DSP原理及控制系統(tǒng)設計

前言

　　隨著電子技術和計算機技術的快速發(fā)展，數(shù)字控制得以實現(xiàn)并廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中。在數(shù)字控制器中實現(xiàn)各種復雜算法或控制系統(tǒng)，已成為伺服控制系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向和趨勢。雖然目前市場上有很多關于DSP和控制理論的書籍，但是前者主要介紹DSP的主要資源或簡單的工程開發(fā)；而后者主要內容為傳統(tǒng)的控制理論，尤以連續(xù)系統(tǒng)控制理論為主，鮮有詳細地闡述數(shù)字控制算法及其實現(xiàn)的書籍，而將DSP應用于實際的控制系統(tǒng)中，通過具體的工程項目，引導讀者從DSP基本應用、連續(xù)控制理論到數(shù)字離散化，以及DSP中具體實現(xiàn)的書籍并不多見，本書正是基于這個現(xiàn)狀編寫的。　　DSP整合了單片機和數(shù)字信號處理器的特點，具有實時性強、功耗低、集成度高等優(yōu)點，所以從問世以來就廣受關注，已廣泛應用于通信、航空航天、圖像處理、工業(yè)控制以及智能儀表等領域，而從目前技術發(fā)展趨勢來看，DSP具有更廣闊的市場空間。目前生產DSP的廠家有很多，諸如TI、AD、Motorola等。本書選擇比較流行、市場占有率較高的TI的TWIS320I~F2407／LF2407A系列DSP作為本書的主要控制芯片進行探討。TMS320I$2407／LF2407A集成了32K字Flash，2.5K字RAM，高速雙8路或單16路10位ADC，16個PWM通道，1個異步通信接口SCI，1個同步串行外設接口SPI，1個CAN接口模塊，具有豐富的硬件資源，非常適合在工業(yè)控制等領域中應用，同時也比較容易被初學者所接受。

內容概要

　　《DSP原理及控制系統(tǒng)設計》從數(shù)字控制工程出發(fā)，介紹適合應用于自動控制、智能儀表、航空航天和工業(yè)控制等領域的TI公司的TMS3201-F240xA系列DSP芯片功能及具體應用。首先介紹其功能架構、硬件資源和開發(fā)工具等，然后通過具體實例介紹每個模塊的調試和功能實現(xiàn)，并組合成最小系統(tǒng)，最后通過具體的工程項目，使讀者對數(shù)字伺服控制系統(tǒng)從項目論證到項目規(guī)劃、設計實現(xiàn)有一個全局且細膩的理解，并著重結合實際工程經驗，給出需要注意的一些問題和具體的解決方法。另外，在《DSP原理及控制系統(tǒng)設計》內容中還安排了實驗環(huán)節(jié)，通過若干精心組織的實驗設計，使讀者了解TMS320LF2407各個功能模塊的功能、具體的實現(xiàn)方法及調試過程。　　《DSP原理及控制系統(tǒng)設計》內容豐富，圖文并茂，語言流暢，循序漸進，通俗易懂，可操作性強，并配合大量的實際調試實例及工程項目，非常適合自動控制、智能儀表、機電一體化、信號處理以及電路系統(tǒng)等專業(yè)的高年級學生使用，也可作為從事上述領域的廣大工程技術人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 數(shù)字伺服控制系統(tǒng)概述1.1.1 數(shù)字伺服控制系統(tǒng)基本結構1.1.2 數(shù)字伺服系統(tǒng)的特點1.2 DSP的概念及功能1.3 DSP與單片機的區(qū)別1.4 DSP的分類及主要技術指標1.4.1 DSP的分類1.4.2 DSP的主要技術指標1.5 TMS320XX240x系列DSP簡介1.6 TMS320LF2407／2407A介紹1.7 本章小結第2章 TMS320LF240x的CPU內核結構及存儲器映射2.1 CPU內部結構2.1.1 乘法器2.1.2 輸入定標移位器2.1.3 中央算術邏輯單元2.1.4 累加器2.1.5 輸出數(shù)據(jù)定標移位器2.1.6 輔助寄存器算術單元2.1.7 狀態(tài)寄存器2.2 存儲器和I／0空間2.2.1 內部存儲器2.2.2 程序存儲器2.2.3 數(shù)據(jù)存儲器2.2.4 I／O空間2.2.5 外部存儲器接口及其操作2.3 本章小結2.4 簡答題第3章 TMS320LF240xA片內資源介紹3.1 中斷優(yōu)先級和中斷向量表3.2 外設中斷擴展控制器3.2.1 中斷請求層次和結構3.2.2 中斷向量3.3 中斷響應過程3.4 CPU的中斷寄存器3.4.1 CPU中斷標志寄存器3.4.2 CPU中斷屏蔽寄存器3.4.3 外部中斷控制寄存器3.4.4 外設中斷寄存器3.5 復位、無效地址檢測和不可屏蔽中斷3.5.1 復位3.5.2 無效地址檢測3.5.3 不可屏蔽中斷3.6 基于C語言的可屏蔽中斷例程3.7 本章小結3.8 簡答題第4章 TMS320F240x的片內外設4.1 事件管理器4.1.1 事件管理器模塊4.1.2 通用定時器模塊4.1.3 比較單元4.1.4 脈寬調制電路PWM4.1.5 捕獲單元4.1.6 正交編碼脈沖（QEP）電路4.2 模數(shù)轉換模塊4.2.1 模數(shù)轉換模塊概述4.2.2 自動排序器的工作原理4.2.3.ADC時鐘預定標4.2.4 ADC校準模式4.2.5 ADC模塊寄存器4.2.6 ADC轉換時間周期4.3 串行外設接口模塊4.3.1 串行外設接口概述4.3.2 SPI操作4.4 串行通信接口模塊4.4.1 串行通信接口概述4.4.2 多處理器和異步通信模式4.4.3 串行通信接口可編程的數(shù)據(jù)格式4.4.4 SCI多處理器通信4.4.5 SCI通信格式4.5 CAN控制器模塊4.5.1 CAN模塊概述4.5.2 CAN總線控制器4.5.3 CAN控制器的操作4.6 本章小結4.7 簡答題第5章 尋址方式和指令系統(tǒng)一5.1 尋址方式5.1.1 立即數(shù)尋址5.1.2 直接尋址5.1.3 間接尋址5.2 常用指令說明5.3 本章小結5.4 簡答題第6章 DSP的軟件開發(fā)6.1 DSP軟件開發(fā)流程6.2 使用CCS進行DSP開發(fā)6.2.1 CCS功能簡介6.2.2 CCS的安裝6.2.3 使用CCS進行DSP開發(fā)的具體步驟6.3 CMD文件的編寫6.4 本章小結6.5 簡答題第7章 TMS320LF240xA基本硬件開發(fā)7.1 最小系統(tǒng)的建立7.1.1 電源電路設計7.1.2 時鐘電路設計7.1.3 “看門狗”及復位電路設計7.2 基于MS320LF2407A的基本實驗設計7.2.1 “追燈”式實驗設計7.2.2 按鍵計數(shù)器7.2.3 模數(shù)轉換器ADC應用實驗7.2.4 PWM波形產生實驗7.2.5 數(shù)碼管驅動7.2.6 串行通信接口模塊7.2.7 溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計7.2.8 LCD驅動7.2.9 CAN總線傳輸實驗7.3 本章小結第8章 TMS320LF2407在傳動控制領域的應用8.1 DSP在“重復啟?！笨刂葡到y(tǒng)中的應用8.1.1 步進電機概述8.1.2 步進電機的工作原理8.1.3 步進電機相關技術指標8.1.4 步進電機的驅動.8.1.5 步進電機驅動細分技術8.1.6 步進電機及驅動器的選型8.1.7 “重復啟停”控制的.DSP實現(xiàn)8.1.8 加減速控制算法設計8.1.9 步進電機控制小結8.2 DSP在位置伺服控制系統(tǒng)中的應用8.2.1 直流力矩電機8.2.2 功率驅動單元8.2.3 電流采樣電路設計8.2.4 光電編碼器在數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中的應用8.2.5 DSP在高精度位置伺服系統(tǒng)中的應用8.3 DSP在控制領域設計中需要注意的一些問題8.3.1 硬件系統(tǒng)抗干擾設計8.3.2 軟件設計需要注意的問題8.4 本章小結8.5 簡答題第9章 從控制理論到數(shù)字實現(xiàn)9.1 基本控制理論9.1.1 基本概念9.1.2 校正算法9.2 MATLAB的應用9.2.1 萬能的MATLAB9.2.2 MATLAB的一些常用命令9.2.3 常用工具9.2.4 Simulink與S函數(shù)9.3 連續(xù)信號和數(shù)字信號之間的轉換9.3.1 信號的采樣9.3.2 采樣信號的復現(xiàn)9.3.3 ADC的原理與應用9.3.4 DAC的原理與應用9.4 控制算法的離散化9.4.1 各種離散化方法9.4.2 數(shù)字式PID9.5 本章小結9.6 簡答題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1.2數(shù)字伺服系統(tǒng)的特點　　數(shù)字伺服系統(tǒng)與普通的伺服系統(tǒng)一樣，都是閉環(huán)反饋系統(tǒng)，它需要將物理意義上的模擬信號經過采樣量化后轉換成數(shù)字信號，以方便在計算機、DSP等數(shù)字處理單元中應用。數(shù)字伺服系統(tǒng)具有以下幾個特點?！　≡趥鹘y(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)中，各處的信號都是連續(xù)的模擬信號；而在數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中，除含有連續(xù)的模擬信號外，還含有離散信號、數(shù)字信號等多種信號。因此，數(shù)字伺服控制系統(tǒng)是模擬信號和數(shù)字信號的混合系統(tǒng)?！　≡谀M伺服系統(tǒng)中，控制規(guī)律都是由運放等模擬電路實現(xiàn)的，控制規(guī)律復雜，所需要的模擬電路很多，若要修改控制規(guī)律，則電路也需要改動很多；而在數(shù)字伺服控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是由數(shù)字控制單元通過軟件實現(xiàn)的，也就是說，若要修改一個控制規(guī)律，只需要修改程序即可，這樣就避免了對硬件電路的大規(guī)模改動，因此具有更好的靈活性和適應性?！　?shù)字控制單元具有豐富的指令系統(tǒng)和較強的邏輯判斷功能，能夠實現(xiàn)模擬電路難以實現(xiàn)的復雜控制規(guī)律?！　≡谀M控制系統(tǒng)中，一般是一個控制器占用一套控制設備，控制一個回路：而在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于數(shù)字控制單元具有高速運算處理能力，所以一個控制器可以包含多個控制程序，可以控制多個回路?！　⊥ㄟ^數(shù)字控制系統(tǒng)可以很方便地實現(xiàn)網絡化、模塊化。由于數(shù)字信號抗干擾的能力大大強于模擬信號，所以采用數(shù)字伺服控制系統(tǒng)可以更好地抑制噪聲干擾，提高系統(tǒng)的魯棒性?！　】梢姡瑪?shù)字伺服控制系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)最重要的一個特征就是實際的模擬信號經過采樣量化處理，便于在數(shù)字控制單元（如計算機、DSP等）中應用。目前，控制單元一般采用專用的微控制器或DSP（數(shù)字信號處理芯片）。

編輯推薦

　　《DSP原理及控制系統(tǒng)設計》以工程實例為主線，結合實際工程經驗;精心組織實驗設計，體現(xiàn)項目實戰(zhàn)過程；注重模塊的調試和功能實現(xiàn)；增加配套的免費電子教案。

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