§3.2.1 TMS320LF2407A DSP 控制器
数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科，已经在科学研 究、技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域得到了广泛的应 用，并取得了丰硕的成果。数字信号处理系统的优越性表现为：
1. 灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，只需通过改变软件设计 以适应相应的变化；
2. 精度高：信号处理系统可以通过 A/D 变换的位数、处理器的字长和 适当的算法满足精度要求；
3. 可靠性好：处理系统受环境温度、湿度、噪声及电磁场的干扰所造 成的影响较小；
4. 可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数字电路的集成 度可以做得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。
和早期的 DSP 芯片相比，现在的 DSP 芯片在成本、体积、工作电压、
重量和功耗都有了很大程度的下降，而且软件和硬件开发工具不断完善。
目前，DSP 芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗 等领域。
DSP 芯片一般具有如下主要特点：
(1) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
(2) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
(3) 片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两 RAM 块中 同时访问；
(4) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
(5) 快速的中断处理和硬件 I/O 支持；
(6) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
(7) 可以并行执行多个操作；
(8) 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
DSP 发展到今天，大致可按照三种不同的分类方式来归类：第一，根 据 DSP 芯片的工作时钟和指令类型分类，分为静态 DSP 芯片 (指在某时钟 频率范围内的任何时钟频率上，DSP 芯片都能正常工作，除计算速度有变 化外，没有性能的下降) 与一致性 DSP 芯片 (指两种或两种以上的 DSP 芯 片，它们的指令集和相应的机器代码和管脚结构相互兼容)。第二，按数据 格式分为定点 DSP 芯片 (数据以定点格式工作) 与浮点 DSP 芯片（数据以 浮点格式工作，不同浮点 DSP 芯片所采用的浮点格式不完全一样)。第三，
按用途分为通用 DSP 芯片与专用 DSP 芯片。
一般而言，评价控制专用单片控制器的性能指标有几个方面：第一，基 本指令数多少及执行时间快慢，决定了实现复杂算法的难易程度，系统适 时性及保护功能的可靠性。第二，处理器内部可读、写存储容量大小，影 响到复杂算法的实现。第三，中断功能强弱及中断通道数目的多少，为系 统保护功能的实现提供了保障。第四，有无用于脉宽调制硬件单元及可实 现的调制范围宽窄。第五，有无用于输入模拟信号的 A/D 转换接口，减小 了硬件设计的体积与复杂性。第六，有无用于外围通信的同步或异步串行 接口，为多处理器组合使用提供了条件。第七，芯片价格及开发环境的好 坏，决定了工程实用化的进程。
TMS320F2407A 芯片是 Texas Instruments 公司生产的 16 位定点数字 信号处理器，TMS320C2xx 家族中的一种，主要特性如下：
・基于 TMS320C2xxDSP 的 CPU 核保证了 TMS320LF240x 系列 DSP 代码和 TMS320 系列 DSP 代码兼容。
・32K 片内程序 Flash EEPROM，544 字双口寻址 RAM（DARAM）
和 2K 字的单口 RAM（SARAM）。
・两个事件管理器模块 EVA 和 EVB，每个包括：两个 16 位通用定 时器；8 个 16 位的脉宽调制通道。
第三章 逆变控制系统设计
・可扩展的外部存储器总共 192K 字；64K 字程序存储器；64K 字数 据存储器；64K 字 I/O 寻址空间。
・两个 10 位的 A/D 转换模块，最小转化时间为 500ns，共有 16 路 A/D 输入。
・看门狗定时器模块(WDT)。
・基于锁相环的时钟发生器。
・高达 40 个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚。
・5 个外部中断。
・电源管理包括 3 种低功耗模式，能独立将外部器件转入低功耗模式。
就上面所述指标和 2407A 芯片的性能分析，在高频感应加热电源的控 制系统中选用该型号的芯片作为控制电路的核心元件。
§3.2.2 锁相环
鉴 相 器 PD 低 通 滤 波 器
LPF
压 控 振 荡 器 VCO 输 入 信 号
输 出 信 号
1/N
fr f
o图 3-3 锁相环的组成方框图
本电源的逆变控制电路要实现频率跟踪和相位锁定的功能。锁相环正 是用来实现这两种功能的器件。其价格便宜，且工作范围很广，非常适用 于高频感应加热电源。选用的型号为 CD4046。锁相环实质是一个相位差 自动调节系统。图 3-3 为基本的锁相环框图。它包括三个基本部件：压控 振荡器(VCO)、鉴相器(PD)和环路滤波器(LF)[17]。
相位比较器接受来自压控振荡器的输出频率 f0，并将其与外加参考 频率 fr作比较，随即产生一个相位的可变误差电压输出至低通滤波器。
误差电压经 LPF 滤波后反馈回 VCO 的控制输入端，这样就可使 f0和 fr之 间的任何频率差和相位差逐步减小到零，这时环路称为被锁定了。通常基
本的 PLL 输出信号的频率与输入信号的频率相同。若在 PLL 反馈环中插
第三章 逆变控制系统设计
G2(S)＝
第三章 逆变控制系统设计
情况，而通常KdK0远大于∆ω，所以采用滞后性 LPF 的稳态误差很小，系 统稳定[19]。