一種基于ARM 單片機與CPLD的數(shù)字軸角轉換方法（一）

2 硬件設計

2.1 總體設計

以一路DSC為例，系統(tǒng)的硬件結構如圖2所示.工作原理為：STM32F407微控制器為主控芯片，通過通信接口接收外部輸入的軸角信號θ，并對其進行粗精分離及利用查表法計算對應占空比大小，通過總線方式將通道對應地址及占空比對應數(shù)據(jù)信息送入CPLD;CPLD根據(jù)數(shù)據(jù)及地址信息產(chǎn)生對應通道和占空比的PWM 信號;由4個互補MOS管構成的全橋驅動電路由全橋驅動器UBA2032根據(jù)PWM 信號控制全橋電路開斷，并經(jīng)選頻電路后產(chǎn)生對應軸角的調制波，經(jīng)Scott變壓器轉變?yōu)槿嘈盘柡?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/驅動">驅動同步機指向對應軸角位置即完成系統(tǒng)的數(shù)字-軸角轉換.

2.2 STM32F4微控制器

STM32F4微控制器是由意法半導體生產(chǎn)的基于ARMCortex-M4內(nèi)核的新型微控制器，性能優(yōu)越.下面主要說明選用此型號MCU的原因：

(1)內(nèi)核架構先進，性能優(yōu)越.由于MCU需要完成諸如軸角粗精分離.取整以及調制波對應PWM 信號占空比等運算，涉及到較多乘除法運算，要求所選MCU需具備較強浮點及乘除運算能力，而所選STM32F4微控制器具有專門的硬件乘法器和具有較高的主頻(168MHz)，且可適當超頻，適合完成較為復雜的實時運算;(2)接口豐富，可方便完成功能擴展.RS232串口用于接收外部信息，同時，此型號MCU具有網(wǎng)絡接口，可在系統(tǒng)組網(wǎng)時作為網(wǎng)絡節(jié)點;(3)可變靜態(tài)存儲控制器(FSMC)，是STM32系列采用的一種新型的存儲器擴展技術，可根據(jù)不同的外部存儲器類型通過設置進而匹配信號的速度，達到方便擴展.使用靈活的目的.系統(tǒng)中通過數(shù)據(jù)/地址/控制三總線方式與CPLD通信.

在多路DSC中，通過地址總線傳遞所選通道號，數(shù)據(jù)總線傳遞對應此通道相應軸角調制波的PWM 信號的占空比，控制總線傳遞相應控制信號.

2.3 CPLD電路如果利用MCU產(chǎn)生PWM信號，由于其需擔負大量運算工作，會增加MCU的負擔從而系統(tǒng)的實時性與穩(wěn)定性均可能得不到保證，因此需要專門產(chǎn)生PWM信號的單元.CPLD是可編程邏輯器件，器件的時延特點較為固定，信號輸出穩(wěn)定性及實時性均可得到保證，因此使用CPLD完成PWM信號的生成.

2.4 全橋電路及選頻電路

全橋電路由兩對互補連接的MOS管組成，具有丙類功率放大的特征，發(fā)熱低.效率高.工作時由PWM 信號驅動全橋驅動器UBA2032產(chǎn)生控制全橋電路橋臂開斷時間，從而產(chǎn)生不同有效值的電壓.50%的占空比對應調制波的零值，為了保證UBA2023的工作及MOS管的正常開斷，通常PWM 信號的頻率為20kHz,占空比在10%~90%范圍內(nèi)調節(jié).

為了使輸出信號平滑連續(xù)，在全橋電路輸出后需接LC選頻電路.通過配置LC電路的電感和電容值，可達到增強基波分量.抑制諧波分量.改進輸出精度的作用.基波頻率為50Hz,根據(jù)要求及相關實驗，可知取電感L=700μH,電容C = 25 μF, 截止頻率為：

此時可取得較好輸出效果.