порты микроконтроллеров C167 и ST10F269
Блоки формирования импульсных сигналов C16x/ST10x
Формирование ШИМ с повышенным разрешением
Универсальные блоки таймеров
Интерфейс АТ96 (Евростандарт)
Подключение контроллеров
Процессоры цифровой обработки сигналов
Архитектура микроконтроллера TMS320C32
Архитектура микроконтроллера TMS320C33

Блоки формирования импульсных сигналов C16x/ST10x

Цифровые системы управления электродвигателями

Формирование многофазных сигналов

В состав микроконтроллера C167 входит 2 блока обработки и формирования импульсных сигналов (блоки "Захват/Сравнение").

Блок состоит из таймеров Тx, Ty (T0/T1 - блок 1 и T7/T8 - блок 2), которые тактируются от внутреннего программируемого делителя частоты, подключенного к тактовому генератору микроконтроллера, блока из 16-ти регистров "Захват/Сравнение" (СС0-СС15) и блока управляемой логики, обеспечивающего коммутацию устройств блока "Захват/Сравнение" и связь с выходным портом микроконтроллера.

Частоту на входе таймера можно задавать в пределах 2,5 МГц-19,5 КГц, коэффициент деления таймеров Тx, Ty программируется в пределах 0-65535. Выходы таймеров Тx, Тy через компараторы связаны с регистрами блока "Захват/Сравнение". В регистрах CC0-CC15 хранятся значения кода, которые во время работы сравниваются со значениями Тx или Тy.

Структурная схема блока "Захват/Сравнение"
Рис. 1. Структурная схема блока "Захват/Сравнение"

Программно можно устанавливать различные комбинации устройств блока "Захват/Сравнение", а также задавать различные коэффициенты деления программируемого делителя, таймеров Тx, Тy и значение регистров CC0-CC31. Каждый из регистров CC0-CC31 может программироваться для работы с таймером Тx или Тy, что позволяет получить на выходе 16 каналов ШИМ с периодами, определяемыми Тx или Тy. На рисунке приведена конфигурация одного канала блока "Захват/Сравнение" для генерирования ШИМ-сигнала.

Структурная схема канала
Рис. 2. Структурная схема канала

Таймер Тx (Тy) тактируется сигналом Ft, поступающим с выхода программируемого делителя частоты. При тактировании на выходах таймера Тx (Тy) генерируется нарастающий двоичный код (0000h-FFFFh), который сравнивается со значением одного из регистров CC0-CC15. Если значение кода в регистре CCx (CC0-CC15) совпадает со значением кода на выходе счетчика, то на выходе порта устанавливается сигнал с уровнем логической 1. Таким образом, записывая в регистр различные значения кода на выходе порта, можно получить ШИМ-сигнал, скважность которого изменяется в пределах от 1 до 65535, как показано на рисунке.

Временная диаграмма работы
Рис. 3. Временная диаграмма работы

Период ШИМ-сигнала можно изменять с помощью изменения коэффициента деления программируемого делителя или с помощью программирования коэффициента деления таймера Тx (Тy). Для генерирования импульсов с различной длительностью и фазой блок "Захват/Сравнение" конфигурируется в структуру, состоящую из 2-х регистров CCx (0-7), CCz (8-15) и 2-х компараторов.

Структурная схема канала в режиме двойного сравнения
Рис. 4. Структурная схема канала в режиме двойного сравнения

В этом режиме можно получить 8 импульсных каналов (два регистра (CC0-CC15) на каждый канал). В результате сравнения выходного кода счетчика Тx (Тy) со значением регистра CCx выходной сигнал порта устанавливается в уровень логической 1, когда выходной код достигает значения регистра CCz, выходной порт сбрасывается в уровень логического 0. Изменяя значения CCx, CCz, можно изменять длительность и фазу генерируемых импульсов (смотри диаграмму).

Временная диаграмма работы
Рис. 5. Временная диаграмма работы

Регистры конфигурации, регистры CC0-CC31, блока "Захват/Сравнение" находятся во внутренней памяти микроконтроллеров. Доступ к этим регистрам обеспечивается через ассемблерные команды так же, как и к регистрам общего назначения процессора, что обеспечивает максимальную эффективность при реализации различных алгоритмов систем управления. В составе микроконтроллеров имеется дополнительный контроллер PEC (Peripheral Event Controller), с помощью которого можно осуществлять пересылку данных из ОЗУ контроллера в блок "Захват/Сравнение", что позволяет формировать сложные модулированные последовательности импульсов с минимальной загрузкой центрального процессора.

Блок "Захват/Сравнение", при соответствующей конфигурации, позволяет измерять периоды и длительности входных импульсов, что дает возможность обрабатывать сигналы частотных датчиков без подключения дополнительных устройств.

Плавное управление исполнительными устройствами легко обеспечить, подавая ШИМ-сигнал на исполнительное устройство, при этом достигается значительно больший КПД, чем при использовании аналоговых усилителей.

Управляя скважностью импульсов силового транзистора, можно плавно изменять действующее значение тока нагрузки. Выбирая период следования импульсов меньше постоянной времени обмоток электродвигателя или другого исполнительного устройства, получают непрерывное значение тока нагрузки.

Зависимость действующего значения от скважности
Рис. 6. Зависимость действующего значения от скважности

Если в процессе работы необходимо изменять направление тока (реверс двигателя), то используется мостовая схема.

Пример подключения двигателей переменного тока
Рис. 7. Пример подключения двигателей переменного тока

Для управления исполнительными устройствами, которым требуются синусоидальные сигналы, например, двух- и трехфазные сигналы синхронных и асинхронных, шаговых двигателей, многофазные сигналы вентильных двигателей с постоянными магнитами и т.д., применяются ШИМ-сигналы, промодулированные синусоидальными сигналами, амплитуда которых имеет соответствующий фазовый сдвиг.

Многофазный ШИМ-сигнал
Рис. 8. Многофазный ШИМ-сигнал

Для получения многофазных сигналов промодулированных ШИМ, используется несколько каналов блока "Захват/Сравнение". Количество используемых каналов блока обычно соответствует количеству фаз. Амплитудные значения функции модулирующего сигнала пересылаются из памяти контроллера в блок "Захват/Сравнение" с помощью контроллера PEC или центрального процессора. На рис. 9 приведена схема управления 2-фазными двигателями серии ДБМ, на рис. 10 - схема управления 3-фазными синхронными и асинхронными двигателями.

Схема управления 2-фазными двигателями серии ДБМ
Рис. 9. Схема управления 2-фазными двигателями серии ДБМ

Схема управления 3-фазными синхронными и асинхронными двигателями.
Рис. 10. Схема управления 3-фазными синхронными и асинхронными двигателями

В последнее время все более популярными становятся двигатели на основе реактивных электромеханических преобразователей (Switched Reluctance Motors). Двигатели этого типа управляются импульсными сигналами с регулируемой длительностью (ШИР регулирование). Для формирования сигналов подобного типа используется 2-регистровая конфигурация блока "Захват/Сравнение".

Схема управления двигателями на основе электромеханических преобразователей приведена на рис. 11.

Схема управления двигателями на основе электромеханических преобразователей
Рис. 11. Схема управления двигателями на основе электромеханических преобразователей

В системах точного регулирования температуры также требуется плавное управление исполнительным устройством (нагревателем). Если система питается от напряжения постоянного тока, то для управления нагрузкой можно использовать вариант схемы, приведенный на рис. 7. В случае, когда используется переменное однофазное напряжение, применяется другой вариант схемы (рис. 12).

Управление при переменном однофазном напряжении
Рис. 12. Управление при переменном однофазном напряжении

В этой схеме коммутация нагрузки происходит в момент, когда напряжение на нагрузке равно 0, что позволяет обеспечить существенно более низкий уровень помех, чем в схемах с отсечкой тока. Действующее значение тока нагрузки определяется в этом случае длительностью пачки импульсов синусоидального сигнала, которая формируется вычислительным устройством по сигналам от датчика напряжения.

Этот же вариант схемы используется для управления полупроводниковыми реле переменного тока. Коммутация реле осуществляется в моменты времени, обеспечивающие минимум переходных процессов и, соответственно, низкий уровень помех.